کشف نوعی مولکول فضایی عجیب در اتمسفر قمر تایتان

MacTavish · 1/11/20

به تازگی محققان از یافتن یک مولکول فضایی عجیب و نایاب در اتمسفر قمر تایتان (Titan) در اطراف سیاره زحل خبر داده‌اند که تا به حال در اتمسفر هیچ جرم آسمانی کشف نشده است.

قمر تایتان (Titan) به عنوان یکی از جالب‌توجه‌ترین اجرام آسمانی منظومه شمسی، در اطراف سیاره زحل گردش می‌کند و اخیرا کشف نوعی مولکول فضایی عجیب در اتمسفر آن خبرساز شده است. در بررسی این موضوع با گجت نیوز همراه باشید.

این مولکول سیکلوپروپنیلیدن (C3H2) نام داشته و مهم‌ترین ویژگی آن قابلیت شدید برای شرکت در واکنش‌های شیمیایی است. محققان می‌گویند که این مولکول کربن‌دار فوق‌العاده نایاب بوده و روی سیاره زمین، تنها می‌توان آن را در شرایط آزمایشگاهی در اختیار داشت. همان‌طور که اشاره شد، تاکنون ستاره شناسان C3H2 را در اتمسفر هیچ جرم آسمانی در منظومه شمسی یا خارج از آن کشف نکرده‌اند و به نظر می‌رسد که این مولکول تنها در فضای بی‌انتهای بین ستاره‌ای و خارج از منظومه‌ها حالت پایدار دارد.

مولکول فضایی عجیب در اتمسفر تایتان
با این تفاسیر دانشمندانی مانند ملیسا ترینر (Melissa Trainer)، اخترفیزیک‌دانی از مرکز گودارد آژانس فضایی ناسا معتقدند که احتمال دخالت مولکول فضایی عجیب مورد نظر در شکل‌گیری حیات وجود دارد و شاید این ترکیب کربن‌دار مولکول‌های ارگانیک پیچیده‌ای را به وجود می‌آورد که در نهایت به موجودات زنده تبدیل می‌شوند.

ترینر می‌گوید که در چشم دانشمندان، قمر تایتان به عنوان یک آزمایشگاه شگفت‌انگیز در نظر گرفته می‌شود، چرا که شرایط شیمیایی آن شباهت زیادی به مراحل اولیه شکل‌گیری حیات روی زمین دارد. به بیان دیگر، اتفاقی که بیش از ۳ میلیارد سال گذشته روی سیاره ما رخ داد و اولین جانداران را به وجود آورد، هم‌اکنون در اتمسفر قمر سیاره زحل در جریان است.

این اخترفیزیک‌دان یکی از سرپرستان پروژه‌ای بزرگ به نام دراگونفلای (Dragonfly) بوده که در سال ۲۰۲۷، از طرف ناسا قمر تایتان را از نگاهی دقیق‌تر مورد بررسی قرار می‌دهد. ترینر در مورد ماموریت پیش رو می‌گوید که هدف اصلی آن، پیدا کردن مولکول‌هایی مهم‌تر و بزرگ‌تر از ترکیب C3H2 بوده، اما با این حال، در جریان تحقیقات مورد نظر فرآیند شکل‌گیری این مولکول فضایی عجیب هم مورد بررسی قرار می‌گیرد.

همان‌طور که اشاره شد، مولکول C3H2 به ندرت در اتمسفر زمین یافت می‌شود و حتی اگر آن را در چنین شرایطی کشف کنیم، در کوتاه‌ترین زمان ممکن مولکول در واکنشی شیمیایی تجزیه می‌شود. دانشمندان ناسا در کنار سایر محققان سراسر جهان سیکلوپروپنیلیدن را به عنوان ترکیبی کوچک و عجیب می‌شناسند. بزرگ‌ترین سوال مطرح شده در مورد کشف C3H2 در اتمسفر تایتان این بوده که چگونه ترکیب ارگانیک پیچیده مورد نظر در جو قمر شکل گرفته و از طریق باران به سطح قمر باریده است؟

شرایط سطح تایتان
اما چرا در فضای بی‌انتهای بین ستاره‌ای یا همان محیطی که بین منظومه‌های مختلف داخل کهکشان قرار دارد، این ترکیب به صورت پایدار باقی می‌ماند؟ جالب است بدانیم که گازها و ترکیبات موجود در فضای مورد نظر فوق‌العاده سرد بوده و بسیار پخش هستند. به همین دلیل وقتی یک مولکول فضایی عجیب مانند C3H2 در این محیط وجود داشته باشد، فرصت واکنش پیدا کردن آن با گازهای دیگر وجود نخواهد داشت و به همین دلیل، این ترکیب پایدار باقی می‌ماند.

با این حال شرایط جوی قمر تایتان با آنچه در فضای بین ستاره‌ای می‌گذرد، فوق‌العاده متفاوت است؛ گفته شده که دریاچه‌های وسیعی از هیدروکربن سطح این جرم آسمانی نمناک را پوشانده‌اند و ابرهای هیدروکربنی هم در آسمان آن قرار دارند. به علاوه اتمسفر تایتان بیش از همه شامل نیتروژن بوده و مقدار کمی متان در آن وجود دارد.

اتمسفر سیاره ما هم شامل مقدار بسیار زیادی نیتروژن می‌شود، اما باید گفت که غلظت جو تایتان چهار برابر زمین است. به علاوه دانشمندان باور دارند که در زیر سطح این قمر شگفت‌انگیز، اقیانوس‌های عظیمی از آب نمک قرار دارد.

کشف مولکول فضایی عجیب C3H2
در سال ۲۰۱۶ بود که سیاره شناسی با نام کانر دیکسون (Conor Nixon) از مرکز گودارد ناسا، از رصدخانه آلما (ALMA) در شیلی استفاده کرد تا نگاهی دقیق‌تر به این قمر زحل و ترکیبات موجود در سطح آن بیاندازد. دیکسون به دنبال ترکیبات ارگانیک می‌گشت و در کمال شگفتی، در قسمت رقیق بالایی جو تایتان، نشانه‌هایی از مولکولی ناشناخته را کشف کرد.

با مقایسه داده‌های مربوط به این مولکول فضایی عجیب با پایگاه داده‌ای ترکیبات شیمیایی فضایی، دیکسون و تیمش تایید کردند که ترکیب ناشناخته مورد نظر سیکلوپروپنیلیدن است. گفته شده که به احتمال قوی، رقیق بودن اتمسفر تایتان در ارتفاعات بالا باعث شده تا این مولکول با گازهای دیگر ترکیب نشود، اما همچنان کسی نمی‌داند که چرا C3H2 فقط و فقط در جو تایتان پیدا شده و اثری از آن روی اجرام آسمانی دیگر وجود ندارد.

نیکسون می‌گوید که وقتی برای اولین بار متوجه وجود این ترکیب در تایتان شد، تعجب اولین حسی بود که به او دست داد؛ دانشمندان از مدت‌ها پیش دریافته‌اند که این قمر سیاره زحل با اجرام آسمانی دیگری که در اطراف زمین قرار گرفته‌اند، فوق‌العاده متفاوت است و کشف مورد نظر هم بار دیگر ثابت کرد که اطلاعات زیادی در مورد اسرار کیهان درون این قمر پنهان شده‌اند.

پیدایش موجودات زنده از مولکول فضایی عجیب C3H2
مهم‌ترین نکته‌ای که باعث توجه ویژه دانشمندان به کشف C3H2 شده، ساختار مولکولی و نحوه قرارگیری اتم‌های کربن این ترکیب کنار یکدیگر است؛ گفته شده که این اتم‌ها به صورت یک مثلث به هم متصل شده‌اند و در دنیای آکادمیک به چنین ترکیبی مولکول حلقه‌ای گفته می‌شود. با اینکه مولکول فضایی عجیب مورد نظر مستقیما نقشی در فعالیت‌های بیولوژیکی ندارد، جالب است بدانیم که قسمت باز نوکلئوتیدی دی ان ای و آر ان ای موجودات زنده بر اساس چنین مولکول‌های حلقه‌ای به وجود می‌آیند.

در واقع می‌توان گفت که ترکیب C3H2 به صورت غیر مستقیم به وجود آمدن دی ان ای و در نهایت موجودات زنده را ممکن می‌کند؛ اخترفیزیک‌دان ناسا، الکساندر تلن (Alexander Thelen) می‌گوید که ماهیت چرخه‌ای ترکیب مورد نظر زمینه را برای ساخت مولکول‌های بیولوژیکی مهم فراهم می‌کند.

به علاوه داشتن ابعاد کوچک باعث شده تا سیکلوپروپنیلیدن شانس بیشتری برای ترکیب شدن با مولکول‌های دیگر داشته باشد. ترکیبی که در نهایت می‌تواند نتیجه‌ای همانند شکل‌گیری موجودات زنده داشته باشد. این در حالی بوده که اگر یک مولکول حلقه‌ای بزرگ و پیچیده باشد، احتمال واکنش داشتن آن با مولکول‌های دیگر بسیار پایین بوده و وجود تعداد زیادی پیوند اتمی در آن سرعت واکنش دادن مولکول بزرگ مورد نظر را پایین می‌آورد. به بیان ساده‌تر هرچه مولکول حلقه‌ای کوچک‌تر باشد، نقش آن در شکل دادن به حیات پررنگ‌تر خواهد بود.

تا پیش از این تصور می‌شد که بنزن (C6H6) کوچک‌ترین مولکول حلقه‌ای هیدروکربن است؛ بنزن در تمامی اتمسفرها از جمله اتمسفر تایتان یافت می‌شود، اما این‌طور که به نظر می‌رسد، مولکول فضایی عجیب C3H2 از آن کوچک‌تر و جالب‌توجه‌تر است.

کاوش بیشتر در مورد تایتان
هم‌اکنون فعالیت‌های ارگانیک شیمیایی زیادی در سطح تایتان جریان دارند و وقتی نور خورشید به نیتروژن و متان موجود در جو این قمر می‌تابد، تجزیه این گازها رشته‌ای از واکنش‌های شیمیایی پشت سر هم را آغاز می‌کند. با این وجود سوال مهم دانشمندان این بوده که آیا این واکنش‌ها سر انجام به شکل‌گیری حیات روی تایتان منجر می‌شوند یا خیر؟

روزالی لوپز (Rosaly Lopes) از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا می‌گوید که تلاش حال حاضر دانشمندان فهمیدن این موضوع بوده که آیا این قمر سیاره زحل قابل سکونت هست یا خیر؟ به همین دلیل محققان تلاش دارند تا مولکول‌های ارگانیکی که از جو قمر به سطح آن می‌رسند را مشخص کرده و در نهایت، تعیین کنند که چه ترکیباتی به اقیانوس‌های آب شور زیر سطح راه پیدا می‌کنند.

در واقع تصور می‌شود که اقیانوس‌های زیرزمینی تایتان شرایط مناسبی برای میزبانی از حیات دارند و اگر یک مولکول فضایی عجیب مانند C3H2 بتواند خود را به این قسمت برساند، احتمال منتهی شدن فرآیند مورد نظر به پیدایش حیات وجود دارد.

با این تفاسیر پیدا کردن مشخصات ترکیباتی که در اتمسفر تایتان وجود دارند، بسیار مهم است. با اینکه C3H2 از نظر ابعادی کوچک بوده و رفتار عجیبی دارد، نمی‌توان از نقش آن در شکل‌گیری شرایط حال حاضر در سطح تایتان چشم‌پوشی کرد. در واقع تمامی ترکیباتی که در چنین اجرام آسمانی یافت می‌شوند، نقشی اساسی در وضعیت موجود ایفا می‌کنند.

تحقیقات در مورد وضعیت عجیب قمر سیاره زحل ادامه دارد و تازه‌ترین مقاله منتشر شده در این رابـ*ـطه هم در ژورنال “The Astronomical Journal” منتشر شده است.