Na Ziemi by to nie przeszło. Zaskakujące procesy chemiczne na Tytanie

O tym, że olej i woda się ze sobą nie mieszają uczymy się już na lekcjach chemii w szkole podstawowej. Okazuje się jednak, że nie wszystkie zasady działające na Ziemi, muszą działać w innych miejscach w przestrzeni kosmicznej. Naukowcy z NASA oraz z Uniwersytetu Chalmers wykazali właśnie, że w ekstremalnych warunkach panujących na powierzchni Tytana, najbardziej fascynującego księżyca Układu Słonecznego cząsteczki polarne i niepolarne - wbrew temu jak działają na Ziemi - bez problemu łączą się ze sobą w stabilne współkryształy. Wychodzi zatem na to, że akurat na powierzchni tego globu nie tylko "podobne rozpuszcza podobne", a to oznacza, że katalog możliwych reakcji chemicznych w Układzie Słonecznym właśnie się znacząco poszerzył.

Badacze odtworzyli warunki panujące na powierzchni Tytana i wykazali, że cyjanowodór, metan i etan mogą łączyć się w jeden trwały układ. Na Ziemi takie mieszaniny zwykle rozdzielają się na warstwy. Na Tytanie, przy temperaturach ok. minus 183 st. C, reguły są jednak inne. To tam zaobserwowano stabilne współkryształy, które nie miałyby szansy powstać w warunkach panujących na powierzchni Ziemi.

Kluczowym elementem tego zaskakującego procesu stanowi interkalacja: cząsteczki metanu i etanu wnikają w luki krystalicznego cyjanowodoru, tworząc nietypową strukturę stałą. Do potwierdzenia tego procesu naukowcy wykorzystali spektroskopię, dzięki której mogli ocenić oddziaływania między cząsteczkami. Wyniki wskazały na bliski kontakt składników uważanych za niekompatybilne ze sobą. To prowadzi do wniosku, że na Tytanie mechanizmy łączenia cząsteczek są znacznie szersze, niż zakładano.

Dotychczas przyjmowano, że "podobne rozpuszcza podobne" i związków polarnych i niepolarnych nie da się ze sobą łączyć. Tytan wyprowadził nas właśnie z tego błędu. To fascynujące odkrycie, bowiem otwiera przed naukowcami wrota na cały nowy rozdział chemii. Okazuje się bowiem, że na Tytanie warunki są tak różne od ziemskich, że może tam istnieć znacznie więcej egzotycznych struktur stałych.

Co niezwykle ważne, o Tytanie często mówi się, że pod wieloma względami przypomina on Ziemię sprzed miliardów lat: atmosfera jest bogata w azot, a metan i etan krążą w lokalnym obiegu, który bardzo przypomina ziemski cykl wodny. Jak dotąd jednak nie wiedzieliśmy, co się może dziać z cyjanowodorem powstającym w atmosferze tego globu: czy osiada jako ciało stałe, wchodzi w reakcje z otoczeniem, czy może prowadzi do powstania pierwszych cząsteczek życia? Nowe eksperymenty dostarczają wskazówek.

Zespół naukowców odpowiedzialny za odkrycie przeprowadził modelowanie setek potencjalnych układów krystalicznych oraz ocenę ich stabilności w warunkach Tytana. Okazało się, że wiele z nich nieoczekiwanie faktycznie może być stabilnych, a co więcej, ich widma zgadzają się z danymi obserwacyjnymi wykonywanymi przez NASA.

Warto tutaj pamiętać, że już w 2034 r. na powierzchni Tytana pojawi się dron Dragonfly, który przez dwa lata będzie badał atmosferę i powierzchnię tego fascynującego globu. Zebrane przez "ważkę" dane obserwacyjne pozwolą z bliska przyjrzeć się powierzchni księżyca Saturna i przy okazji sprawdzić, czy cyjanoacetylen, acetylen, izocyjanowodór łączą się w ten sam sposób z azotem. Może się bowiem okazać, że taki typ mieszania to ogólna cecha chemii Tytana.