Kristali koje su otkrili na Titanu šokirali stručnjake: 'Čekaj, pa ovo ne bi trebalo biti moguće!'

Otkriće na Saturnovom mjesecu Titanu uzdrmalo je temelje onoga što su znanstvenici smatrali osnovnim pravilom kemije. U ekstremnoj hladnoći, molekule za koje se smatralo da su fundamentalno nespojive mogu se kombinirati i stvarati krute tvari kakve dosad nisu viđene u Sunčevom sustavu. Ova "izvanzemaljska materija", kako sugerira novo istraživanje, mogla bi biti ključna za razumijevanje ne samo Titanove geologije, već i kemijskih procesa koji prethode nastanku života na svjetovima diljem svemira, piše Science Alert.

ZASTRAŠUJUĆE Umjetna superinteligencija mogla bi nas uništiti u trenu

Svijet nalik prapovijesnoj Zemlji

Titan, najveći Saturnov mjesec i nebesko tijelo veće od planeta Merkura, fascinantan je kutak našeg sustava. To je jedini mjesec za koji se zna da ima gustu atmosferu, a ujedno i jedino mjesto osim Zemlje na kojem tekućine stabilno postoje na površini. No, umjesto vode, Titanova jezera, rijeke i mora ispunjeni su tekućim metanom i etanom, dok je temperatura na površini ledenih -180 °C.

Zbog guste atmosfere bogate dušikom i metanom, znanstvenici ga smatraju svojevrsnim laboratorijem za proučavanje prebiotičke kemije, slične onoj koja je postojala na ranoj Zemlji prije pojave života.

U takvom okruženju, cijanovodik (HCN) – molekula ključna za stvaranje aminokiselina i nukleobaza, temeljnih gradivnih blokova života – prisutan je u izobilju, a nastaje reakcijama u atmosferi pod utjecajem Sunčevog zračenja.

KOZMIČKI MISTERIJ Crveni superdiv ima nešto što znanstvenici nisu očekivali

Zagonetka koja je spojila dva kontinenta

Problem je nastao kada su znanstvenici iz NASA-inog Laboratorija za mlazni pogon (JPL) pokušali otkriti što se događa s cijanovodikom nakon što se formira u Titanovoj atmosferi i padne na njegovu smrznutu površinu. U laboratorijskim uvjetima, pri temperaturama koje odgovaraju onima na Titanu, proveli su eksperimente. Na toj ekstremnoj hladnoći, cijanovodik je u obliku kristala, dok su metan i etan u tekućem stanju.

Nakon analize mješavina pomoću Ramanove spektroskopije, metode koja prati vibracije molekula, primijetili su male, ali izrazite promjene u vibracijama kristala cijanovodika. To je bio jasan znak da se dogodila interakcija, ali nisu mogli objasniti kakva. Zato su se za pomoć obratili kemičarima s Tehnološkog sveučilišta Chalmers u Švedskoj, predvođenima Martinom Rahmom.

"Postavili smo si pomalo ludo pitanje: Mogu li se mjerenja objasniti kristalnom strukturom u kojoj je metan ili etan pomiješan s cijanovodikom? To je u suprotnosti s pravilom 'slično otapa slično', što u osnovi znači da kombiniranje ovih polarnih i nepolarnih tvari ne bi trebalo biti moguće", izjavio je Rahm.

KAKVO OTKRIĆE! Žvakaća guma stara 6000 godina otkriva iznenađujuće tajne o životu u neolitiku

Kad se "ulje i voda" ipak pomiješaju

Osnovno kemijsko pravilo kaže da se polarne i nepolarne molekule međusobno odbijaju. Cijanovodik je izrazito polarna molekula, s neravnomjernom raspodjelom električnog naboja koja joj daje pozitivnu i negativnu stranu. S druge strane, metan i etan su nepolarni, s ravnomjernom raspodjelom naboja. Njihovo miješanje trebalo bi biti nemoguće, baš kao što se ulje (nepolarno) ne miješa s vodom (polarna).

Kako bi potvrdili svoju "ludu" hipotezu, švedski tim okrenuo se opsežnim računalnim simulacijama. Modeliranjem su otkrili da na ekstremno niskim temperaturama molekule nemaju dovoljno toplinske energije da se snažno kreću i "titraju" kao na višim temperaturama. Ta molekularna smirenost omogućuje nepolarnim molekulama metana i etana da se "uvuku" u praznine unutar kristalne rešetke cijanovodika. Time nastaju nove, stabilne strukture poznate kao ko-kristali.

"Naši izračuni ne samo da su predvidjeli da su te neočekivane mješavine stabilne u Titanovim uvjetima, već su predvidjeli i spektre svjetlosti koji se savršeno podudaraju s NASA-inim mjerenjima," objasnio je Rahm.

NEVJEROJATNO Otkrili uzrok misterioznog sjaja u našoj galaksiji: 'Ovo bi mogao biti prvi dokaz postojanja!'

Novi pogled na geologiju i potragu za životom

Ovo otkriće ima duboke implikacije. Prvo, moglo bi objasniti neobične geološke formacije na Titanu, poput njegovih jezera, mora i pješčanih dina, koje su oblikovane složenim interakcijama između atmosfere, smrznute površine i tekućih ugljikovodika.

Drugo, i možda važnije, proširuje naše razumijevanje kemije koja prethodi životu. Ako se cijanovodik, ključan za stvaranje aminokiselina, može miješati s ugljikovodicima u tako ekstremnim uvjetima, to otvara nove mogućnosti za formiranje složenih organskih molekula u negostoljubivim okruženjima diljem svemira, od kometa do velikih međuzvjezdanih oblaka prašine.

"Ovo ne znači da trebamo ponovno pisati udžbenike iz kemije," kaže Rahm, "već to vidim kao lijep primjer pomicanja granica i dokaz da univerzalno prihvaćeno pravilo ne vrijedi uvijek."

Konačnu potvrdu ovih nevjerojatnih otkrića morat ćemo pričekati.

NASA-ina misija Dragonfly trebala bi sletjeti na Titan 2034. godine kako bi izravno uzorkovala materijale s površine i istražila prebiotičku kemiju ovog zagonetnog svijeta.

Do tada, ovi bizarni kristali ostaju ponizan podsjetnik na to koliko fundamentalna kemija još uvijek može biti iznenađujuća i koliko malo znamo o složenim procesima koji se odvijaju u hladnim prostranstvima svemira.