“試管中的土衛六”模擬實驗 揭示了乙腈和丙腈低溫下的特殊化學性質
雖然代號「泰坦」的土衛六很是冰冷,但它還是很像地球的一個孿生兄弟,並且蘊藏了許多奧秘。 據悉,土衛六是太陽系中唯一一個以有機分子主、並且充滿了湖泊與河流的奇異世界。 儘管它與我們所在的家園並不完全相同,且雨水可能灼傷皮膚,但土衛六還是成為了探尋外星生命的一個熱門地點。
(圖自:NASA / JPL-Caltech)
按照計劃,美國宇航局將在 2027 年的”蜻蜓”(Dragonfly)任務期間,向土衛六派去一架”大型旋翼無人機”,以期探尋到一些非同尋常的東西。
不過在發射升空后,該飛船仍需經歷7年的時間,才會抵達距離地球近10億英里的最終目的地。 與此同時,許多研究人員正在努力瞭解那裡的環境。
舉個例子,南衛理公會大學的一支研究團隊,就在通過一項在試管中開展的新實驗,來類比土衛六的環境狀況。
在美國化學學會(ACS)秋季會議上,該校助理教授、實驗首席研究員 Tomče Runčevski 在演講中稱:
土衛六存在許多與地球類似的有機分子,只是環境更加冰冷。 如果我們要研究土衛六上的礦物質,就繞不開這些常見的有機分子,但要換一種視角去考量它們。
這項被稱作”試管中的土衛六”(Titan-in-a-glass)的實驗,就旨在做到這一點。 研究人員在玻璃圓柱體中設置了泰坦的特徵,例如驟降的溫度和特徵液體。
然後添加了存在於土衛六大氣中的兩種分子,分別是乙腈(acetonitrile)和丙腈(propionitrile)。 結果將分子混在一起后,研究人員觀察到了一些驚奇的現象:
實驗期間,兩種分子的結構序列發生了變化,高溫與低溫多晶型物(同質多形體)都變得更加穩定,且化合物的特性也略有不同。
這是非常有趣且重要的一點,畢竟到目前為止,所有針對乙腈而開展的大量研究,都假設其具有低溫多晶型物。 而在土衛六上,溫度則要低得多。
據悉,土衛六的「冰點」低至 -290°F(-179°C)但這並不妨礙其生成”高溫”多晶型物。 換言之,土衛六不僅僅對其產生了溫度上的化學影響。
Tomče Runčevski 補充道:在土衛六上,我們不能假設這些分子是單獨存在的。 此外有關乙腈和丙腈特性的新發現,或解決許多困擾我們已久的地球化學問題。
在地球條件下,這些化學物質仍是液體狀態,因而無人關心其固態到底是什麼樣子。
得益於圍繞土衛六開展的相關研究,人們終於開始直面這些基本問題,同時也讓此類研究得到了振興。
最後,研究團隊希望根據 NASA 卡西尼-惠更斯(1997 – 2007)土星探測器任務期間收集的光譜數據,對其研究結果展開進一步的驗證。