寻找泰坦化学中的缺失环节

土星最大的卫星泰坦,在我们太阳系的所有卫星中都是独一无二的,因为它的密集和富氮气氛也含有碳氢化合物和其他化合物,这种丰富的化学混合

土星最大的卫星泰坦,在我们太阳系的所有卫星中都是独一无二的,因为它的密集和富氮气氛也含有碳氢化合物和其他化合物,这种丰富的化学混合物形成背后的故事一直是一些科学争论的源头。 

寻找泰坦化学中的缺失环节

现在,能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)化学科学部科学家参与的一项研究合作,已经开始研究一种可能促使多环分子形成的低温化学机制 – 这是前体的前身。现在在月亮的棕橙色雾层中发现了更复杂的化学成分。

该研究由夏威夷大学马诺阿分校的Ralf Kaiser共同领导,并于10月8日出版的“自然天文学”杂志上发表,与高温反应机制需要产生卫星任务化学组成的理论背道而驰。在泰坦的气氛中观察过。

该团队还包括伯克利实验室,夏威夷大学马诺阿分校,俄罗斯萨马拉大学和佛罗里达国际大学的其他研究人员。该团队在伯克利实验室的高级光源(ALS)中使用真空紫外线实验,结合计算机模拟和建模工作来演示有助于泰坦现代大气化学的化学反应。

“我们在这里为人们没有想到的低温反应途径提供证据,”伯克利实验室化学科学部科学家,ALS研究的联合负责人Musahid Ahmed说。“这导致了泰坦化学中缺失的环节。”

他解释说,土卫六可能会为包括地球在内的其他卫星和行星的复杂化学发展提供线索。“人们使用泰坦来思考一个'前生物'地球 – 当氮在地球早期的大气中更为普遍。”

苯,一种具有六碳单环分子结构的简单碳氢化合物,已在Titan上被检测到,并且被认为是具有二环和三环结构的较大烃分子的结构单元,其又形成其他烃和气溶胶颗粒现在构成泰坦的大气层。这些多环烃分子被称为多环芳烃(PAH)。

在最新的研究中,研究人员在ALS中混合了两种气体 – 一种称为萘基(C10H7)的短寿命双环PAH和一种称为乙烯基乙炔(C4H4)的碳氢化合物,并在此过程中产生了三环多环芳烃。基于对其大气化学组成的了解,推测用于驱动反应的两种化学物质都存在于土卫六上。

ALS实验从小反应室中喷出反应的最终产物。研究人员使用一种称为反射飞行时间质谱仪的探测器来测量两种气体反应中产生的分子碎片的质量。这些测量提供了关于三环PAH(菲和蒽)化学的详细信息。

虽然ALS实验使用化学反应器模拟化学反应和一束真空紫外线来检测反应产物,但支持计算和模拟显示在ALS实验中形成的化学物质不需要高温。

Kaiser表示,在ALS研究的化学物质等多环芳烃具有使它们在深空中特别难以识别的特性。“实际上,在星际介质的气相中没有检测到单一的PAH,”这是填充恒星之间空间的物质。

他补充说:“我们的研究表明PAHs比预期更广泛,因为它们不需要碳星周围存在的高温。我们探索的这种机制预计是多功能的,预计会形成更复杂的多环芳烃。“

并且因为多环芳烃被认为是形成分子云的前体 – 所谓的“分子工厂”是更复杂的有机分子,可以包括我们所知道的生命前兆 – “这可以开辟理论和碳的新模型 – 他说,在太空深处和富有的行星大气层中含有物质,它们在我们太阳系中的卫星也在发展和起源。

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