Neočekivano otkriće na mesecu Titan dovodi u pitanje naše shvatanje hemije pre pojave života

Istraživači sa Tehnološkog univerziteta Čalmers u Švedskoj i iz američke svemirske agencije NASA došli su do neočekivanog otkrića koje dovodi u pitanje jedno od osnovnih pravila hemije i daje nova saznanja o enigmatičnom Saturnovom mesecu Titanu.

U ekstremno hladnoj sredini ovog meeseca, obično nekompatibilne supstance ipak mogu da se spajaju. Otkriće proširuje naše razumevanje hemije pre nastanka života.

Preporučujemo

Naučnici su dugo zainteresovani za Saturnov najveći, narandžasti mesec, pošto njegova evolucija može da nas nauči više o našoj planeti i najranijim hemijskim koracima ka životu.

Titanova hladna sredina, kao i gusta atmosfera bogata azotom i metanom, ima mnoge sličnosti sa uslovima koji su, kako se smatra, postojali na mladoj Zemlji pre nekoliko milijardi godina. Proučavajući Titan, istraživači se nadaju da će pronaći informacije o poreklu života.

Iznenađujuće otkriće – da se izvesne polarne i nepolarne supstance mogu kombinovati – možda će pomoći budućim studijama o Titanu. „Ovo su vrlo uzbudljiva otkrića koja nam mogu pomoći da razumemo nešto vrlo velikih razmera, mesec veličine kao planeta Merkur“, kažu istraživači.

Studija pokazuje da metan, etan i cijanovodonik – koji postoje u velikim količinama u Titanovoj atmosferi i na njegovoj površini – mogu međusobno da reaguju na način koji ranije nije smatran mogućim. Da cijanovodonik, izuzetno polaran molekul, može da formira kristale sa potpuno nepolarnim supstancama poput metana i etana je iznenađujuće jer takve supstance obično ostaju striktno razdvojene, kao ulje i voda.

„Otkriće neočekivane interakcije između ovih supstanci može uticati na naše razumevanje Titanove geologije i njegovih neobičnih pejzaža – jezera, mora i peščanih dina. Osim toga, cijanovodonik verovatno ima važnu ulogu u abiotskom stvaranju nekoliko gradivnih blokova života, npr. aminokiselina, koje se koriste u izgradnji proteina, i nukleobaza, neophodnih za genetski kod. Tako da naš rad takođe daje uvide u hemiju pre pojave života i način odvijanja u ekstremnim, negostoljubivim okruženjima“, kažu istraživači.

Pozadinu istraživanja čini pitanje bez odgovora: šta se dešava sa cijanovodonikom nakon što nastane u atmosferi Titana? Da li se u metrima taloži na površini ili reaguje sa svojim okruženjem na neki način?

Da bi došli do odgovora, Laboratorija NASA za mlazni pogon (JPL) počela je da sprovodi eksperimente u kojima su mešani cijanovodonik sa metanom i etanom na temperaturama niskim oko -180 stepeni Celzijusovih. Na ovim temperaturama, cijanovodonik je kristal, dok su metan i etan tečni.

Analizom tih mešavina pomoću laserske spektroskopije, metodom za ispitivanje materijala i molekula na atomskom nivou, utvrđeno je da su molekuli netaknuti, ali da se nešto ipak dogodilo.

To je dovelo do uzbudljive teorijske i eksperimentalne saradnje između Univetiteta Čalmers i NASA. „Postavili smo sebi pomalo suludo pitanje: da li se merenja mogu objasniti kristalnom strukturom u kojoj je metan ili etan pomešan sa cijanovodonikom? To je suprotno hemijskom pravilu da ‘slično rastvara slično’, što znači da kombinacija ovih polarnih i nepolarnih supstanci ne bi trebalo da je moguća“, kažu istraživači.

Putem kompjuterskih simulacija u velikim razmerama testirane su hiljade različitih načina organizovanja molekula u čvrstom stanju. Analiza je pokazala da su ugljovodonici prodrli u kristalnu rešetku cijanovodonika i formirali stabilne nove strukture poznate kao ‘kokristali’.

To se može desiti na vrlo niskim temperaturama, kao što su one na Titanu. Naše kalkulacije su predvidele ne samo da su neočekivani spojevi stabilni pod uslovima na Titanu, već i spektre svetlosti koji se dobro poklapaju sa merenjima NASA, kažu istraživači.

Otkriće dovodi u pitanje jedno od najpoznatijih pravila hemije, ali još nije vreme da se prepravljaju udžbenici. Ovo je lep primer pomeranja granica u hemiji i da univerzalno prihvaćeno pravilo ne važi uvek.

Godine 2034, sonda Dragonflaj bi trebalo da stigne do Titana, sa ciljem da istraži šta ima na njegovoj površini. Do tada će istraživači sa Univerziteta Čalmers nastaviti da istražuju cijanovodoničnu hemiju, delom u saradnji sa NASA.

Cijanovodonik je prisutan na mnogim mestima u univerzumu, npr. u velikim oblacima prašine, atmosferama planeta i na kometama. Naša otkrića mogu pomoći da razumemo šta se dešava u drugim hladnim sredinama u svemiru, kažu istraživači. Možda ćemo otkriti da i drugi nepolarni molekuli mogu da uđu u kristale cijanovodonika i šta bi to moglo značiti za hemiju pre pojave živote.

Polarne supstance sadrže molekule sa asimetričnom distribucijom naelektrisanja (pozitivnu stranu i negativnu stranu), dok nepolarni materijali imaju simetričnu distribuciju naelektrisanja. Polarni i nepolarni molekuli se retko mešaju, pošto polarni molekuli privlače jedan drugi putem elektrostatičkih interakcija.

Titan i Dragonflaj

Najveći Saturnov mesec, Titan, jedan je od najneobičnijih svetova Sunčevog sistema – i možda ima slične odlike kao rana evolucija Zemlje. Titan je okružen gustom atmosferom koja je sastavljena uglavnom od azota i metana, što bi moglo biti slično atmosferi Zemlje pre više milijardi godina, pre pojave života. Sunčeva svetlost i drugo zračenje iz svemira izazivaju reakcije između ovih molekula, zbog čega je mesec pokriven hemijski složenom, narandžastom izmaglicom organskih (ugljenikom bogatih) jedinjenja. Jedna od glavnih supstanci koje nastaju na ovaj način je cijanovodonik.

Titanova ekstremno hladna površina je dom jezera i reka tečnog metana i etana. To je jedino drugo poznato mesto u solarnom sistemu, osim Zemlje, gde tečnosti formiraju jezera na površini. Titan ima vremenske uslove i sezone. Ima vetar, oblake i kišu – ali od metana, a ne vode. Merenja takođe pokazuju da tamo verovatno postoji veliko more tečne vode više kilometara ispod hladne površine, koje bi u principu moglo sadržati život.

NASA planira da 2028. godine lansira svemirsku letelicu Dragonflaj, koja bi do Titana trebalo da stigne 2034. godine. Cilj je proučavanje hemije koja prethodi životu i traganje za znacima života.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)