Na największym księżycu Saturna – Tytanie – nie brakuje niespodzianek. Okazuje się, że w ekstremalnym mrozie tej planety – przy temperaturze sięgającej minus 179 st. C. – mogą mieszać się substancje, które według wszystkich znanych zasad… nie powinny. Jak do tego doszło?
Na Ziemi reguła jest prosta: substancje polarne i niepolarne nie łączą się. Woda i olej to podręcznikowy przykład – jeden ma asymetryczny ładunek elektryczny, drugi jest idealnie zrównoważony. Podobnie powinno być na Tytanie: cyjanowodór: cząsteczka polarna, powinien unikać kontaktu z metanem i etanem, które są niepolarne. A jak jest? No, właśnie.
Tam jednak idzie coś bardzo niezgodnie z pierwotnym planem. Zespół z Jet Propulsion Laboratory w Kalifornii, we współpracy z naukowcami z Chalmers University of Technology w Szwecji, odkrył, że w ekstremalnym chłodzie Tytana krystaliczny cyjanowodór może wchłaniać metan i etan, tworząc nowy rodzaj struktury. Nazwano go co-crystal.
To nie miało prawa się udać
Badacze w JPL przeprowadzili serię testów w temperaturze ok. -180 st. C., próbując zmieszać HCN z ciekłym metanem i etanem – to składniki osobliwych mórz i jezior na Tytanie. Wyniki ich zaskoczyły: substancje połączyły się w stabilny układ. Początkowo podejrzewano błąd pomiarowy, aż do momentu, gdy zespół chemika Martina Rahma z Chalmers przeprowadził komputerowe symulacje potwierdzające ów efekt.
Od razu zaczęły się pytania, bowiem przeczyło to fundamentalnym prawom, jakie zostały usankcjonowane w chemii przez lata. Trzeba było znaleźć rozwiązania tego stanu rzeczy i w pewnym sensie to się udało.
Symulacje wykazały, że przy temperaturach takich jak na Tytanie, molekuły metanu i etanu mogą przenikać do sieci krystalicznej HCN, tworząc stabilne połączenie. Co więcej, obliczenia spektralne zgadzały się z rzeczywistymi pomiarami wykonanymi przez NASA.
Prawie jak młoda Ziemia
Tytan jest jedynym księżycem w Układzie Słonecznym z gęstą atmosferą. Jego powierzchnia pokryta jest metanowymi jeziorami, a chemia atmosfery przypomina warunki, jakie panowały na Ziemi przed pojawieniem się życia.
Cyjanowodór – absolutnie toksyczny – ma w tej historii niebagatelną rolę. To jedna z cząsteczek uznawanych za prekursor życia: z HCN mogą powstawać aminokwasy, a z nich białka oraz nukleotydy budujące RNA i DNA. Taka trochę ironia ze strony losu.
Nowe badania sugerują, że na Tytanie może dochodzić do złożonych interakcji między atmosferą, powierzchnią i jeziorami. Całe to środowisko może tak naprawdę wprost tętnić reakcjami, które stanowiły punkt wyjścia do biochemii.
Chemia wbrew intuicji
W fizyce i chemii istnieje zasada: podobne rozpuszcza podobne. To jedno z pierwszych praw, jakie poznaje student chemii. Tytan właśnie ją złamał. A może nawet nie tyle Tytan, co „fizyka ekstremalna”, taka, która opiera się na bardzo, bardzo niskich temperaturach i naprawdę trudnych warunkach.
Odkrycie kokryształów pokazuje, że w ekstremalnie zimnych środowiskach mogą powstawać zupełnie nowe struktury molekularne, których nie spotkamy na Ziemi. A skoro natura potrafi obejść tak podstawowe reguły, to może i życie – w jakiejś szczególnie obcej formie – potrafi rozwijać się tam, gdzie my nie widzimy na to szans? To jeden z wniosków, które wysnuto po odkryciu wyżej wskazanego stanu rzeczy na Tytanie.
Owe wyniki mogą pomóc zrozumieć, co dzieje się w innych zimnych miejscach Wszechświata. Może odkryjemy, że także inne niepolarne cząsteczki potrafią wnikać w kryształy cyjanowodoru – a to zmienia naprawdę sporo. Życie wcale nie musi rozwijać się zawsze w podobnych do naszych warunkach.
Czytaj również: Saturn straci pierścienie. Co to dla nas oznacza?
Dragonfly poleci i to sprawdzi
W 2034 roku na Tytanie wyląduje Dragonfly – autonomiczny dron NASA. Jego misja obejmie badanie próbek lodu cyjanowodoru i cieczy w jeziorach metanowych. Dzięki niemu będzie można sprawdzić, czy kokryształy rzeczywiście istnieją i jakie jeszcze zaskakujące reakcje zachodzą na tej odległej planecie. Niewykluczone, że dzieje się tam znacznie więcej, niż sądzimy. Jeśli wyniki się potwierdzą, Tytan spowoduje istne trzęsienie ziemi w nauce. Astrobiolodzy już zacierają ręce.
