科學家們在地球上的微小玻璃圓柱體中重現了土星最大的衛星土衛六上存在的獨特化學條件，該實驗揭示了月球礦物成分以前未知的特徵。
土衛六是太陽系中僅次於木衛三的第二大衛星，屬於木星，它的大氣層主要由氮和甲烷組成。 這種淡黃色的霧霾保持在-180°C左右的溫度。大氣之下是湖泊、海洋和液態甲烷和乙烷河流，覆蓋了土衛六冰冷的地殼，特別是在兩極附近。 就像地球上的液態水一樣，這些天然氣參與了一個循環，在這個循環中它們蒸發、形成雲層，然後降落在月球表面。
土衛六稠密的大氣層、液體表面和季節性的天氣循環使這顆寒冷的衛星有點像地球，並且像我們的星球一樣，它擁有含有碳、氫和氧的有機分子。 由於土衛六上發生了這種有機化學，科學家們認為，月球可以作為一個大型實驗室來研究地球上出現生命之前發生的化學反應。
但只有一艘宇宙飛船卡西尼號詳細觀察了土星及其衛星，因此很難對土衛六上發現的奇怪化學成分進行地面研究。 因此，一組科學家最近決定在試管中模擬泰坦。
首先，該小組將液態水放入小玻璃圓筒中，並將溫度降低到與泰坦尼克號相似的條件。 水結冰了，模仿泰坦的冰殼。 然後，該團隊將乙烷添加到管中，乙烷變成了液體，就像泰坦表面的湖泊一樣。 最後，他們添加了氮氣來創造土衛六的大氣層，然後稍微改變管內的溫度，以模擬土衛六表面和大氣層不同層的溫度波動。
在他們於 26 月 日在美國化學學會秋季會議上發表的最新研究中，該團隊添加了兩種化合物，乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)。 卡西尼號任務的數據表明，這些化合物在土衛六上很豐富。 以前的大多數研究都分別研究了這兩種化合物的純態，但研究小組想看看如果這些化合物混合會發生什麼，就像泰坦上的情況一樣。 與單獨處理每種化合物不同，如果將它們混合在一起，則可以在結構上得到完全不同的結果，即分子如何組織，分子如何結晶，或變成固體形式。
研究小組發現，在類似鈦的條件下，ACN 和 PCN 的行為與單獨使用任何一種化合物的行為截然不同。 也就是說，化合物熔化或結晶的溫度發生了巨大的變化，大約為數百攝氏度。
這些熔點和結晶點與泰坦朦朧的黃色大氣有關。 不同大氣層的溫度根據月球表面上方的高度而變化，因此為了了解霧霾中的化學物質的行為，新的研究表明需要考慮這些溫度波動。
此外，科學家們發現，當 ACN 和 PCN 結晶時，它們會採用不同的晶體結構，這取決於它們是單獨存在還是存在另一種化合物。 當化合物的單個分子組合成高度有序的結構時，就會形成晶體。 儘管這種結構的組成部分 - 分子 - 保持不變，但取決於溫度等因素，它們可以以略微不同的配置連接在一起。
這些晶體結構的變化被稱為 多晶型，當ACN和PCN單獨存在時，它們在高溫下採用一種多晶型，在低溫下採用另一種多晶型。 但科學家注意到，如果存在混合物，那麼高溫和低溫的穩定性在某種意義上是可以改變的。 這些化合物何時以及如何達到穩定結構的這些細節可能會真正改變對泰坦上可以找到哪些礦物的理解。
NASA 的蜻蜓計劃計劃於 2026 年發射並於 2034 年抵達土星，這可能會提供有關土衛六原位礦物成分的更多信息。
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