研究人员在小玻璃圆柱体中重建土卫六的条件 揭示两种有机分子的基本特性
研究人员在小玻璃圆柱体中重建土卫六的条件 揭示两种有机分子的基本特性
（神秘的地球uux.cn报道）据cnBeta：泰坦（Titan）/土卫六是土星最大的卫星，同时也是研究生命起源天然实验室。与地球一样，泰坦拥有密集的大气层和季节性天气循环，但化学和矿物组成却有很大不同。现在，地球上的研究人员在小玻璃圆柱体中重建了土卫六的条件，揭示了两种有机分子的基本特性，这两种有机分子被认为是泰坦上的矿物质。
在今天召开的美国化学学会 (ACS) 秋季会议上，研究人员展示了他们的研究成果。ACS 2021年秋季是一场混合会议，将于8月22日至26日以虚拟方式和面对面方式举行，点播内容将于8月30日至9月30日提供。会议将就广泛的科学主题进行7,000多场演讲。
该项目的首席研究员Tomče Runevski博士说：“地球上液态的简单有机分子在泰坦上通常是固体冰矿物晶体，因为它的温度极低，低至-290华氏度。我们发现泰坦上可能富含的两种分子——乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)—— 主要以一种结晶形式存在，这种结晶形式会产生高极性的纳米表面，可以作为其他分子自组装的模板。益生元感兴趣的分子”。
我们现在对这个冰冷世界的了解大部分归功于1997-2017年卡西尼·惠更斯号（Cassini-Huygens）对土星及其卫星的任务。从那次任务中，科学家们知道泰坦是研究生命如何产生的一个引人注目的地方。
像地球一样，泰坦有一个致密的大气层，但它主要由氮气和少量甲烷组成。它是除地球之外唯一已知的发现了稳定的地表液体池的天体。在太阳能量、土星磁场和宇宙射线的推动下，氮和甲烷在土卫六上发生反应，产生各种大小和复杂性的有机分子。
据信 ，ACN和PCN以气溶胶的形式存在于月球特有的黄色雾霾中，它们如雨点般落在地表，以固体矿物块的形式沉淀下来。这些分子在地球上的特性是众所周知的，但直到现在还没有研究过它们在类似泰坦的条件下的特性。
Runčevski表示：“在实验室环境中，我们在微型玻璃圆柱体中重建了泰坦上的条件。通常情况下，我们会引入水，当我们降低温度以模拟泰坦大气时，水会冻结成冰。我们在上面添加了乙烷，它变成了液体，模仿了卡西尼-惠更斯号发现的碳氢化合物湖”。
向圆柱体中加入氮气，并引入ACN和PCN来模拟大气降雨。然后研究人员稍微升高和降低温度以模拟月球表面的温度波动。
使用同步加速器和中子衍射仪器、光谱实验和量热测量分析形成的晶体。在计算和模拟的支持下，这项工作涉及来自南卫理公会大学的Runčevski团队，以及来自阿贡国家实验室、美国国家标准与技术研究所和纽约大学的科学家。
Runčevski表示：“我们的研究揭示了很多以前未知的行星冰结构。例如，我们发现PCN的一种结晶形式不会沿其三个维度均匀膨胀。泰坦经历了温度波动，如果晶体在各个方向的热膨胀不均匀，可能会导致月球表面开裂”。
相关报道：“试管中的土卫六”模拟实验 揭示了乙腈和丙腈低温下的特殊化学性质
（神秘的地球uux.cn报道）据cnBeta：虽然代号“泰坦”的土卫六很是冰冷，但它还是很像地球的一个孪生兄弟，并且蕴藏了许多奥秘。据悉，土卫六是太阳系中唯一一个以有机分子主、并且充满了湖泊与河流的奇异世界。尽管它与我们所在的家园并不完全相同，且雨水可能灼伤皮肤，但土卫六还是成为了探寻外星生命的一个热门地点。
按照计划，美国宇航局将在 2027 年的“蜻蜓”（Dragonfly）任务期间，向土卫六派去一架“大型旋翼无人机”，以期探寻到一些非同寻常的东西。
不过在发射升空后，该飞船仍需经历 7 年的时间，才会抵达距离地球近 10 亿英里的最终目的地。与此同时，许多研究人员正在努力了解那里的环境。
举个例子，南卫理公会大学的一支研究团队，就在通过一项在试管中开展的新实验，来模拟土卫六的环境状况。
在美国化学学会（ACS）秋季会议上，该校助理教授、实验首席研究员 Tomče Runčevski 在演讲中称：
土卫六存在许多与地球类似的有机分子，只是环境更加冰冷。如果我们要研究土卫六上的矿物质，就绕不开这些常见的有机分子，但要换一种视角去考量它们。
这项被称作“试管中的土卫六”（Titan-in-a-glass）的实验，就旨在做到这一点。研究人员在玻璃圆柱体中设置了泰坦的特征，例如骤降的温度和特征液体。
然后添加了存在于土卫六大气中的两种分子，分别是乙腈（acetonitrile）和丙腈（propionitrile）。结果将分子混在一起后，研究人员观察到了一些惊奇的现象：
实验期间，两种分子的结构序列发生了变化，高温与低温多晶型物（同质多形体）都变得更加稳定，且化合物的特性也略有不同。
这是非常有趣且重要的一点，毕竟到目前为止，所有针对乙腈而开展的大量研究，都假设其具有低温多晶型物。而在土卫六上，温度则要低得多。
据悉，土卫六的“冰点”低至 -290℉（-179℃）但这并不妨碍其生成“高温”多晶型物。换言之，土卫六不仅仅对其产生了温度上的化学影响。
Tomče Runčevski 补充道：在土卫六上，我们不能假设这些分子是单独存在的。此外有关乙腈和丙腈特性的新发现，或解决许多困扰我们已久的地球化学问题。
在地球条件下，这些化学物质仍是液体状态，因而无人关心其固态到底是什么样子。
得益于围绕土卫六开展的相关研究，人们终于开始直面这些基本问题，同时也让此类研究得到了振兴。
最后，研究团队希望根据 NASA 卡西尼-惠更斯（1997 - 2007）土星探测器任务期间收集的光谱数据，对其研究结果展开进一步的验证。
