科学家在地球上再现土星最大卫星泰坦的大气层

　　科学家们在地球上的小玻璃圆柱体中重建了土星最大卫星泰坦（土卫六）上发现的独特化学条件，该实验揭示了该卫星矿物构成的先前未知特征。
　　据太空网站称，泰坦（土卫六）是太阳系中第二大卫星，仅次于木星的木卫三，其大气层主要由氮气和少量甲烷组成。这种淡黄色的薄雾在负180 摄氏度（负290 华氏度）左右。在大气层之下，液态甲烷和乙烷的湖泊、海洋和河流覆盖了泰坦（土卫六）的冰壳，特别是在泰坦（土卫六）两极附近。与地球上的液态水类似，这些天然气参与了一个循环，在这个循环中它们蒸发、形成云然后在卫星表面下雨。
　　据美国宇航局称，泰坦（土卫六）稠密的大气层、地表液体和季节性天气循环使这颗寒冷的卫星与地球有些相似，而且与我们的星球一样，众所周知，卫星具有含有碳、氢和氧的有机分子。由于这种有机化学发生在泰坦（土卫六）上，科学家认为泰坦（土卫六）可以作为一个大型实验室来研究地球上生命出现之前发生在地球上的化学反应，据太空网站此前报道。
　　但是只有一艘卡西尼号宇宙飞船详细观察了土星及其卫星，因此很难对泰坦（土卫六）上发现的古怪化学物质进行地球上的研究。最近，一组科学家开始在试管中模拟泰坦（土卫六）。
　　研究人员在一份声明中说，该团队首先将液态水放入小玻璃圆柱体中，并将温度降低到类似泰坦的条件。这些水冻结以模仿泰坦的冰壳。然后该团队将乙烷引入管中，它变成了液体，就像泰坦表面上的湖泊一样。最后，他们添加了氮气来代替泰坦的大气层，然后稍微改变管子的温度，以模拟泰坦表面及其大气层不同层的温度变化。
　　在他们最近于周四（8 月 26 日）举行的美国化学学会秋季会议上发表的研究中，该团队随后添加了两种化合物，分别称为乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)。达拉斯南卫理公会大学化学系助理教授、首席研究员汤姆切·伦切夫斯基《Tome Runevski》告诉 《生命科学》，卡西尼号任务的数据表明，这些化合物在泰坦（土卫六）上含量丰富。
　　以前的大多数研究分别以纯形式检查了这两种化合物，但伦切夫斯基的团队想看看当这些化合物混合和混合时会发生什么，就像它们在泰坦（土卫六）上可能发生的那样。与单独使用每种化合物相反，＂如果将它们混合在一起……结构上可能会有完全不同的结果，因此分子将如何组织，以及分子将如何结晶，＂伦切夫斯基说。
　　并且该团队发现，当两者都存在于类似泰坦的条件下时，乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)的行为与单独的化合物完全不同。即，化合物熔化或结晶的温度在数十开尔文（数百华氏度或摄氏温度）的数量级上发生了剧烈变化。
　　这些熔点和结晶点与泰坦朦胧的黄色大气有关。伦切夫斯基说，大气各层的温度因它们在卫星表面上方的高度而异，因此为了了解化学物质在整个雾霾中的行为，新的研究表明需要考虑这些温度变化。
　　此外，该团队发现，当乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)结晶时，它们会采用不同的晶体结构，具体取决于它们是单独存在还是存在其他化合物。当化合物中的单个分子咬合成高度有序的结构时，就会形成晶体。伦切夫斯基说，虽然该结构的组成部分——分子 ——保持不变，但取决于温度等因素，它们最终可能会以略有不同的配置咬合在一起。
　　这些晶体结构的变化被称为＂多晶型物＂，当它们单独存在时，乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)在高温下采用一种多晶型，在低温下采用另一种多晶型。但是＂我们注意到，如果我们有混合物，高温和低温 [多晶型物] 的稳定性在某种程度上可以转换，＂伦切夫斯基说。
　　这些关于化合物何时以及如何达到稳定结构的细节＂可以真正改变我们对我们可能在泰坦上遇到什么样的矿物的理解＂，就它们可能在月球上采用的多晶型而言，他说。这反过来又可以塑造这些与泰坦上其他化合物之间发生的化学反应。
　　Runevski 说，这项新研究的局限性在于它没有考虑到泰坦上存在的所有化学物质，因此只能捕捉到月球上实际发生的事情的简化图。
　　＂作为地球上的科学家，对我们来说很重要……创建这些越来越复杂的模型，并有朝一日达到真正重要的模型，可以真正帮助我们进一步了解泰坦的表面，＂他说。
　　美国宇航局的蜻蜓任务定于 2026 年发射，并于 2034 年抵达土星，可能会提供更多关于土卫六矿物构成的实地信息。然而，Runevski 怀疑他的团队观察到的晶体可能形成于泰坦湖的边缘，当湖中的液态乙烷蒸发并将这些化合物留在海岸线上时就会出现。目前，尚不清楚蜻蜓任务是否会关注泰坦环境的这一特定方面，但＂尽管如此，[任务] 非常令人兴奋，我们将了解更多关于泰坦的信息，＂他说。