Астрономія
Хімія
Астрономія
Хімія

Серпанок в атмосфері супутника Сатурна Титана змоделювали в лабораторії

Дослідники відтворили процес утворення ароматичних сполук, що формують серпанок супутника Сатурна Титана. Про це вони пишуть у журналі The Astrophysical Journal Letters. У результаті вони змогли спостерігати на атомному рівні, як з газів-реагентів у атмосфері зростають макромолекули серпанку, та виявити хімічну структуру цих молекул.

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute

Яку атмосферу має Титан?

Найбільший супутник Сатурна Титан — це органічний світ, оточений товстими шарами серпанку. Цей серпанок формується у атмосфері завдяки фотохімічним процесам, що поєднують азот і метан. Подібне відбувалося і на ранній Землі 2,8 мільярдів років тому, до збільшення концентрацій кисню, коли біологічний метан накопичувався в атмосфері. Тоді, ймовірно, тут також утворювався серпанок, який став джерелом органічного матеріалу, що міг сприяти еволюції життя.

Серпанок на Титані містить складний органічний матеріал, вивчати який дозволили безпосередні спостереження під час успішної місії Кассіні — Гюйгенс та відтворення хімічних процесів у лабораторіях за допомогою експериментального моделювання. Відомо, що серпанок утворюється наночастинками, які складаються з великих поліциклічних ароматичних вуглеводневих сполук з азотом. Проте лишається незрозумілим, як саме органічний матеріал хімічно зростає до складних макромолекул і яка у них ключова структура.

Яке дослідження провели вчені?

Щоб з’ясувати це, дослідники синтезували толіни — органічні речовини, які є аналогами серпанку Титана. Для цього вони заповнили реактор з нержавіючої сталі сумішшю газів азоту і метану (95% до 5%), які складають атмосферу супутника. Потім її піддали дії електричного розряду та проаналізували утворені в результаті індивідуальні молекули. Усього їх було 110. Для 12% зразків вчені змогли встановити повну чи часткову хімічну структуру.

Реактор, у якому проводили експеримент. Nathalie Carrasco

Реактор, у якому проводили експеримент. Nathalie Carrasco

Що показали результати?

Експеримент дозволив вченим спостерігати з атомною роздільною здатністю окремі макромолекули серпанку Титана та виявити їхні характерні структурні елементи. Це, зокрема, азотовмісні поліциклічні ароматичні вуглеводні та подовжені молекули таких сполук, які містять п’ятичленні ароматичні кільця. Такі молекули добре поглинають ультрафіолетове світло і, таким чином, визначають радіаційний баланс атмосфери. Крім того, виявлена хімічна структура дозволяє вченим дізнатися більше про метанові дощі у атмосфері Титана, які наповнюють його озера. Наночастинки серпанку можуть плавати на поверхнях таких озер.

Отримані макромолекули та їхні структури. Fabian Schulz et al.

Отримані макромолекули та їхні структури. Fabian Schulz et al.