นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสภาวะทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะที่มีอยู่บนไททัน ซึ่งเป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ ในกระบอกสูบแก้วขนาดเล็กบนโลก และการทดลองได้เปิดเผยลักษณะที่ไม่ทราบมาก่อนขององค์ประกอบแร่ของดวงจันทร์
ไททันเป็นดาวเทียมที่ใหญ่เป็นอันดับสองในระบบสุริยะรองจากแกนีมีดซึ่งเป็นของดาวพฤหัสบดี มีบรรยากาศหนาแน่นซึ่งประกอบด้วยไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่และมีส่วนผสมของมีเทน หมอกควันสีเหลืองนี้รักษาอุณหภูมิไว้ที่ -180° C ใต้ชั้นบรรยากาศคือทะเลสาบ ทะเล และแม่น้ำที่มีก๊าซมีเทนและอีเทนเหลวซึ่งปกคลุมเปลือกน้ำแข็งของไททัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับขั้วโลก เช่นเดียวกับน้ำที่เป็นของเหลวบนโลก ก๊าซธรรมชาติเหล่านี้มีส่วนร่วมในวัฏจักรที่พวกมันระเหยกลายเป็นเมฆ และตกลงมาบนพื้นผิวของดวงจันทร์
บรรยากาศที่หนาแน่นของไททัน พื้นผิวของเหลว และวัฏจักรสภาพอากาศตามฤดูกาลทำให้ดวงจันทร์เย็นนี้มีลักษณะเหมือนโลกเล็กน้อย และเช่นเดียวกับโลกของเรา มันมีโมเลกุลอินทรีย์ที่ประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เนื่องจากเคมีอินทรีย์ที่เกิดขึ้นบนไททัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าดวงจันทร์สามารถทำหน้าที่เป็นห้องทดลองขนาดใหญ่เพื่อศึกษาปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นบนโลกก่อนที่สิ่งมีชีวิตจะปรากฎบนโลกใบนี้
แต่มียานอวกาศเพียงลำเดียวชื่อ Cassini ที่สำรวจดาวเสาร์และดวงจันทร์อย่างละเอียด ทำให้ยากต่อการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีแปลก ๆ ที่ค้นพบบนไททันจากภาคพื้นดิน ดังนั้นเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งจึงตัดสินใจจำลองไททันในหลอดทดลอง
ประการแรก กลุ่มได้วางน้ำของเหลวในกระบอกสูบแก้วขนาดเล็ก และลดอุณหภูมิให้อยู่ในสภาวะที่คล้ายกับของไททานิค น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง เลียนแบบเปลือกน้ำแข็งของไททัน จากนั้นทีมงานก็เติมอีเทนลงในท่อ ซึ่งกลายเป็นของเหลวเหมือนทะเลสาบบนพื้นผิวของไททัน ในที่สุด พวกเขาเติมไนโตรเจนเพื่อสร้างบรรยากาศของไททัน จากนั้นจึงเปลี่ยนอุณหภูมิในท่อเล็กน้อยเพื่อจำลองความผันผวนของอุณหภูมิบนพื้นผิวของไททันและในชั้นบรรยากาศต่างๆ
ในการศึกษาล่าสุดของพวกเขาซึ่งนำเสนอในวันที่ 26 สิงหาคมที่งาน American Chemical Society Fall Meeting ทีมงานได้เพิ่มสารประกอบสองชนิดคือ acetonitrile (ACN) และ propionitrile (PCN) ข้อมูลจากภารกิจ Cassini ระบุว่าสารประกอบเหล่านี้มีอยู่มากมายบนไททัน การศึกษาก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ได้ศึกษาสารประกอบทั้งสองแยกจากกัน ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่ทีมต้องการดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากสารประกอบถูกผสมกัน เช่นเดียวกับกรณีของไททัน ต่างจากการทำงานกับสารประกอบแต่ละชนิดแยกกัน หากคุณผสมเข้าด้วยกัน คุณจะได้ผลลัพธ์ในโครงสร้างที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง กล่าวคือ วิธีการจัดระเบียบโมเลกุล และวิธีที่โมเลกุลจะตกผลึก หรือกลายเป็นของแข็ง
ทีมงานพบว่าภายใต้สภาวะคล้ายไททาเนียม ACN และ PCN มีพฤติกรรมแตกต่างจากสารประกอบทั้งสองเพียงอย่างเดียว กล่าวคือ อุณหภูมิที่สารประกอบละลายหรือตกผลึกจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ตามลำดับหลายร้อยองศาเซลเซียส
จุดหลอมเหลวและการตกผลึกเหล่านี้จะสัมพันธ์กันในบรรยากาศสีเหลืองมัวของไททัน ชั้นบรรยากาศต่างๆ จะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิโดยขึ้นอยู่กับระดับความสูงเหนือพื้นผิวดวงจันทร์ ดังนั้น เพื่อให้เข้าใจว่าสารเคมีในหมอกควันมีพฤติกรรมอย่างไร การศึกษาใหม่นี้แนะนำว่าจำเป็นต้องคำนึงถึงความผันผวนของอุณหภูมิเหล่านี้ด้วย
นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าเมื่อ ACN และ PCN ตกผลึก พวกมันจะใช้โครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับว่าพวกมันอยู่ตัวเดียวหรืออยู่ต่อหน้าสารประกอบอื่น ผลึกจะเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลแต่ละโมเลกุลของสารประกอบรวมกันเป็นโครงสร้างที่มีการจัดระเบียบสูง แม้ว่าหน่วยการสร้างของโครงสร้างนี้ - โมเลกุล - จะยังคงเหมือนเดิม ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ พวกมันสามารถรวมเข้าด้วยกันในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย
รูปแบบเหล่านี้ในโครงสร้างผลึกเรียกว่า polymorphsและเมื่อ ACN และ PCN มีอยู่โดยตัวของมันเอง พวกมันจะใช้โพลีมอร์ฟหนึ่งตัวที่อุณหภูมิสูงและอีกตัวหนึ่งที่อุณหภูมิต่ำ แต่นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าหากมีส่วนผสม ความเสถียรของอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำอาจเปลี่ยนแปลงได้ในบางแง่ รายละเอียดที่ละเอียดเหล่านี้เกี่ยวกับเวลาและวิธีที่สารประกอบไปถึงโครงสร้างที่เสถียรสามารถเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับแร่ธาตุที่พบในไททันได้
ภารกิจ Dragonfly ของ NASA ซึ่งมีกำหนดจะเปิดตัวในปี 2026 และถึงดาวเสาร์ในปี 2034 อาจให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบแร่ของไททันในแหล่งกำเนิด
อ่าน: