Na księżycu Saturna wykryto cząsteczkę niespotykaną w żadnej innej atmosferze

{reklama-artykul}Jak się okazuje, Tytan, jeden z księżyców Saturna, jak również jeden z dziwniejszych obiektów w Układzie Słonecznym, okazał się być jeszcze dziwniejszy, niż myślano. Astronomowie wykryli bowiem w jego atmosferze bardzo rzadko spotykaną cząsteczkę, cyklopropenyliden (C3H2). Cząsteczka ta jest tak reaktywna, że na Ziemi może istnieć jedynie po otrzymaniu jej w warunkach laboratoryjnych.

Przedziwna molekuła

W zasadzie, C3H2 to cząsteczka tak rzadka, że dotychczas nie wykryto jej w atmosferze żadnego innego obiektu krążącego wokół Słońca. Ta stabilnie i naturalnie występuje jedynie w zimnej przestrzeni międzygwiezdnej. Może być ona jednak substancją stanowiącą budulec dla bardziej złożonych cząsteczek organicznych, z których z czasem mogą powstać organizmy żywe.

„Myślimy o Tytanie jak o prawdziwym laboratorium, w którym możemy obserwować chemię podobną do tej występującą na wczesnej Ziemi, gdy rodziło się na niej życie.”, powiedziała astrobiolog Melissa Trainer z Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda NASA. „Będziemy szukać cząsteczek większych niż C3H2, ale musimy wiedzieć, co dzieje się w atmosferze, aby zrozumieć reakcje chemiczne, które prowadzą do formowania się złożonych cząsteczek organicznych i ich opadania na powierzchnię.”

Budowa cząsteczki cyklopropenylidenu (C3H2). | Źródło: Wikimedia Commons/Ben Mills, Jynto

Cyklopropenyliden, który naukowcy z NASA opisują jako „bardzo dziwną cząsteczkę”, z reguły nie utrzymuje się długo w warunkach atmosferycznych, ponieważ ta bardzo szybko i łatwo wchodzi w reakcje z innymi cząsteczkami, tworząc inne związki. Jak już wspomniałam, omawiana substancja utrzymuje się jedynie w przestrzeni kosmicznej – tam gdzie gazy są zimne i rozrzedzone, przez co ich reaktywność jest zmniejszona.

Cóż, Tytan ma niewiele wspólnego z przestrzenią międzygwiezdną. Na jego powierzchni występują całe jeziora, morza i rzeki metanu i innych węglowodorów, zaś jego niebo zdobią węglowodorowe chmury. Jego atmosfera jest gęsta, gęstsza od atmosfery ziemskiej, zaś składa się głównie z azotu z domieszką argonu, metanu i innych związków organicznych, takich jak etan i acetylen, i jak się właśnie okazało także cyklopropenyliden.

Niespodziewane znalezisko

W 2016 roku zespół, któremu przewodził planetolog Conor Nixon z Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda NASA wykorzystał obserwatorium ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) w Chile, by zbadać atmosferę Tytana w poszukiwaniu cząsteczek organicznych. Wówczas, w górnej części tej atmosfery, wysoko nad powierzchnią, wykryto nieznaną sygnaturę chemiczną. Po porównaniu tej sygnatury z bazą danych profili chemicznych, badacze doszli do wniosku, że reprezentuje ona cząsteczkę znaną jako cyklopropenyliden. To, jakim cudem ta cząsteczka może występować w atmosferze Tytana, jest zagadką.

„Kiedy zdałem sobie sprawę z tego, że patrzę na cyklopropenyliden, pomyślałem: ‘Cóż, to naprawdę nieoczekiwane’.”, stwierdził Nixon. „Tytan to wyjątkowy obiekt w Układzie Słonecznym. Niejednokrotnie pokazał, że jest skarbnicą nowych cząsteczek.”

Życie na Tytanie?

Cyklopropenyliden to cząsteczka szczególnie ciekawa, ponieważ jest on cząsteczką pierścieniową – jego trzy atomy węgla są połączone razem w pierścień. Chociaż nie wiadomo, czy sam cyklopropenyliden odgrywa jakąś rolę biologiczną, wiadomo, że zasady nukleinowe – DNA i RNA, bazują na pierścieniach cząsteczkowych.

Zdjęcie przedstawiające powierzchnię Tytana. | Źródło: NASA/JPL/University of Arizona

Im mniejsza cząsteczka, tym większy posiada potencjał – reakcje, w których udział biorą cząsteczki mniejsze, zawierające mniej wiązań, zgodnie z oczekiwaniami powinny zachodzić szybciej niż reakcje z udziałem większych, bardziej skomplikowanych cząsteczek. W związku z tym, reakcje mniejszych cząsteczek powinny przynieść bardziej zróżnicowany zakres wyników.

Wcześniej uważano, ze benzen (C6H6) jest najmniejszą cząsteczką zawierającą pierścień występującą w atmosferach planet i księżyców. Odkrycie cyklopropenylidenu wszystko zmienia.

Tytan to miejsce, w którym zachodzi całe mnóstwo przemian z udziałem cząsteczek organicznych. Azot i metan rozpadają się w jego atmosferze pod wpływem światła słonecznego, zapoczątkowując kaskadę przemian chemicznych. Naukowcy próbują dowiedzieć się, czy taka kaskada mogłaby doprowadzić do powstania życia. Ustalenie, jakie związki chemiczne są obecne w atmosferze Tytana, to bardzo ważny krok w procesie badawczym, który ma pozwolić na uzyskanie odpowiedzi na powyższe pytanie. Możliwe, że cyklopropenyliden to kluczowy element tej chemicznej układanki.

Źródło: Astronomy Journal, fot. tyt. NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/University of Idaho