Οι επιστήμονες αναδημιούργησαν τις μοναδικές χημικές συνθήκες που υπάρχουν στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, σε μικροσκοπικούς γυάλινους κυλίνδρους εδώ στη Γη, και το πείραμα αποκάλυψε άγνωστα χαρακτηριστικά της ορυκτής σύνθεσης του φεγγαριού.
Ο Τιτάνας είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος δορυφόρος του ηλιακού συστήματος μετά τον Γανυμήδη, που ανήκει στον Δία, έχει πυκνή ατμόσφαιρα που αποτελείται κυρίως από άζωτο με ανάμειξη μεθανίου. Αυτή η κιτρινωπή ομίχλη διατηρεί μια θερμοκρασία περίπου -180° C. Κάτω από την ατμόσφαιρα υπάρχουν λίμνες, θάλασσες και ποτάμια υγρού μεθανίου και αιθανίου που καλύπτουν τον παγωμένο φλοιό του Τιτάνα, ειδικά κοντά στους πόλους. Όπως το υγρό νερό στη Γη, αυτά τα φυσικά αέρια συμμετέχουν σε έναν κύκλο στον οποίο εξατμίζονται, σχηματίζουν σύννεφα και στη συνέχεια πέφτουν βροχή στην επιφάνεια της Σελήνης.
Η πυκνή ατμόσφαιρα, η υγρή επιφάνεια και οι εποχικοί καιρικοί κύκλοι του Τιτάνα κάνουν αυτό το κρύο φεγγάρι λίγο σαν τη Γη, και όπως ο πλανήτης μας, έχει οργανικά μόρια που περιέχουν άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Λόγω αυτής της οργανικής χημείας που εμφανίζεται στον Τιτάνα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το φεγγάρι θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ένα τεράστιο εργαστήριο για τη μελέτη των χημικών αντιδράσεων που συνέβησαν στη Γη πριν εμφανιστεί η ζωή στον πλανήτη.
Αλλά μόνο ένα διαστημικό σκάφος, το Cassini, έχει παρατηρήσει λεπτομερώς τον Κρόνο και τα φεγγάρια του, καθιστώντας δύσκολη τη διεξαγωγή επίγειων μελετών για την περίεργη χημική σύνθεση που ανακαλύφθηκε στον Τιτάνα. Ως εκ τούτου, μια ομάδα επιστημόνων αποφάσισε πρόσφατα να μοντελοποιήσει τον Τιτάνα σε δοκιμαστικό σωλήνα.
Αρχικά, η ομάδα τοποθέτησε υγρό νερό σε μικρούς γυάλινους κυλίνδρους και μείωσε τη θερμοκρασία σε συνθήκες παρόμοιες με αυτές του Τιτανικού. Το νερό πάγωσε, μιμούμενος την παγωμένη κρούστα του Τιτάνα. Στη συνέχεια, η ομάδα πρόσθεσε αιθάνιο στον σωλήνα, ο οποίος έγινε υγρός όπως οι λίμνες στην επιφάνεια του Τιτάνα. Τέλος, πρόσθεσαν άζωτο για να δημιουργήσουν την ατμόσφαιρα του Τιτάνα και στη συνέχεια άλλαξαν ελαφρώς τη θερμοκρασία στον σωλήνα για να προσομοιώσουν τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του Τιτάνα και στα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιράς του.
Στην τελευταία τους μελέτη, που παρουσιάστηκε στις 26 Αυγούστου στο Φθινοπωρινό Συνέδριο της American Chemical Society, η ομάδα πρόσθεσε δύο ενώσεις, το ακετονιτρίλιο (ACN) και το προπιονιτρίλιο (PCN). Τα δεδομένα από την αποστολή Cassini δείχνουν ότι αυτές οι ενώσεις είναι άφθονες στον Τιτάνα. Οι περισσότερες προηγούμενες μελέτες έχουν μελετήσει τις δύο ενώσεις χωριστά, στην καθαρή τους μορφή, αλλά η ομάδα ήθελε να δει τι θα συνέβαινε εάν οι ενώσεις αναμειγνύονταν, όπως θα μπορούσε να συμβεί στον Τιτάνα. Σε αντίθεση με την εργασία με κάθε ένωση ξεχωριστά, αν τα αναμίξετε μαζί, μπορείτε να πάρετε ένα εντελώς διαφορετικό αποτέλεσμα στη δομή, δηλαδή πώς θα οργανωθούν τα μόρια και πώς θα κρυσταλλωθούν ή θα μετατραπούν σε στερεή μορφή.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι κάτω από συνθήκες που μοιάζουν με τιτάνιο, το ACN και το PCN συμπεριφέρονται αρκετά διαφορετικά από ό,τι κάθε ένωση μόνη της. Δηλαδή, οι θερμοκρασίες στις οποίες λιώνουν ή κρυσταλλώνονται οι ενώσεις αλλάζουν δραματικά, της τάξης των εκατοντάδων βαθμών Κελσίου.
Αυτά τα σημεία τήξης και κρυστάλλωσης θα ήταν σχετικά με τη μουντή κίτρινη ατμόσφαιρα του Τιτάνα. Τα διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας ποικίλλουν σε θερμοκρασία ανάλογα με το υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της Σελήνης, επομένως για να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρονται οι χημικές ουσίες στην ομίχλη, η νέα μελέτη προτείνει ότι αυτές οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας πρέπει να ληφθούν υπόψη.
Επιπλέον, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι όταν το ACN και το PCN κρυσταλλώνονται, υιοθετούν διαφορετικές κρυσταλλικές δομές ανάλογα με το αν είναι μόνα τους ή παρουσία άλλης ένωσης. Οι κρύσταλλοι σχηματίζονται όταν μεμονωμένα μόρια μιας ένωσης συνδυάζονται σε μια εξαιρετικά οργανωμένη δομή. Αν και τα δομικά στοιχεία αυτής της δομής - τα μόρια - παραμένουν ίδια, ανάλογα με παράγοντες όπως η θερμοκρασία, μπορούν να ενωθούν σε ελαφρώς διαφορετικές διαμορφώσεις.
Αυτές οι παραλλαγές στην κρυσταλλική δομή είναι γνωστές ως πολύμορφα, και όταν το ACN και το PCN υπάρχουν μόνα τους, υιοθετούν ένα πολύμορφο σε υψηλές θερμοκρασίες και ένα άλλο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αλλά οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι εάν υπάρχει ένα μείγμα, τότε η σταθερότητα της υψηλής και της χαμηλής θερμοκρασίας μπορεί, κατά κάποιο τρόπο, να αλλάξει. Αυτές οι λεπτές λεπτομέρειες για το πότε και πώς οι ενώσεις φτάνουν σε μια σταθεροποιημένη δομή θα μπορούσαν πραγματικά να αλλάξουν την κατανόηση των ορυκτών που μπορούν να βρεθούν στον Τιτάνα.
Η αποστολή Dragonfly της NASA, η οποία έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί το 2026 και να φτάσει στον Κρόνο το 2034, μπορεί να παρέχει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση ορυκτών του Τιτάνα επί τόπου.
Διαβάστε επίσης: