Титан, спутник Сатурна, удивил ученых. Астрономы обнаружили в его атмосфере циклопропенилиден (C3H2) — чрезвычайно редкую молекулу на основе углерода, которая настолько реактивна, что может существовать на Земле только в лабораторных условиях.
Фактически, она настолько редка, что никогда раньше не обнаруживалась в атмосфере, в Солнечной системе или где-либо еще. Единственное другое место, где молекула может оставаться стабильной, — это холодная пустота межзвездного пространства. Но на ее основе возможно возникновение более сложных органических молекул, которые однажды могут привести к жизни.
«Мы думаем о Титане как о реальной лаборатории, где мы видим химию, подобную той, что была на древней Земле, когда здесь зарождалась жизнь», — сказала астробиолог Мелисса Трейнер из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
«Мы будем искать молекулы большего размера, чем C3H2, но нам нужно знать, что происходит в атмосфере, чтобы понять химические реакции, которые приводят к образованию сложных органических молекул».
Циклопропенилиден, который даже исследователи НАСА описывают как «очень странную маленькую молекулу», не может долго существовать в атмосферных условиях, потому что он очень быстро реагирует с молекулами, образуя другие соединения.
Как только происходит реакция, циклопропенилидена больше не существует. В межзвездном пространстве любой газ или пыль очень холодные и диффузные, что означаетслабые взаимодействия, а циклопропенилиден может существовать.
Титан сильно отличается от межзвездного пространства. С углеводородными озерами, углеводородными облаками и преимущественно азотной атмосферой с небольшим количеством метана. Атмосфера в четыре раза толще, чем атмосфера Земли (в которой также преобладает азот). Ученые думают, что под поверхностью находится огромный океан соленой воды.
В 2016 году группа ученых во главе с планетологом Конором Никсоном из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА использовала Атакама большой миллиметровый / субмиллиметровый массив (ALMA) в Чили для исследования атмосферы титана в поисках органических молекул.
Подпись странной молекулы была найдена в разреженных верхних слоях атмосферы, высоко над поверхностью. Сравнивая ее с базой данных химических профилей, команда определила молекулу как циклопропенилиден. Вероятно, что тонкость атмосферы на такой высоте способствует выживанию молекулы, но почему она появилась на Титане и больше ни на одной планете, остается загадкой.
«Когда я понял, что смотрю на циклопропенилиден, моей первой мыслью было: «Что ж, это действительно неожиданно», — сказал Никсон. «Титан уникален в нашей Солнечной системе. Он оказался сокровищницей новых молекул».
Циклопропенилиден представляет особый интерес, поскольку он известен как кольцевая молекула; три его атома углерода связаны в кольцо (в треугольник, но принцип тот же). Хотя неизвестно, что сам циклопропенилиден играет биологическую роль, азотистые основания ДНК и РНК основаны на таких молекулярных кольцах.
«Их цикличность открывает дополнительную ветвь химии, которая позволяет создавать биологически важные молекулы», — сказал астробиолог Александр Телен из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
Чем меньше молекула, тем больше у нее потенциала — ожидается, что реакции с участием более мелких молекул с меньшим количеством связей будут происходить быстрее, чем реакции с участием более крупных и сложных молекул. Это означает, что реакции с участием мелких молекул, приведут к более разнообразным результатам.
Титан уже представляет собой улей органической химической активности. Азот и метан распадаются на солнечном свете, вызывая каскад химических реакций. Могут ли эти реакции привести к жизни — вопрос, на который ученые очень хотят ответить.
«Мы пытаемся выяснить, пригоден ли для жизни Титан», — сказала геолог Розали Лопес из Лаборатории реактивного движения НАСА. «Итак, мы хотим знать, какие соединения из атмосферы попадают на поверхность, а затем, сможет ли этот материал попасть через ледяную корку в океан внизу, потому что мы думаем, что океан — это то место, где подходящие обитаемые условия».
Выяснение того, какие соединения присутствуют в атмосфере, является очень важным шагом в этом процессе исследования. Циклопропенилиден, чрезвычайно редкая молекула может быть ключевым элементом химической жизни Титана.
