Tutkijat ovat luoneet uudelleen ainutlaatuiset kemialliset olosuhteet, jotka vallitsevat Titanilla, Saturnuksen suurimmalla kuulla, pienissä lasisylintereissä täällä maan päällä, ja koe on paljastanut aiemmin tuntemattomia piirteitä kuun mineraalikoostumuksesta.
Titan on aurinkokunnan toiseksi suurin satelliitti Jupiteriin kuuluvan Ganymeden jälkeen, sillä on tiheä ilmakehä, joka koostuu pääasiassa typestä ja metaaniseoksesta. Tämä kellertävä sumu pitää lämpötilan noin -180 °C:ssa. Ilmakehän alapuolella on järviä, merta ja nestemäisen metaanin ja etaanin jokia, jotka peittävät Titanin jäisen kuoren, erityisesti napojen lähellä. Kuten nestemäinen vesi maan päällä, nämä luonnonkaasut osallistuvat kiertoon, jossa ne haihtuvat, muodostavat pilviä ja sitten sataa Kuun pinnalle.
Titaanin tiheä ilmakehä, nestepinta ja kausittaiset sääsyklit tekevät tästä kylmästä kuusta vähän maapallon kaltaisen, ja planeettamme tapaan siinä on orgaanisia molekyylejä, jotka sisältävät hiiltä, vetyä ja happea. Tämän Titanilla esiintyvän orgaanisen kemian vuoksi tutkijat uskovat, että kuu voisi toimia massiivisena laboratoriona tutkimaan kemiallisia reaktioita, jotka tapahtuivat maan päällä ennen elämän ilmestymistä planeetalle.
Mutta vain yksi avaruusalus, Cassini, on havainnut Saturnusta ja sen kuita yksityiskohtaisesti, mikä vaikeuttaa maanpäällisten tutkimusten tekemistä Titanista löydetystä oudosta kemiallisesta koostumuksesta. Siksi ryhmä tutkijoita päätti äskettäin mallintaa Titania koeputkessa.
Ensin ryhmä laittoi nestemäistä vettä pieniin lasisylintereihin ja alensi lämpötilan olosuhteisiin, jotka olivat samanlaisia kuin Titanicissa. Vesi jäätyi jäljitellen Titanin jäistä kuorta. Sitten tiimi lisäsi putkeen etaania, joka muuttui nestemäiseksi, kuten Titanin pinnan järvet. Lopuksi he lisäsivät typpeä luodakseen Titanin ilmakehän ja muuttivat sitten hieman lämpötilaa putkessa simuloidakseen lämpötilan vaihteluita Titanin pinnalla ja sen ilmakehän eri kerroksissa.
Uusimmassa tutkimuksessaan, joka esiteltiin 26. elokuuta American Chemical Societyn syyskokouksessa, ryhmä lisäsi kaksi yhdistettä, asetonitriilin (ACN) ja propionitriilin (PCN). Cassinin operaation tiedot osoittavat, että näitä yhdisteitä on runsaasti Titanissa. Useimmat aiemmat tutkimukset ovat tutkineet näitä kahta yhdistettä erikseen, puhtaassa muodossaan, mutta ryhmä halusi nähdä, mitä tapahtuisi, jos yhdisteet sekoitettiin, kuten Titanilla saattaa olla. Toisin kuin työskennellessäsi jokaisen yhdisteen kanssa erikseen, jos sekoitat ne keskenään, saat rakenteessa täysin erilaisen tuloksen eli kuinka molekyylit järjestäytyvät ja miten molekyylit kiteytyvät tai muuttuvat kiinteäksi.
Tiimi havaitsi, että titaanin kaltaisissa olosuhteissa ACN ja PCN käyttäytyvät aivan eri tavalla kuin kumpikaan yhdiste yksinään. Nimittäin lämpötilat, joissa yhdisteet sulavat tai kiteytyvät, muuttuvat dramaattisesti, satojen celsiusasteiden luokkaa.
Nämä sulamis- ja kiteytymispisteet olisivat tärkeitä Titanin sumuisessa keltaisessa ilmakehässä. Ilmakehän eri kerrosten lämpötila vaihtelee riippuen korkeudesta kuun pinnan yläpuolella, joten uuden tutkimuksen mukaan nämä lämpötilan vaihtelut on otettava huomioon, jotta voidaan ymmärtää, kuinka sumussa olevat kemikaalit käyttäytyvät.
Lisäksi tutkijat havaitsivat, että kun ACN ja PCN kiteytyvät, ne omaksuvat erilaisia kiderakenteita riippuen siitä, ovatko ne yksinään vai toisen yhdisteen läsnä ollessa. Kiteet muodostuvat, kun yhdisteen yksittäiset molekyylit yhdistyvät hyvin organisoituneeksi rakenteeksi. Vaikka tämän rakenteen rakennuspalikat - molekyylit - pysyvät samoina, riippuen tekijöistä, kuten lämpötilasta, ne voivat liittyä yhteen hieman erilaisissa kokoonpanoissa.
Nämä kiderakenteen vaihtelut tunnetaan nimellä polymorfeja, ja kun ACN ja PCN ovat olemassa itsestään, ne omaksuvat yhden polymorfin korkeissa lämpötiloissa ja toisen matalissa lämpötiloissa. Mutta tutkijat huomasivat, että jos on seos, korkean ja matalan lämpötilan stabiilisuus voidaan jossain mielessä muuttaa. Nämä hienot yksityiskohdat siitä, milloin ja miten yhdisteet saavuttavat stabiloidun rakenteen, voivat todella muuttaa käsitystä siitä, mitä mineraaleja Titanista löytyy.
NASAn Dragonfly-tehtävä, jonka on määrä lähteä laukaisuun vuonna 2026 ja saapua Saturnukseen vuonna 2034, saattaa tarjota lisätietoja Titanin mineraalikoostumuksesta in situ.
Lue myös: