Nguồn gốc và hóa chất của cồn cát Saturn’s Moon Titan

Nhà hóa học vật lý Ralf I. Kaiser và các nhà nghiên cứu đã kiểm tra dữ liệu viễn thám liên quan đến sứ mệnh Cassini-Huygens của NASA đối với Titan – một ngôi sao trong hệ mặt trời duy nhất ngoài Trái đất có bề mặt rắn, có hồ và bầu khí quyển dày với áp suất khoảng 1,5 bầu khí quyển ở bề mặt .

Các hình ảnh và dữ liệu từ Cassini-Huygens cho thấy sự tồn tại của những đụn cát dài trên bề mặt Titan trên các sa mạc xích đạo có thể đạt tới độ cao tới 100 mét, gần bằng kích thước của kim tự tháp Giza của Ai Cập. Trong khi các đụn cát của Trái đất được tạo thành từ silicat hoặc lớp khoáng chất lớn nhất. Các nghiên cứu hình ảnh cho thấy cồn cát của Titan chứa các chất hữu cơ tối cho đến nay vẫn không xác định được nguồn gốc và thành phần hóa học.

Nhóm UH Manoa, bao gồm Matthew Abplanalp, cựu sinh viên tốt nghiệp ngành hóa học tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu WM Keck của UH, đã tiếp xúc với băng axetylen – một hóa chất được sử dụng trên trái đất trong hàn mỏ hàn và tồn tại ở vùng xích đạo của Titan – ở mức thấp nhiệt độ đến proxy của các tia vũ trụ thiên hà năng lượng cao. Các nhà nghiên cứu đã cho thấy một hóa học tác động bằng tia vũ trụ nhanh chóng chuyển đổi các phân tử đơn giản như acetylene thành các phân tử hữu cơ phức tạp hơn như benzen và naphtalene – một hợp chất được tìm thấy trong băng phiến – trên bề mặt Titan. Các quá trình này cũng xảy ra trong môi trường giữa các vì sao – không gian giữa các ngôi sao và trên các lớp hạt nano liên sao giàu hydrocarbon.

Các đụn cát của Titan đại diện cho sự chìm bề mặt carbon thống trị trong hóa học hữu cơ của Titan. Do đó để làm sáng tỏ nguồn gốc và con đường hóa học đã hình thành vật liệu cồn hữu cơ này là điều quan trọng không chỉ để hiểu sự tiến hóa hóa học của Titan mà còn để nắm bắt cách thức các hóa chất trên Titan và trên Trái đất có thể giống như trước khi sự sống xuất hiện trên Trái đất 3,5 triệu năm trước đây. 

Các quá trình này cuối cùng cung cấp các khối xây dựng phân tử không chỉ cho các cồn hữu cơ của Titan, mà còn cho các chất hữu cơ trên các cơ thể không có không khí nói chung như trên các Vật thể Vành đai Kuiper hay như hành tinh lùn Makemake.

Sự tổng hợp nhiệt độ thấp của PAHs từ acetylene ices thể hiện sự thay đổi cơ bản từ nhận thức hiện được chấp nhận rằng sự hình thành PAH chỉ diễn ra trong pha khí ở nhiệt độ cao khoảng vài nghìn K như trong các quá trình đốt cháy.

Những phát hiện này sẽ có ý nghĩa chưa từng có đối với sứ mệnh không gian tiếp theo với Titan. NASA đặt mục tiêu hạ cánh một robot bay được đặt tên là  Dragonfly lên trên bề mặt Titan trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh cùng tiền thân phân tử của nó. Các quadcopter xe cỡ, được trang bị với các công cụ có khả năng xác định các phân tử hữu cơ lớn dự kiến ​​sẽ được khởi động cùng một tên lửa năm 2026, đến đích của nó trong năm 2034 và sau đó bay đến nhiều địa điểm hàng trăm dặm. Dragonfly sẽ hạ cánh gần xích đạo của Titan gần các cồn cát hữu cơ, do đó cung cấp một cái nhìn thoáng qua về các chất hữu cơ có khả năng sinh học ở giai đoạn đóng băng – Nó sẽ mạnh dạn đi đến nơi chưa có ai trước đó từng đi.

“Nhìn chung, nghiên cứu này thúc đẩy sự hiểu biết của chúng tôi về các chất hữu cơ phức tạp và xử lý hóa học cơ bản của các phân tử đơn giản trong không gian sâu và cung cấp một cơ chế khoa học và đã được chứng minh về sự hình thành các cấu trúc thơm trong môi trường khắc nghiệt ở nhiệt độ thấp”, Kaiser kết luận. “Vì Titan rất giàu nitơ, sự kết hợp của nitơ trong các PAH này cũng có thể dẫn đến các gốc nitơ-carbon (các bộ phận của một phân tử) chiếm ưu thế trong sinh hóa đương đại như trong các cơ sở nitơ dựa trên DNA và RNA.”

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Hawaii tại Manoa . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Matthew J. Abplanalp, Robert Frigge, Ralf I. Kaiser. Tổng hợp nhiệt độ thấp của hydrocarbon thơm đa vòng trong các bề mặt của Titan và trên cơ thể không có không khí . Tiến bộ khoa học , 2019; 5 (10): eaaw5841 DOI: 10.1126 / sciadv.aaw5841