Кристали в озерах Титана можуть порушувати фундаментальні закони хімії

Вчені зробили на супутнику Сатурна Титані відкриття, яке порушує те, що вважалося основоположним законом фізики. В екстремально холодних умовах Титана деякі молекули, які вважалися несумісними, можуть об'єднаються в тверді сполуки, які ніколи не спостерігалися в Сонячній системі, повідомляє Science Alert.

На думку групи вчених під керівництвом хіміка Фернандо Іскьєрдо-Руїса з Технологічного університету Чалмерса у Швеції, ця інопланетна матерія, імовірно, є присутньою на Титані в достатку.

Супутник Сатурна захоплює вчених. На ньому існують моря й озера з вуглеводнів, які містять складну хімію, близьку до пребіотичної хімії, необхідної для зародження життя. Це не означає, що на Титані може існувати життя, але дає більше даних про умови, в яких воно може зародитися.

Одним із наріжних каменів пребіотичної хімії є ціаністий водень, який за певних умов утворює сполуки, що здатні стати будівельними блоками життя, як-от азотисті основи та амінокислоти. Крім того, це сильно полярна молекула з нерівномірним розподілом електронів, що надає їй нерівномірного заряду.

І ціанистий водень надзвичайно поширений на Титані.

Як правило, полярні та неполярні молекули, такі як метан і етан на Титані, відштовхуються одна від одної. Для їхнього з'єднання потрібно більше енергії, ніж для їхнього розділення. Саме цей механізм перешкоджає змішуванню полярної води з неполярною нафтою.

Під час нового дослідження вчені з Лабораторії реактивного руху NASA вирішили з'ясувати, що відбувається після того, як ця молекула утворюється в атмосфері Титана. Вони провели експерименти при температурах близько -180 градусів Цельсія, що відповідає температурі поверхні супутника Сатурна. За такого екстремально низького рівня температури ціанід водню являє собою кристал, тоді як метан і етан перебувають у рідкій формі.

Після того, як дослідники завершили експеримент і проаналізували отримані суміші, вони помітили, що щось змінилося. Але вони не були впевнені, що саме, тому передали звернулися до хіміків з Технічного університету Чалмерс.

"Питання, яке ми собі поставили, було трохи божевільним: чи можна пояснити результати вимірів кристалічною структурою, в якій метан або етан змішаний із ціаністим воднем? Це суперечить хімічному правилу "подібне розчиняється в подібному", яке, по суті, означає, що змішувати полярні та неполярні речовини не повинно бути можливим", - заявив Мартін Рам із Чалмерса.

Науковці повторили експеримент і помітили невеликі, але чіткі зрушення в коливаннях ціановодню після впливу метану та етану, що вказувало на те, що ці несумісні речовини не просто перебували поруч одна з одною, а взаємодіяли. Напрямок цих зрушень вказував на те, що водневі зв'язки в ціановодню злегка зміцнювалися, згиналися і розтягувалися під впливом метану і етану.

Дослідники також провели комп'ютерне моделювання, яке підтвердило їхні здогадки. Метан і етан проникали між щілинами в кристалічній решітці ціановодню, об'єднуючись у структури, відомі як сокристали, які залишаються стабільними за температур, схожих з температурами Титана.

Раніше астрономи відкрили ще 128 нових супутників Сатурна. Таким чином, загальна кількість відомих місяців планети досягла 274.