RYMDEN
Forskare på Chalmers har tillsammans med Nasa gjort en oväntad upptäckt på Saturnus måne Titan. Tre frågor och svar om de oväntade kristallerna: ”Det går tvärs emot en grundregel inom kemi”.
Saturnus största måne heter Titan. Det är en isig himlakropp med en tjock atmosfär fylld av kväve och metan. Förhållandena på månen tros påminna om hur det stod till på jorden för flera miljarder år sedan, och den är således intressant för forskarna.
I en forskningsstudie som publicerats i den vetenskapliga tidskriften PNAS presenterar forskare från Chalmers och den amerikanska rymdstyrelsen Nasa en något oväntad upptäckt som går emot en av kemins grundregler.
Vad har forskarna upptäckt?
Forskarna har sett föreningar mellan polära och opolära ämnen. Polära ämnen är molekyler med ojämn laddningsfördelning, medan opolära har en jämn sådan. Precis som olja och vatten, blandar sig opolära och polära sällan.
Det visar sig dock att starkt polära molekyler av vätecyanid kan bilda kristaller med opolära ämnen som metan och etan vid de förhållandena som råder på månen Titan.
– Det går tvärs emot en grundregel inom kemi, ”lika löser lika”, som innebär att de här polära och opolära ämnena inte bör går att kombinera, säger Martin Rahm, som har lett studien och är docent på institutionen för kemi och kemiteknik vid Chalmers, i ett pressmeddelande.
Upptäckten av kristallerna kan bland annat komma att påverka förståelsen för Titans geologi.
– Dessutom är vätecyanid förmodligen en viktig del i det ursprungliga skapandet av flera av livets byggstenar: exempelvis aminosyror, som är grundläggande för uppbyggnaden av proteiner, och kvävebaser som behövs för arvsmassans genetiska kod. Så vårt arbete bidrar även till nya insikter om kemin innan livet uppstod, och hur den kan fortgå i extrema, ogästvänliga miljöer, säger Martin Rahm i pressmeddelandet.
Hur gjordes upptäckten?
Sedan tidigare har det varit känt att vätecyanid skapas i Titans metanrika atmosfär, men frågan om vad som händer med det har varit obesvarad. En forskargrupp hos Nasa gjorde experiment där de vid temperaturer ner till 90 Kelvin (cirka –180 grader Celsius) blandade vätecyanid med metan och etan.
Nasa undersökte blandningar med laserspektroskopi och vände sig sedan till Chalmers för att få hjälp med att reda ut vad de såg. Genom beräkningar och datorsimuleringar testade forskarna vid Chalmers olika sätt att ordna ämnena. De kunde då se att kolvätena metan och etan bildat nya stabila kristallstrukturer, så kallade samkristaller, med vätecyaniden.
– Det här kan ske vid väldigt låga temperaturer, som de som råder på Titan. Våra beräkningar förutspådde inte bara att de oväntade blandningarna är stabila under Titans förhållanden, utan även flera ljusspektra som visade sig sammanfalla väl med Nasas mätningar, säger Martin Rahm i pressmeddelandet.
Vad händer nu?
Det finns planer på att undersöka månen Titan närmare. 2028 siktar nämligen Nasa på att skicka den flygande utforskande roboten Dragonfly mot månen. Beräknad ankomst till månen är först 2034.
Dragonfly, som påminner om en trollslända i utformningen, är en sorts drönarfarkost stor som en bil som ska kunna flyga runt på Titan. Målet är att Dragonfly under ett drygt tre år långt uppdrag ska täcka flera hundra kilometer. Dragonfly kommer att drivas via en radioisotopgenerator.
Från Chalmers håll finns också planer på att fortsätta forska, men mer på ämnet vätecyanid och tillhörande kemiska processer.
– Vätecyanid finns på många ställen i universum, till exempel i stora stoftmoln, i planeters atmosfärer och i kometer. Kanske kan upptäckterna i vår studie hjälpa oss förstå vad som händer i andra kalla omgivningar i rymden. Och kanske kan vi få svar på om fler opolära molekyler kan komma in i vätecyanidens kristaller, och vad detta i så fall kan ha för betydelse för kemin som föregick livets uppkomst, säger Martin Rahm i pressmeddelandet.
