W warunkach panujących na Tytanie, gdzie temperatura spada do minus 180 stopni Celsjusza, przestają obowiązywać reguły chemii, jakie znamy. To odkrycie może zmienić nasze rozumienie nie tylko samej chemii, ale także procesów, które mogły prowadzić do powstania życia na Ziemi. Zasada “podobne rozpuszcza podobne”, jeden z fundamentów nauczania chemii, w tych ekstremalnych warunkach po prostu przestaje obowiązywać.
Czytaj też: Na Tytanie mogą powstawać protokomórki. To ogromny krok do powstania życia
Eksperymenty przeprowadzone w Jet Propulsion Laboratory NASA pokazały, że w temperaturach kriogenicznych sięgających 90 Kelwinów (ok. -183oC) dochodzi do rzeczywistego mieszania się tych substancji. Badania spektroskopowe potwierdziły tworzenie się tak zwanych kokryształów – struktur, których istnienie wcześniej uważano za niemożliwe. Równolegle zespół z Chalmers przeprowadził zaawansowane symulacje komputerowe, testując tysiące różnych konfiguracji molekularnych.
Wyniki obliczeń kwantowych, opisane w PNAS, były jednoznaczne – węglowodory faktycznie przenikają do sieci krystalicznej cyjanowodoru, tworząc stabilne termodynamicznie i kinetycznie struktury. Martin Rahm z Chalmers University zaznacza jednak, że to nie moment na przepisywanie podręczników chemii, ale raczej przykład tego, jak granice tej nauki mogą się przesuwać w ekstremalnych warunkach.
Dlaczego Tytan jest tak wyjątkowy?
Tytan to wyjątkowe miejsce w Układzie Słonecznym – jedyne poza Ziemią, gdzie na powierzchni znajdują się jeziora i rzeki ciekłych substancji. Zamiast wody płyną tam jednak metan i etan. Księżyc otacza gęsta atmosfera złożona głównie z azotu i metanu, która może przypominać warunki panujące na młodej Ziemi, zanim pojawiło się na niej życie.
Czytaj też: Tajemnicze zjawisko na Tytanie wprawia naukowców w osłupienie. Atmosfera księżyca ignoruje prawa fizyki
Co ciekawe, pod lodową skorupą Tytana prawdopodobnie kryje się ocean ciekłej wody sięgający wiele km w głąb. To właśnie czyni go jednym z najbardziej obiecujących celów w poszukiwaniu śladów życia w naszym układzie planetarnym. Najnowsze odkrycie ma jednak znaczenie wykraczające poza samą astrobiologię.
Cyjanowodór odgrywa kluczową rolę w abiotycznym powstawaniu budulców życia. Ta molekuła uczestniczy w tworzeniu aminokwasów, które są podstawą białek, oraz nukleobaz niezbędnych do powstania kodu genetycznego. Zrozumienie, jak cyjanowodór zachowuje się w ekstremalnych warunkach i jakie tworzy połączenia, może pomóc wyjaśnić, jak na Ziemi mogły powstać pierwsze organiczne molekuły.
Odkrycie ma też bezpośrednie konsekwencje dla rozumienia geologii Tytana. Metan, etan i cyjanowodór to główne składniki atmosfery i powierzchni tego księżyca. Kształtują one pogodę, krajobraz i chemiczne procesy zachodzące na jego powierzchni. Fakt, że substancje te mogą tworzyć kokryształy, zmienia perspektywę na to, jak funkcjonują jeziora, morza i wydmy piaskowe Tytana.
W kontekście tych odkryć nabiera znaczenia planowana misja NASA. W lipcu 2028 roku agencja zamierza wystrzelić misję Dragonfly – sondę, która dotrze na Tytana pod koniec 2034 roku. To nie będzie typowe lądowanie. Dragonfly wykorzysta gęstą atmosferę księżyca i niską grawitację, aby przemieszczać się między różnymi geologicznie interesującymi lokalizacjami.
Warto zauważyć, że cyjanowodór występuje nie tylko na Tytanie. Znajdziemy go w obłokach pyłu międzygwiezdnego, atmosferach innych planet i w kometach. Zrozumienie, jak ta molekuła zachowuje się w ekstremalnie zimnych warunkach i z jakimi substancjami może tworzyć stabilne połączenia, otwiera nowe perspektywy dla astrochemii. Może pomóc wyjaśnić procesy zachodzące w innych odległych zakątkach kosmosu, gdzie panują podobnie ekstremalne warunki.