الكيمياء على قمر زحل الضخم تيتان أغرب مما كنا نعتقد

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

ربما يتعين إعادة كتابة قواعد الكيمياء على أكبر أقمار زحل، تيتان، بفضل اكتشاف جديد يوضح كيف يمكن لبلورات سيانيد الهيدروجين المجمدة أن تمتزج مع الهيدروكربونات السائلة، في مزيج لم يكن يعتقد أنه ممكن حتى الآن.

تجارب في وكالة ناسا مختبر الدفع النفاث (JPL) في جنوب كاليفورنيا، إلى جانب عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجراها باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد، أظهرت كيف أن جزيئات الإيثان السائل والميثان، التي تملأ البحار والبحيرات على سطح الأرض، تيتانويمكن أن يختلط مع بلورات سيانيد الهيدروجين المتجمد في درجة حرارة القمر المتجمدة البالغة 179 درجة مئوية تحت الصفر.

سيانيد الهيدروجين هو ما يوصف بأنه جزيء قطبي، بمعنى أنه يحتوي على جانب واحد بشحنة كهربائية موجبة وجانب آخر سلبي. وهذا يعني أنها تفضل الارتباط مع الجزيئات القطبية الأخرى، مع جذب الشحنات المعاكسة.

من ناحية أخرى، فإن الميثان والإيثان، وكلاهما مركبان هيدروكربونيان (أي يتكونان من ذرات الهيدروجين والكربون) هما جزيئات غير قطبية، مما يعني أن شحنتهما الكهربائية متناظرة، مع وجود شحنتين موجبة وسالبة على كل جانب من بنيتهما الجزيئية.

في العادة، لا تختلط المواد القطبية وغير القطبية. إنه يشبه إلى حد ما بقاء الزيت منفصلاً عن الماء.

يتشكل سيانيد الهيدروجين في الغلاف الجوي لتيتان من خلال التفاعلات مع الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الغلاف الجوي شمس، الذي يكسر الهيدروكربونات ويصلحها كجزيئات أخرى. وبالنظر إلى أن الهيدروكربونات غير القطبية شائعة في جميع أنحاء الغلاف الجوي لتيتان وسطحه، أراد العلماء في مختبر الدفع النفاث معرفة ما يحدث لسيانيد الهيدروجين بعد تكوينه. ومع ذلك، فإن تجاربهم المعملية التي خلطت سيانيد الهيدروجين مع الميثان والإيثان، والتي أجريت عند درجة حرارة 292 درجة فهرنهايت (180 درجة مئوية تحت الصفر)، أنتجت بعض النتائج المدهشة التي لم يفهموها. لذلك تواصلوا مع الكيميائي مارتن رام ومجموعته في تشالمرز، الذين لديهم خبرة سابقة في استخدام سيانيد الهيدروجين في درجات الحرارة الباردة، في بحثهم عن إجابات.

وقال رام في مقال: “أدى هذا إلى تعاون نظري وتجريبي مثير بين تشالمرز وناسا”. إفادة. “السؤال الذي طرحناه على أنفسنا كان مجنونًا بعض الشيء: هل يمكن تفسير القياسات من خلال بنية بلورية يتم فيها خلط الميثان أو الإيثان مع سيانيد الهيدروجين؟ وهذا يتناقض مع قاعدة في الكيمياء، “المثل يذوب مثله”، وهو ما يعني في الأساس أنه لا ينبغي أن يكون من الممكن الجمع بين هذه المواد القطبية وغير القطبية”.

وجدت عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجراها رام أن الميثان والإيثان يمكن أن يخترقا الشبكة البلورية لسيانيد الهيدروجين المتجمد، مما يشكل بنية جديدة ومستقرة تسمى “البلورة المشتركة”.

وقال رام: “يمكن أن يحدث هذا عند درجات حرارة منخفضة للغاية، مثل تلك الموجودة على تيتان”. “لم تتنبأ حساباتنا بأن الخلائط غير المتوقعة مستقرة في ظل ظروف تيتان فحسب، بل تنبأت أيضًا بأطياف الضوء التي تتوافق جيدًا مع قياسات ناسا.”

تيتان هو القمر الوحيد في النظام الشمسي لامتلاكه غلاف جوي سميك، وكيمياء الهيدروكربونات فيه تشبه حساء البريبايوتيك الذي يعتقد العلماء أنه وجد عليه أرض قبل أن تبدأ الحياة. على الرغم من أن درجات الحرارة الباردة على تيتان يبدو أنها تمنع أنواع التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تؤدي إلى الحياة كما نعرفها، إلا أن تيتان بيولوجية فلكية القيمة هي بمثابة نقطة انطلاق، حيث تعرض ما كان يمكن أن يكون عليه المخزون الجزيئي على الأرض المبكرة. على الرغم من سميته للحياة الآن، إلا أن سيانيد الهيدروجين على وجه الخصوص هو أحد اللبنات الأساسية للأحماض الأمينية، والتي تستخدم لبناء البروتينات والقواعد النووية في الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA).

“يوجد سيانيد الهيدروجين في العديد من الأماكن في الكونعلى سبيل المثال في سحب الغبار الكبيرة وفي أجواء الكواكب وفي المذنباتقال رام: “قد تساعدنا نتائج دراستنا على فهم ما يحدث في البيئات الباردة الأخرى في الفضاء. وقد نكون قادرين على معرفة ما إذا كانت الجزيئات غير القطبية الأخرى يمكنها أيضًا الدخول إلى بلورات سيانيد الهيدروجين، وإذا كان الأمر كذلك، فما الذي قد يعنيه هذا بالنسبة للكيمياء التي سبقت ظهور الحياة.

وفي كلتا الحالتين، تشير النتائج إلى تفاعلات أوثق بين الغلاف الجوي لتيتان، وسطحه المتجمد من الكثبان الجليدية، وكوكبه البحيرات والبحار من الميثان والإيثان، مما كان يتوقعه أي شخص. وعندما وصلت إلى تيتان في عام 2034، اتصلت الطائرة العمودية الجديدة التابعة لناسا اليعسوب، ستتوقف على السطح وتأخذ عينات من المواد، بما في ذلك جليد سيانيد الهيدروجين، حيث ستكون قادرة على التحقق من النتائج الجديدة والبحث عن كيمياء أكثر تعقيدًا وغير متوقعة.

ونشرت النتائج في يوليو في المجلة بناس.