ภายใต้บรรยากาศสีเหลืองหนาแน่นของ Titan มีแม่น้ำมีเธนและอีเทนไหลผ่านพื้นผิวดวงจันทร์
(Image credit: Getty / MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY)
" Titan-in-a-Glass " เป็นการทดลองใหม่โดยนักวิจัยจาก Southern Methodist University มีวัตถุประสงค์เพื่อจำลองสภาพทางเคมีที่ไม่ซ้ำกันที่พบบน Titan ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ในกระบอกแก้วขนาดเล็กบนโลก ซึ่งผลการทดลองเผยให้เห็นลักษณะที่ไม่ทราบมาก่อนของการสร้างแร่ของมัน
แม้ Titan จะดูเหมือนโลกต่างดาว แต่มันเป็นสถานที่ที่เย็นกว่ามาก และมีโมเลกุลอินทรีย์จำนวนมากร่วมกับโลกของเรา
Titan เป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่เป็นอันดับสองในระบบสุริยะ รองจาก Ganymede ของดาวพฤหัสบดี มีบรรยากาศที่หนาแน่นของไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่ และมีก๊าซมีเทนเล็กน้อยตามรายงานของ Space.com หมอกควันสีเหลืองนี้วนเวียนอยู่รอบๆ - 290 °F (- 180 °C) ใต้ชั้นบรรยากาศ ทะเลสาบ ทะเล และแม่น้ำที่มีก๊าซมีเทน และอีเทนเหลวปกคลุมเปลือกน้ำแข็งของมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับขั้วโลก จะมองเห็นคล้ายกับน้ำที่เป็นของเหลวบนโลก ก๊าซธรรมชาติเหล่านี้ มีส่วนร่วมในวัฏจักรที่พวกมันระเหยกลายเป็นเมฆและตกลงมาบนพื้นผิวของดวงจันทร์
ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์นี้ เป็นห้องทดลองธรรมชาติเพื่อศึกษาต้นกำเนิดของชีวิต เช่นเดียวกับโลก โดยมีบรรยากาศหนาแน่นและวัฏจักรสภาพอากาศตามฤดูกาล แต่องค์ประกอบทางเคมีและแร่มีความแตกต่างกันอย่างมาก ขณะนี้ นักวิจัยจากโลกได้จำลองสภาพของดวงจันทร์ขึ้นใหม่ในกระบอกแก้วขนาดเล็ก ซึ่งเผยให้เห็นคุณสมบัติพื้นฐานของโมเลกุลอินทรีย์ 2 โมเลกุลที่เชื่อกันว่ามีอยู่เป็นแร่ธาตุบน Titan
ภาพนี้แสดงมุมมองอินฟราเรดของดวงจันทร์ Titan ของดาวเสาร์ จากยานอวกาศ Cassini ของ NASA Cr. NASA
นักวิจัยจะนำเสนอผลงานของพวกเขาในเดือนสิงหาคมที่ผ่านมา ในการประชุมฤดูใบไม้ร่วงของ American Chemical Society (ACS) ACS Fall 2021 เป็นการประชุมแบบไฮบริดที่จัดขึ้นแบบเสมือนจริง และแบบตัวต่อตัวในวันที่ 22-26 สิงหาคม และเนื้อหาแบบ on-demand ที่พร้อมใช้งานในวันที่ 30 สิงหาคม-30 กันยายน โดยการประชุมมีการนำเสนอมากกว่า 7,000 รายการในหัวข้อทางวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย
Tomče Runčevski, Ph.D. นักวิจัยหลักของโครงการกล่าวว่า " โมเลกุลอินทรีย์ธรรมดาที่เป็นของเหลวบนโลกมักจะเป็นผลึกแร่น้ำแข็งบนTitan เนื่องจากมีอุณหภูมิต่ำมาก ถึง -290 °F เราพบโมเลกุล 2 โมเลกุลที่มีแนวโน้มว่าจะมีอยู่มากมาย นั่นคือ acetonitrile (ACN) และ propionitrile (PCN) ที่เกิดขึ้น อย่างเด่นชัดในรูปแบบผลึกเดียวที่สร้างพื้นผิวนาโนที่มีขั้วสูง ซึ่งสามารถใช้เป็นแม่แบบสำหรับ การประกอบตัวเองของโมเลกุลอื่นๆ ที่น่าสนใจของพรีไบโอติก "
สิ่งที่เรารู้ตอนนี้เกี่ยวกับโลกที่เย็นยะเยือกนี้ส่วนใหญ่ ต้องขอบคุณภารกิจ Cassini -Huygens ในปี 1997-2017 ที่ไปยังดาวเสาร์และดวงจันทร์ของมัน จากภารกิจนั้น นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า Titan เป็นสถานที่ที่น่าสนใจในการศึกษาว่าชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร แม้ว่าจะคล้ายกับโลกซึ่งมีบรรยากาศหนาแน่น แต่ไม่ทั้งหมดนัก โดยทะเลสาบของมันส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนและมีก๊าซมีเทน ที่อาจจะเผาผิวหนังของเราได้
นักวิจัยใช้ข้อมูลที่รวบรวมจากภารกิจ Cassini เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติม (รวมทั้งในระหว่างปี 2004 ถึง 2017)
Titan เป็นที่เดียวที่รู้จักในอวกาศ นอกเหนือจากโลก ซึ่งพบหลักฐานที่ชัดเจนของแอ่งน้ำที่เสถียรของของเหลวบนพื้นผิว ด้วยพลังงานจากดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กและรังสีคอสมิกของดาวเสาร์ ทำให้ทั้งไนโตรเจนและมีเทนทำปฏิกิริยากับ Titan เพื่อผลิตโมเลกุลอินทรีย์ที่มีขนาดและความซับซ้อนต่างกัน เชื่อกันว่า ACN และ PCN เป็นละอองอยู่ในหมอกควันสีเหลืองที่เป็นลักษณะเฉพาะของดวงจันทร์ เมื่อตกลงบนพื้นผิว จะตกตะกอนเป็นก้อนแร่ธาตุ
ที่เป็นของแข็ง
Runčevski กล่าวว่า คุณสมบัติของโมเลกุลเหล่านี้บนโลกเป็นที่รู้จักกันดี แต่ยังไม่ได้มีการศึกษาคุณลักษณะของโมเลกุลเหล่านี้ภายใต้สภาวะคล้าย Titan จนถึงขณะนี้ในห้องแล็บ เราสร้างสภาพบน Titan ขึ้นใหม่ในกระบอกแก้วขนาดเล็ก เพื่อจำลองบรรยากาศจึงลดอุณหภูมิลงให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง
แล้วใช้อีเทนซึ่งเป็นของเหลวเลียนแบบทะเลสาบไฮโดรคาร์บอนที่ Cassini-Huygens ค้นพบ เมื่อไนโตรเจนถูกเติมลงในกระบอกแก้ว และใส่ ACN และ PCN เข้าไปเพื่อจำลองปริมาณน้ำฝนในบรรยากาศ จากนั้น นักวิจัยได้เพิ่มและลดอุณหภูมิเล็กน้อย เพื่อเลียนแบบการแกว่งของอุณหภูมิบนพื้นผิวของ
ดวงจันทร์
สุดท้าย ผลึกที่ก่อตัวขึ้นได้รับการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องมือวัด synchrotron, การเลี้ยวเบนของ neutron diffraction, การทดลองทาง spectroscopic และการวัดปริมาณความร้อน ซึ่งการทำงานทั้งหมดได้รับการสนับสนุนจากการคำนวณ และการจำลองโดยทีมงานของ Runčevski จาก Southern Methodist University และ นักวิทยาศาสตร์จาก Argonne National Laboratory (สถาบันแห่งชาติของมาตรฐานและเทคโนโลยี) และมหาวิทยาลัย New York
a large drone " Dragonfly " สู่ Titan in 2027
Dragonfly เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ New Frontiers ของหน่วยงาน ซึ่งรวมถึงภารกิจ New Horizons ไปยังดาวพลูโตและแถบไคเปอร์,
Juno to Jupiter และ OSIRIS-REx ไปยังดาวเคราะห์น้อย Bennu ตามรายงานของ NASA
ทั้งนี้ ในการศึกษาก่อนหน้า ส่วนใหญ่ตรวจสอบสารประกอบทั้งสองนี้แยกจากกันในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่ทีมของ Runčevski ต้องการดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น เมื่อสารประกอบผสมกันแบบที่พบใน Titan ซึ่งตรงกันข้ามกับการทำงานกับสารประกอบแต่ละชนิดที่แยกจากกัน โดยโครงสร้างที่ได้อาจมีผลลัพธ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ดังนั้น ทีมของ Runčevski ต้องการรู้วิธีที่โมเลกุลจะจัดระเบียบ ตกผลึก หรือแปรสภาพเป็นของแข็งอย่างไร
จากงานวิจัย Runčevski สรุปว่า ผลึกได้เปิดเผยมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของน้ำแข็งของดาวเคราะห์ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ตัวอย่างเช่น เราพบว่ารูปแบบผลึกหนึ่งของ PCN ไม่ขยายตัวอย่างสม่ำเสมอตามสามมิติของ Titan ต้องผ่านการแกว่งของอุณหภูมิ และหากการขยายตัวทางความร้อนของผลึกไม่สม่ำเสมอในทุกทิศทาง ก็อาจทำให้พื้นผิวดวงจันทร์แตกได้ นอกจากนั้น ความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับแร่ธาตุเหล่านี้ สามารถช่วยให้ทีมเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าพื้นผิวของ Titan เป็นอย่างไร
ในขณะนี้ Runčevski กำลังเตรียมนำผลึกของส่วนผสม ACN, PCN และ ACN - PCN เข้ารับสเปกตรัมโดยละเอียด เพื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมที่รู้จักเหล่านี้กับคลังสเปกตรัมที่รวบรวมได้โดย Cassini-Huygens และกำหนดธาตุที่ไม่ปรากฏชื่อเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้จะช่วยยืนยันการสร้างแร่บน Titan และมีแนวโน้มว่าจะให้ข้อมูลเชิงลึกสำหรับนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับภารกิจของ NASA ซึ่งจะเปิดตัวในปี 2027 ในการไปถึง Titan
Titan มีกลิ่นอย่างไร?
ส่วนผสมหลักสองอย่างในบรรยากาศของไททันคือ ไนโตรเจนและมีเธน (CH4) ซึ่งทั้งคู่ไม่มีกลิ่น แต่กลิ่นเฉพาะที่เชื่อมโยงกับมีเทนนั้น
เป็นก๊าซชื่อ มีเทนไทออล ซึ่งเติมเข้าไปในมีเทนสำหรับผู้บริโภคเพื่อความปลอดภัย โดยอธิบายว่ามีกลิ่นเหมือนไข่เน่า ในขณะที่ acetylene
ประกอบด้วยฟอสฟีน ซึ่งสามารถให้กลิ่นคล้ายกระเทียมได้ ยังมี Ethylene (ฮอร์โมนพืชทั่วไปที่มีผลต่อการสุกของผลไม้และการงอกของเมล็ด)
มีรายงานว่ามีกลิ่นหอมหวาน และ acetonitrile ที่ใช้ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางเคมีและสารอินทรีย์หลายชนิด มีกลิ่นคล้ายอากาสเบาบาง
รวมทั้งกลิ่นหอมของ propyne หรือที่เรียกว่า methylacetylene ซึ่งใช้ทั้งสำหรับการเชื่อมและเชื้อเพลิงจรวด จากนั้น ก็มีไฮโดรเจนไซยาไนด์
ซึ่งอธิบายว่ามีกลิ่นอัลมอนด์ขม, กลิ่นของปัสสาวะที่มีความเข้มข้นของแอมโมเนีย และเบนซีนสารก่อมะเร็ง ที่มีกลิ่นคล้ายน้ำมันเบนซิน
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
" Titan-in-a-Glass " การสร้างแบบจำลองบรรยากาศของดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวเสาร์ในหลอดแก้ว
Tomče Runčevski, Ph.D. นักวิจัยหลักของโครงการกล่าวว่า " โมเลกุลอินทรีย์ธรรมดาที่เป็นของเหลวบนโลกมักจะเป็นผลึกแร่น้ำแข็งบนTitan เนื่องจากมีอุณหภูมิต่ำมาก ถึง -290 °F เราพบโมเลกุล 2 โมเลกุลที่มีแนวโน้มว่าจะมีอยู่มากมาย นั่นคือ acetonitrile (ACN) และ propionitrile (PCN) ที่เกิดขึ้น อย่างเด่นชัดในรูปแบบผลึกเดียวที่สร้างพื้นผิวนาโนที่มีขั้วสูง ซึ่งสามารถใช้เป็นแม่แบบสำหรับ การประกอบตัวเองของโมเลกุลอื่นๆ ที่น่าสนใจของพรีไบโอติก "
สิ่งที่เรารู้ตอนนี้เกี่ยวกับโลกที่เย็นยะเยือกนี้ส่วนใหญ่ ต้องขอบคุณภารกิจ Cassini -Huygens ในปี 1997-2017 ที่ไปยังดาวเสาร์และดวงจันทร์ของมัน จากภารกิจนั้น นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า Titan เป็นสถานที่ที่น่าสนใจในการศึกษาว่าชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างไร แม้ว่าจะคล้ายกับโลกซึ่งมีบรรยากาศหนาแน่น แต่ไม่ทั้งหมดนัก โดยทะเลสาบของมันส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนและมีก๊าซมีเทน ที่อาจจะเผาผิวหนังของเราได้
ที่เป็นของแข็ง
Runčevski กล่าวว่า คุณสมบัติของโมเลกุลเหล่านี้บนโลกเป็นที่รู้จักกันดี แต่ยังไม่ได้มีการศึกษาคุณลักษณะของโมเลกุลเหล่านี้ภายใต้สภาวะคล้าย Titan จนถึงขณะนี้ในห้องแล็บ เราสร้างสภาพบน Titan ขึ้นใหม่ในกระบอกแก้วขนาดเล็ก เพื่อจำลองบรรยากาศจึงลดอุณหภูมิลงให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง
แล้วใช้อีเทนซึ่งเป็นของเหลวเลียนแบบทะเลสาบไฮโดรคาร์บอนที่ Cassini-Huygens ค้นพบ เมื่อไนโตรเจนถูกเติมลงในกระบอกแก้ว และใส่ ACN และ PCN เข้าไปเพื่อจำลองปริมาณน้ำฝนในบรรยากาศ จากนั้น นักวิจัยได้เพิ่มและลดอุณหภูมิเล็กน้อย เพื่อเลียนแบบการแกว่งของอุณหภูมิบนพื้นผิวของ
ดวงจันทร์
สุดท้าย ผลึกที่ก่อตัวขึ้นได้รับการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องมือวัด synchrotron, การเลี้ยวเบนของ neutron diffraction, การทดลองทาง spectroscopic และการวัดปริมาณความร้อน ซึ่งการทำงานทั้งหมดได้รับการสนับสนุนจากการคำนวณ และการจำลองโดยทีมงานของ Runčevski จาก Southern Methodist University และ นักวิทยาศาสตร์จาก Argonne National Laboratory (สถาบันแห่งชาติของมาตรฐานและเทคโนโลยี) และมหาวิทยาลัย New York
จากงานวิจัย Runčevski สรุปว่า ผลึกได้เปิดเผยมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของน้ำแข็งของดาวเคราะห์ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน ตัวอย่างเช่น เราพบว่ารูปแบบผลึกหนึ่งของ PCN ไม่ขยายตัวอย่างสม่ำเสมอตามสามมิติของ Titan ต้องผ่านการแกว่งของอุณหภูมิ และหากการขยายตัวทางความร้อนของผลึกไม่สม่ำเสมอในทุกทิศทาง ก็อาจทำให้พื้นผิวดวงจันทร์แตกได้ นอกจากนั้น ความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับแร่ธาตุเหล่านี้ สามารถช่วยให้ทีมเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าพื้นผิวของ Titan เป็นอย่างไร
ในขณะนี้ Runčevski กำลังเตรียมนำผลึกของส่วนผสม ACN, PCN และ ACN - PCN เข้ารับสเปกตรัมโดยละเอียด เพื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมที่รู้จักเหล่านี้กับคลังสเปกตรัมที่รวบรวมได้โดย Cassini-Huygens และกำหนดธาตุที่ไม่ปรากฏชื่อเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้จะช่วยยืนยันการสร้างแร่บน Titan และมีแนวโน้มว่าจะให้ข้อมูลเชิงลึกสำหรับนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับภารกิจของ NASA ซึ่งจะเปิดตัวในปี 2027 ในการไปถึง Titan