Кристаллы в озерах Титана могут нарушать фундаментальные законы химии

Ученые сделали на спутнике Сатурна Титане открытие, которое нарушает то, что считалось основополагающим законом химии. В экстремально холодных условиях Титана некоторые молекулы, которые считались несовместимыми, могут объединятся в твердые соединения, которые никогда не наблюдались в Солнечной системе, сообщает Science Alert. 

По мнению группы ученых под руководством химика Фернандо Искьердо-Руиса из Технологического университета Чалмерса в Швеции, эта инопланетная материя, вероятно, в присутствует на Титане в изобилии. 

Спутник Сатурна захватывает ученых. На нем существуют моря и озера из углеводородов, которые содержат сложную химию, близкую к пребиотической химии, необходимой для зарождения жизни. Это не означает, что на Титане может существовать жизнь, но дает больше данных об условиях, в которых она может зародиться.

Одним из краеугольных камней пребиотической химии является цианистый водород, который при определенных условиях образует соединения, способные стать строительными блоками жизни, такие как азотистые основания и аминокислоты. Кроме того, это сильно полярная молекула с неравномерным распределением электронов, что придает ей неравномерный заряд.

И цианистый водород чрезвычайно распространен на Титане.

Как правило, полярные и неполярные молекулы, такие как метан и этан на Титане, отталкиваются друг от друга. Для их соединения требуется больше энергии, чем для их разделения. Именно этот механизм препятствует смешиванию полярной воды с неполярной нефтью.

В ходе нового исследования ученые из Лаборатории реактивного движения NASA решили выяснить, что происходит после того, как эта молекула образуется в атмосфере Титана. Они провели эксперименты при температурах около -180 градусов Цельсия, что соответствует температуре поверхности спутника Сатурна. При таком экстремально низком уровне температуры цианид водорода представляет собой кристалл, в то время как метан и этан находятся в жидкой форме.

После того, как исследователи завершили эксперимент и проанализировали полученные смеси, они заметили, что что-то изменилось. Но они не были уверены, что именно, поэтому передали обратились к химикам из Технического университета Чалмерс.

 «Вопрос, который мы себе задали, был немного сумасшедшим: можно ли объяснить результаты измерений кристаллической структурой, в которой метан или этан смешан с цианистым водородом? Это противоречит химическому правилу «подобное растворяется в подобном», которое, по сути, означает, что смешивать полярные и неполярные вещества не должно быть возможным», - заявил Мартин Рам из Чалмерса.

Ученые повторили эксперимент и заметили небольшие, но четкие сдвиги в колебаниях циановодорода после воздействия метана и этана, что указывало на то, что эти несовместимые вещества не просто находились рядом друг с другом, а взаимодействовали. Направление этих сдвигов указывало на то, что водородные связи в циановодороде слегка укреплялись, изгибались и растягивались под воздействием метана и этана.

Исследователи также провели компьютерное моделирование, которое подтвердило их догадки. Метан и этан проникали между щелями в кристаллической решетке циановодорода, объединяясь в структуры, известные как сокристаллы, которые остаются стабильными при температурах, подобных температурам Титана.

Ранее астрономы открыли еще 128 новых спутников Сатурна. Таким образом, общее число известных лун планеты достигло 274.