Учёные НАСА обнаружили в атмосфере Титана молекулу, которую ещё никогда не находили в атмосферах других планет.
Вероятно, некоторые химики даже не слышали её названия: циклопропенилиден или C3H2.
По словам учёных, эта простая молекула на основе углерода может быть предшественником более сложных соединений, способных образовывать или питать возможную жизнь на Титане.
Исследователи обнаружили C3H2 с помощью радиотелескопа в обсерватории Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка (ALMA), расположенной на севере Чили.
Они выявили C3H2, который состоит из углерода и водорода, анализируя спектр уникальных световых сигнатур, собранных телескопом; таким же способом учёными был определён химический состав атмосферы Титана - по энергии, излучаемой или поглощаемой её молекулами.
"Когда я понял, что смотрю на циклопропенилиден, это было действительно неожиданно", - говорит Конор Никсон, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда, который руководил поиском ALMA.
Результаты работы были опубликованы 15 октября в "Астрономическом журнале" (Astronomical Journal).
Хотя учёные уже наблюдали C3H2 в некоторых областях по всей галактике, выявление его в атмосфере планетного тела стало неожиданностью.
Это связано с тем, что циклопропенилиден может легко вступать в реакцию с другими молекулами при контакте и образовывать различные соединения.
До сих пор астрономы находили C3H2 только в газопылевых облаках, дрейфующих между звёздными системами, то есть в областях, слишком холодных и диффузных, чтобы способствовать протеканию многих химических реакций.
Но такие плотные атмосферы, как у Титана, представляют собой ульи химической активности. Это основная причина, по которой учёные интересуются данной луной, являющейся местом назначения предстоящей миссии НАСА Dragonfly ("Стрекоза").
Вероятно, группе Никсона удалось идентифицировать небольшие количества C3H2 на Титане благодаря тому, что поиски производились в верхних слоях атмосферы луны, где концентрация различных газов, способных взаимодействовать с C3H2, значительно ниже.
Циклопропенилиден обнаружен пока только в атмосфере Титана, и это делает спутник уникальным, хотя причина, почему данная молекула найдена именно там, а не в атмосферах других планет, учёным не известна.
Титан является самым крупным из 62 спутников Сатурна и представляет собой интригующий мир, который в некотором смысле больше похож на Землю, чем все другие планетные тела.
В отличие от других лун в Солнечной системе (а их более 200), у Титана имеется густая атмосфера, которая в четыре раза плотнее земной, есть также облака, дожди, озёра, реки и даже подземный океан солёной воды.
Атмосфера Титана, как и на Земле, состоит в основном из азота с небольшой примесью метана. Когда молекулы метана и азота распадаются под ярким светом Солнца, составляющие их атомы развивают сложную сеть органической химии.
Это давно увлекало учёных, благодаря чему они вывели Титан в самый верх списка наиболее важных целей для поисков жизни, существующей в настоящем или уже канувшей в прошлое.
Даже если на поверхности спутника нет жизни, учёные считают, что подземный океан может иметь условия для её развития.
Молекулы на поверхности Титана могут принадлежать к тем же типам, из которых сформировались строительные блоки жизни на Земле.
По предположению учёных, в самом начале истории нашей планеты (3,8-2,5 миллиарда лет назад), когда земной воздух вместо кислорода содержал метан, условия на ней могли быть похожими на условия современного Титана.
"Мы продолжаем искать более крупные молекулы, чем C3H2, - сообщает Мелисса Трейнер, астробиолог из Центра полётов имени Годдарда. - Нам необходимо знать, что происходит в атмосфере Титана, чтобы понять химические реакции, которые приводят к образованию сложных органических молекул и выпадению дождя на поверхность".
Трейнер является заместителем главного исследователя миссии "Стрекоза" и ответственной за работу инструмента, установленного на винтокрылом аппарате и предназначенного для анализа состава поверхности Титана.
Циклопропенилиден - единственная "циклическая" молекула (или молекула с замкнутым контуром), помимо бензола, которая была обнаружена в атмосфере Титана.
Хотя известно, что C3H2 не участвует в современных биологических реакциях, такие молекулы с замкнутым контуром важны, поскольку они образуют главные кольца для азотистых оснований ДНК - сложной химической структуры, несущей генетический код жизни, и РНК - ещё одного жизненно важного соединения.
"Их циклическая природа открывает эту дополнительную ветвь химии, которая позволяет создавать биологически важные молекулы", - говорит Александр Телен, астробиолог из Центра Годдарда, работавший с Никсоном над обнаружением C3H2.
Для поиска простейших молекул жизнеобразующих углеродных соединений в атмосфере Титана учёные используют большие высокочувствительные наземные телескопы.
Бензол считался наименьшей единицей сложных кольцевых углеводородных молекул, которые искали и находили в атмосферах иных планет. Но теперь его место, похоже, занял C3H2, имеющий половину углеродных атомов бензола.
Команда Никсона использовала обсерваторию ALMA для изучения Титана ещё в 2016 году. Они были удивлены, обнаружив странный химический сигнал, который Никсон, просматривая базу данных всех известных молекулярных световых сигнатур, идентифицировал как циклопропенилиден.
Чтобы еще раз убедиться, что исследователи действительно наблюдали это необычное соединение, Никсон внимательно изучил исследовательские работы, опубликованные на основе анализа данных от космического аппарата Кассини, который совершил 127 сближений с Титаном в период с 2004 по 2017 год.
При этом масс-спектрометр Кассини уловил намёки на множество загадочных молекул на Титане, которые учёные всё ещё пытаются идентифицировать.
Действительно, как выявил Никсон, Кассини обнаружил доказательства наличия электрически заряженной версии той же самой молекулы - C3H3+.
Учитывая, что это редкая находка, учёные пытаются больше узнать о циклопропенилидене и о его взаимодействии с газами, присутствующими в атмосфере Титана.
Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ goddard/ 2020/ nasa-scientists-discover- a-weird-molecule- in-titan-s-atmosphere/