U najhladnijim dijelovima Sunčeva sustava neka pravila kemije više ne vrijede. Novo istraživanje otkriva da se na Saturnovom mjesecu Titanu tvari koje se inače odbijaju mogu spojiti – otkriće koje bi moglo promijeniti naše razumijevanje kemije kakva je postojala prije nastanka života.
Znanstvenici sa Švedskog sveučilišta Chalmers i NASA-e došli su do spoznaje koja dovodi u pitanje jedno od osnovnih kemijskih pravila i otvara novo poglavlje u istraživanju Titana, najvećeg Saturnovog mjeseca.
Titan već desetljećima intrigira znanstvenike jer svojim sastavom i klimom podsjeća na ranu Zemlju. Njegova gusta atmosfera bogata dušikom i metanom te iznimno niske temperature pružaju uvid u uvjete koji su možda vladali na našem planetu prije više milijardi godina. Istraživanjem Titana, znanstvenici se nadaju pronaći tragove kemijskih procesa koji su prethodili životu.
Martin Rahm, izvanredni profesor na Odsjeku za kemiju i kemijsko inženjerstvo Sveučilišta Chalmers, godinama proučava Titan i njegove kemijske osobitosti. Nada se da će novo otkriće, da se određene polarne i nepolarne tvari mogu međusobno povezivati, usmjeriti buduća istraživanja.
“To su iznimno zanimljivi rezultati koji nam mogu pomoći da razumijemo pojave u razmjerima cijelog nebeskog tijela, velikog gotovo poput Merkura”, rekao je Rahm.
Novi uvid u gradivne elemente života
Znanstveni rad pokazuje da metan, etan i cijanovodik, spojevi kojih na Titanu ima u izobilju, mogu međudjelovati na neočekivan način.
Da cijanovodik, izrazito polarna molekula, može stvarati kristale s potpuno nepolarnim tvarima poput metana i etana, iznenadilo je istraživače. U normalnim uvjetima takve se tvari strogo odvajaju, poput ulja i vode.
“Otkriće te neočekivane interakcije moglo bi promijeniti način na koji razumijemo Titanovu geologiju i njegove neobične krajolike, jezera, mora i pješčane din”, pojašnjava Rahm.
“Cijanovodik vjerojatno ima ključnu ulogu u abiotičkom stvaranju gradivnih elemenata života, aminokiselina, koje izgrađuju proteine, i nukleobaza, koje čine genetski kod. Naše istraživanje zato otvara uvid u kemiju prije nastanka života i pokazuje kako bi ona mogla djelovati u ekstremnim, negostoljubivim uvjetima.”
Studija je proizašla iz jednostavnog, ali neodgovorenog pitanja: što se događa s cijanovodikom nakon što nastane u Titanovoj atmosferi? Taloži li se u slojevima na površini ili reagira s okolinom?
Kako bi pronašli odgovor, znanstvenici iz NASA-ina Laboratorija za mlazni pogon u Kaliforniji proveli su pokuse u kojima su miješali cijanovodik s metanom i etanom na temperaturama od 90 kelvina (oko –180 °C). Na tim temperaturama cijanovodik poprima oblik kristala, a metan i etan postaju tekućine.
Kada su mješavine analizirali laserskom spektroskopijom, metodom koja omogućuje proučavanje molekula na atomskoj razini, primijetili su da su molekule ostale netaknute, ali da je ipak došlo do promjene. Kako bi shvatili što se zapravo dogodilo, obratili su se Rahmovu timu, poznatom po istraživanjima cijanovodika.
“Tako je započela vrlo zanimljiva teorijska i eksperimentalna suradnja između Chalmersa i NASA-e. Pitali smo se: mogu li se izmjerene pojave objasniti kristalnom strukturom u kojoj su metan ili etan pomiješani s cijanovodikom? To bi bilo u suprotnosti s poznatim kemijskim pravilom ‘slično se u sličnom otapa’, prema kojem se polarne i nepolarne tvari ne mogu kombinirati”, objašnjava Rahm.
Pomicanje granica kemije
Tim sa Sveučilišta Chalmers proveo je računalne simulacije velikih razmjera kako bi testirao tisuće mogućih načina na koje se molekule mogu organizirati u krutom stanju.
Analiza je pokazala da su ugljikovodici prodrli u kristalnu rešetku cijanovodika i stvorili stabilne nove strukture poznate kao koekristali.
“Takve se strukture mogu formirati pri vrlo niskim temperaturama, poput onih koje vladaju na Titanu. Naši izračuni pokazuju ne samo da su te smjese stabilne u titanovskim uvjetima, već i da njihovi svjetlosni spektri dobro odgovaraju NASA-inim mjerenjima”, rekao je Rahm.
Otkriće dovodi u pitanje jedno od najpoznatijih kemijskih pravila, ali Rahm smatra da nije vrijeme za “prepisivanje udžbenika.”
“Ovo vidim kao dobar primjer situacije u kojoj se granice kemije pomiču, a univerzalno prihvaćeno pravilo ne mora uvijek vrijediti,” zaključuje.
NASA-ina svemirska letjelica Dragonfly trebala bi na Titan stići 2034. godine s ciljem ispitivanja njegove površine. Do tada Rahm i njegovi kolege planiraju nastaviti istraživati kemiju cijanovodika, djelomično u suradnji s NASA-om.
“Cijanovodik se nalazi posvuda u svemiru, u oblacima prašine, u atmosferama planeta i u kometima. Naši rezultati mogu pomoći da shvatimo što se događa u drugim hladnim okruženjima svemira. Možda ćemo otkriti da i druge nepolarne molekule mogu ulaziti u kristale cijanovodika, a ako je tako, to bi moglo imati važne posljedice za kemiju koja je prethodila nastanku života”, rekao je Rahm.
NASA planira lansirati Dragonfly 2028. godine. Letjelica bi šest godina kasnije trebala stići na Titan, gdje će istraživati prebiotičku kemiju, procese koji prethode životu, i tražiti moguće tragove života na tom ledenom mjesecu.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
