Kristályos nitrilek jelennek meg a Titan felszínén

Szerző: Rezes Dániel

Egy újonnan megjelent kutatásban Dr. Tomče Runčevski és munkatársai apró üveghengerekben megalkották a Szaturnusz legnagyobb holdján – a Titanon – uralkodó körülményeket, ezzel feltárva két egyszerű nitril molekula (acetonitril és propionitril) lényeges tulajdonságait ebben a távoli és egyedülálló extraterresztrikus környezetben. Az említett két anyagról a tudósok azt feltételezték, hogy a Titan felszínén önálló ásványfázisként is megjelenhetnek. Az eredményeknek meghatározó szerepük van az élet keletkezését megelőző prebiotikus fejlődés és az élet eredetének megismerésében.

A Titan infravörösben, a Cassini űrszonda 2004 és 2017 között készült felvételein.
Forrás: NASA/JPL-Caltech/University of Nantes/University of Arizona

A Titan Naprendszerünk második legnagyobb, különleges tulajdonságokkal rendelkező holdja, mivel a több mint 150 ismert naprendszerbeli holdtól eltérően valódi légkör burkolja. Ezen felül a Föld mellett a Titan az egyetlen hely a Naprendszeren belül, ahol folyók, tavak és tengerek formájában folyadék jelenik meg a felszínen. A hold légköre legnagyobb részben nitrogénből áll, azonban a felszíni nyomás a Földhöz képest 50%-al nagyobb. A Titan felhői és az azokból hulló eső, a folyók, tavak és a tengerek is folyékony szénhidrogénekből (pl. metánból és etánból) állnak. A hold vízjégből álló vastag kérge alatt szintén folyadékot találunk, mely leginkább víz. A felszín alatti vizekben lehetséges az általunk ismert élet jelenléte, míg a felszíni folyékony szénhidrogénekben elképzelhető az élet olyan formáinak megléte is, melyek általunk még nem ismert, eltérő kémiai tulajdonsággal rendelkeznek. A Titan komplex szerves kémiai tulajdonságokkal bír, egyenlítőjén szerves anyagokból álló dűnék alakultak ki és a szénhidrogének evaporációjának (párolgásának) és precipitációjának (kicsapódásának) időszakos változásának folyamata hasonló a földi vízkörforgáshoz.

A Huygens űrszonda felvétele a Titan felszínéről
Forrás: ESA/NASA/JPL/University of Arizona; Andrey Pivovarov

A kutatás során vizsgált nitrilek olyan szerves vegyületek, melyek „−CN” funkciós csoportot tartalmaznak, bennük a szén- és a nitrogénatom között erős, hármas kovalens kötés található. A földi körülmények között az acetonitril (CH3CN) és a propionitril (CH3CH2CN) is színtelen folyadék.

A Titanról eddig megszerzett tudásunkat legnagyobb részben a Szaturnusz és holdjainak megfigyelésére küldött NASA/ESA Cassini-Huygens küldetés (1997-2017) alapozta meg. Ez a küldetés volt az, mely megmutatta a kutatóknak, hogy a Szaturnusz legnagyobb holdján végbemenő folyamatok megfigyelése milyen fontos lehet az élet keletkezésének megértésében.

A Nap sugárzásának, a Szaturnusz mágneses terének és a kozmikus sugárzásnak a hatására a Titan légkörében jelen levő nitrogén és szénhidrogének reagálnak, ezáltal különböző méretű és komplexitású szerves molekulákat hoznak létre. Ennek következtében a hold jellegzetes sárga párájú atmoszférájában acetonitril és propionitril jelenik meg aeroszol formában, melyből a szilárd részecskék nagyobb ásványcsomókat alkotva ülepednek ki a felszínre. Az üveghengerekben a Titanon uralkodó körülményeket előidézve a tudósok mesterségesen kristályokat hoztak létre, melyeket számos műszerrel vizsgáltak. A földi körülmények között folyékony egyszerű szerves vegyületek a Titánon jeges, szilárd kristályokként jelennek meg az extrém alacsony hőmérséklet (-180°C) hatására.

Acetonitril molekula 3D modellje
Forrás: Wikipedia

A kísérletekben kiderült, hogy az acetonitril és a propionitril is leginkább egy fajta kristályos formában jelenik meg. Ebben a megjelenésben ezek az anyagok olyan magasan poláros nanofelszíneket alkotnak, melyek az érdeklődés tárgyául szolgáló prebiotikus molekulák összeállásához kitűnő felületként szolgálnak. Emellett a kutatók a propionitril olyan kristályos formáját is azonosították, mely a tér nem minden irányában növekszik azonos mértékben. Ez azért is fontos, mivel ha a Titanon végbemenő hőmérsékletingadozás hatására a kristályok hőtágulása eltér a tér különböző irányaiban, akkor ez a hold felszínének repedezését idézheti elő. Ez a felismerés számos felszínforma megértésében nyújthat segítséget.

Dr. Tomče Runčevski jelenleg acetonitril, propionitril, valamint acetonitril-propionitril kristályokat hoz létre, melyek spektrális adatait fogja elemezni. Ezeknek a Cassini-Huygens küldetés spektrális adatsorának összevetésével meghatározható lesz számos ezidáig azonosítatlan sáv. A kutatás segíthet megérteni a Titánon jelen levő ásványtársulást és fontos adatokkal szolgálhat a NASA következő, 2027-re tervezett Titan-küldetéséhez is.


Források:

[1] https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/newsreleases/2021/august/titan-in-a-glass-experiments-hint-at-mineral-makeup-of-saturn-moon.html
[2] https://www.youtube.com/watch?v=jtCHDgL2c0o
[3] http://www.sci-news.com/space/titan-nitriles-10007.html
[4] https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/titan/overview/
[5] https://hu.wikipedia.org/wiki/Nitrilek
[6] https://hu.wikipedia.org/wiki/Acetonitril
[7] https://hu.wikipedia.org/wiki/Propionitril