Kas orgaanilised kristallid tekitavad Titani järvede ja merede ümber vannivanne?

Infrapunavaade Titani põhjapoolkera meredele ja järvedele, mille Cassini võttis 2014. aastal. Päikesevalgust võib näha Titani suurima mere, Kraken Mare lõunaosast. Teadlased arvavad, et merevannide ja järvede ääres asuvad „vannirõngad” koosnevad orgaanilistest kristallidest. Pilt NASA / JPL-Caltech / Arizona ülikool / Idaho ülikool / AGU 100 kaudu.

Saturni kuu Titan on ainus muu päikesesüsteemi keha, peale Maa, mille pinnal teadaolevalt on vedelikke. Need vihmad, jõed, järved ja mered näevad väga sarnased Maa peal olevatega, kuid koosnevad vee asemel vedelast metaanist ja etaanist (süsivesinikest). Nüüd on teadlased leidnud veel ühe viisi, mille poolest nad võiksid erineda oma maistest kolleegidest: järvede ja mere rannajooned võivad olla ümbritsetud “vannirõngastega”, mis koosnevad orgaanilistest kristallidest, mida Maal ei leidu.

Uus uurimistöö avaldati uues artiklis ja seda esitleti 24. juunil 2019. aastal Astrobioloogia teaduskonverentsil (AbSciCon 2019) Bellevue'is, Washingtonis.

Uuest paberist:

Oleme avastanud kolmanda molekulaarse mineraali, mis on stabiilne samades tingimustes kui Satanni kuu Titani pinnal. See molekulaarne mineraal koosneb atsetüleenist ja butaanist - kahest orgaanilisest molekulist, mis tekivad Titani atmosfääris ja langevad pinnale. Me kutsume neid "molekulaarseteks mineraalideks", kuna nad käituvad täpselt nagu mineraalid siin Maa peal, kuid selle asemel, et koosneda sellistest asjadest nagu karbonaadid või silikaadid, koosnevad need orgaanilistest molekulidest. Kaks eelmist molekulaarset mineraali, mille avastasime, koosnesid benseenist ja etaanist ning atsetüleenist ja ammoniaagist. Seda viimast on Titani pinnal tõenäoliselt palju rikkalikumalt, kuna arvatakse, et seal on nii atsetüleeni kui butaani väga levinud. Eelkõige arvame, et sellest materjalist võivad koosneda Titani järvede ümbruses olevad “vannirõngad”, sest nii atsetüleen kui butaan lahustuvad teiste molekulidega võrreldes hästi vedelas metaanis ja etaanis.

Kunstniku kontseptsioon Titanil asuvast süsivesinikjärvest maapinnalt vaadatuna. Pilt Steven Hobbsi kaudu (Brisbane, Queensland, Austraalia / NASA).

Intrigeerivad tulemused pärinevad laborikatsetest, kus loodi Titanile sarnased tingimused. Teadlased leidsid ühendeid ja mineraale, mida Maal pole olemas ning üks kaaskristall valmistati tahkest atsetüleenist ja butaanist, mis küll Maal eksisteerivad, kuid ainult gaasidena. Titaan on aga nii külm, et atsetüleen ja butaan külmutavad tahke aine ja ühinevad kristallide moodustamiseks.

Niisiis, kuidas teadlased lõid Maa laboris Titanile sarnaseid tingimusi? Titan on äärmiselt külm, umbes -290 kraadi Fahrenheiti (-179 kraadi Celsiuse järgi), nii et nad kasutasid eritellimusel valmistatud krüostaat - aparaat, mis hoiab asjad külmas. Titani atmosfäär on enamasti lämmastik, nagu Maa, nii et järgmisena täitsid nad krüostaadi vedela lämmastikuga. Kuid lämmastikku oli neil vaja gaasi moodustamiseks, nagu Titanil, nii et nad soojendasid kambrit pisut. Seejärel lisati metaan ja etaan, mis on ka Titanil väga levinud. Nad on mõlemad vedelal kujul Kuul, vihmas, jõgedes, järvedes ja meredes. Tulemuseks oli süsivesinikurikas “supp”.

Titaani merede ja järvede kaart põhjapoolkeral. Pilt JPL-Caltechi / NASA / ASI / USGS / EarthSky kaudu.

Titani pind, nagu nägi Huygeni maandur 2005. aastal. Huygens leidis niiske liiva, kui see maandus aurustatud jõesängi lähedale. Vedelik oli metaan / etaan, kuid osutus vedeljääks tahkeks vesijääks. Pilt ESA / NASA / Arizona ülikooli / EarthSky kaudu.

Esimestena nägid selles supis moodustumas benseeni kristallid. Benseeni leidub Maa bensiinis ja see on lumehelbekujuline molekul, mis koosneb süsinikuaatomite kuusnurksest ringist. Kuid simuleeritud Titani tingimustes juhtus veel midagi üllatavat: benseeni molekulid paigutasid end ümber nii, et nad lasid enda sees etaanimolekulid, luues kaaskristalli. Teadlased avastasid hiljem ka atsetüleeni ja butaani kaaskristalli, mida arvatakse olevat Titanil sagedamini.

Just atsetüleeni ja butaani kaaskristallid loovad järvede ja mere äärtesse vanni rõngad - aurustunud mineraalid. Mineraalained tilkusid pinnalt, kuna vedelad süsivesinikud hakkasid aurustuma. Cassini kosmoselaev nägi Titanil mõnda järve, kui need olid vedelikku täis, ja muul ajal, kui need olid osaliselt aurustunud. See aurustumisprotsess sarnaneb sellega, kuidas soolad võivad moodustada koorikuid Maa järvede ja merede servade ümber.

Titanil asuvad vannirõngad arvatakse Cassini tõendite põhjal olemas olevat, kuid neid pole veel täielikult kinnitatud, nagu märkis Jet Propulsioni laboris asuv Morgan Cable:

Me ei tea veel, kas meil on need vannirõngad ... Titani häguse atmosfääri kaudu on seda raske näha.

Happeline soolajärv Beaconist lõuna pool, Lääne-Austraalias. Arvatakse, et soola servad ümbritsevad selle servi ümber Titanil järvede ja merede servade ümber olevate vannirõngastega. Pilt Suzanne M. Rea / ResearchGate kaudu.

Titaani jõed, järved ja mered, enamasti põhjapooluse lähedal, annavad sellele kuule maakera õrnalt ilme. Ekvaatori lähedal on ka metaanvihmasid ja massiivseid liivaluiteid, nagu Maa kõrbes, kuid koosnedes süsivesinike osakestest. Paks, udune atmosfäär varjab maapinda ülaltvaates, kuid Cassini suutis pinnaomaduste nägemiseks kasutada radarit. Cassini missiooni kuuluv sond Huygens saatis 2005. aastal tagasi ka Titani pinnalt kõigi aegade esimesed fotod, millel oli näha aurustunud jõesängi, mis koosnes tahkest vesijääst koosnevate „kivimitega“. Kõige selle all asub vaadeldava pinnasevee ookean. Titan võib paljudes moodi sarnaneda Maa moodi, kuid koostise poolest on see selgelt võõras maailm.

Kahjuks lõppes Cassini missioon 2017. aasta lõpus, nii et vanni rõngaste täiendavaid vaatlusi tuleb oodata, kuni tulevane missioon naaseb Titanile. Välja on pakutud sondid, mis võiksid ühes järves või meres hõljuda või ujuda, kuid asuvad praegu veel ainult joonistuslaudadel. NASA uus eelmisel nädalal ametlikult välja kuulutatud Dragonfly missioon saadab aga Titani taeva alt lendama droonitaolise rootorlaeva, tehes arvukaid maandumisi erinevates huvipakkuvates kohtades. Dragonfly on kavas lasta turule 2026 ja maanduda 2034. Põnev!

Alumine rida: simuleerides Maa laboratooriumis Titani tingimusi, leidsid teadlased, et orgaaniliste kristallide ebaharilikud vormid võivad Kuuse järvede ja merede servade ümber tekitada vannirõngaid.

Allikas: atsetüleen-butaan-ühiskristall: potentsiaalselt ohtlik molekulaarne mineraal Titanil

AGU 100 kaudu