هل تخلق البلورات العضوية "حلقات حوض الاستحمام" حول بحيرات تيتان والبحار؟

منظر أشعة تحت الحمراء للبحار والبحيرات في نصف الكرة الشمالي لتيتان ، تم التقاطه بواسطة كاسيني في عام 2014. يمكن رؤية أشعة الشمس وهي تتلألأ في الجزء الجنوبي من أكبر بحر في تيتان ، كراكن ماري. يعتقد العلماء الآن أن "حلقات حوض الاستحمام" حول حواف البحار والبحيرات تتكون من بلورات عضوية. الصورة عبر وكالة ناسا / JPL-Caltech / جامعة أريزونا / جامعة أيداهو / AGU 100.

قمر زحل تايتان هو الجسم الآخر الوحيد في المجموعة الشمسية إلى جانب الأرض المعروفة بوجود سوائل على سطحه. هذه الأمطار والأنهار والبحيرات والبحار تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة على الأرض ، ولكنها تتكون من الميثان السائل والإيثان (الهيدروكربونات) بدلاً من الماء. الآن ، وجد العلماء طريقة أخرى قد يختلفون فيها عن نظرائهم الأرضية: قد تكون شواطئ البحيرات والبحار مغطاة بـ "حلقات حوض الاستحمام" التي تتكون من بلورات عضوية غير موجودة على الأرض.

نُشر البحث الجديد في ورقة جديدة وتم تقديمه في 24 يونيو في مؤتمر علوم البيولوجيا في 2019 (AbSciCon 2019) في بلفيو ، واشنطن.

من الورقة الجديدة:

لقد اكتشفنا معادن جزيئي ثالث مستقر في نفس الظروف الموجودة على سطح تيتان ، قمر زحل. يتكون هذا المعدن الجزيئي من الأسيتيلين والبوتان ، وهما جزيئين عضويان يتم إنتاجهما في جو تيتان ويسقطان على السطح. نحن نسمي هذه "المعادن الجزيئية" لأنها تتصرف مثلما تفعل المعادن هنا على الأرض ، ولكن بدلاً من أن تتكون من أشياء مثل الكربونات أو السيليكات ، فهي تتكون من جزيئات عضوية. تتكون المعادن الجزيئية السابقة التي اكتشفناها من البنزين والإيثان والأسيتيلين والأمونيا. ربما يكون هذا الأخير أكثر وفرة على سطح تايتان ، حيث يعتقد أن الأسيتيلين والبيوتان شائعان للغاية هناك. على وجه الخصوص ، نعتقد أن "حلقات حوض الاستحمام" حول بحيرات تايتان قد تتكون من هذه المادة ، لأن الأسيتيلين والبوتان يذوبان جيدًا في الميثان السائل والإيثان مقارنة بالجزيئات الأخرى.

مفهوم الفنان لبحيرة الهيدروكربونية على تيتان كما نرى من الأرض. الصورة عن طريق ستيفن هوبز (بريسبان ، كوينزلاند ، أستراليا / ناسا).

وتأتي النتائج المثيرة للاهتمام من الاختبارات المعملية حيث تمت إعادة إنشاء ظروف مشابهة للتيتان. وجد العلماء مركبات ومعادن لا وجود لها على الأرض ، وصُنعت بلورة واحدة مشتركة من الأسيتيلين الصلب والبوتان ، والتي توجد على الأرض ، ولكن كغازات فقط. تيتان بارد جدًا ، ومع ذلك ، فإن الأسيتيلين والبوتان سوف يتجمدان صلبًا ويتحدان لتشكيل بلورات.

إذن كيف خلق العلماء ظروفًا شبيهة بتيتان في مختبر على الأرض؟ تيتان شديد البرودة ، حوالي -290 درجة فهرنهايت (-179 درجة مئوية) ، لذلك استخدموا ناظم البرد المصممة حسب الطلب ، وهو جهاز يبقي الأشياء باردة. إن جو تيتان هو في معظمه نيتروجين ، مثله مثل الأرض ، لذلك بعد ذلك ملأ ناظم البرد بالنيتروجين السائل. لكنهم احتاجوا إلى أن يكون النيتروجين غازًا ، كما هو الحال في تيتان ، لذلك قاموا بتسخين الغرفة قليلاً. ثم تمت إضافة الميثان والإيثان ، وهي أيضًا شائعة جدًا في تيتان. كلاهما في شكل سائل على سطح القمر ، في المطر والأنهار والبحيرات والبحار. وكانت النتيجة "حساء" غني بالهيدروكربون.

خريطة بحيرات تايتان وبحيراتها في نصف الكرة الشمالي. الصورة عبر JPL-Caltech / NASA / ASI / USGS / EarthSky.

سطح تايتان كما يراها عامل هبوط هيغنز في عام 2005. عثرت هيغنز على رمال رطبة عندما هبطت بالقرب من مجرى النهر المتبخر. كان السائل عبارة عن ميثان / إيثان ، ولكن تبين أن "الفخار" يتكون من جليد الماء الصلب. الصورة عبر وكالة الفضاء الأوروبية / وكالة ناسا / جامعة أريزونا / EarthSky.

كانت بلورات البنزين أول من شوهد في هذا الحساء. يوجد البنزين في البنزين على الأرض وهو جزيء على شكل ندفة ثلج مصنوع من حلقة سداسية من ذرات الكربون. ولكن حدث شيء مفاجئ آخر في ظروف تيتان المحاكاة: جزيئات البنزين أعادت ترتيب نفسها بطريقة سمحت لجزيئات الإيثان بداخلها ، وخلق بلورة مشتركة. اكتشف الباحثون لاحقًا أيضًا بلورة أسيتيلين وبوتان مشتركة ، والتي يُعتقد أنها أكثر شيوعًا في تيتان.

إن بلورات الأسيتيلين والبيوتان هي التي من المحتمل أن تخلق حلقات حوض الاستحمام - المعادن المبخرة - حول حواف البحيرات والبحار. سيتم إسقاط المعادن على السطح عندما بدأت تتبخر الهيدروكربونات السائلة. شوهدت مركبة فضائية كاسيني بعض البحيرات على تيتان عندما كانت ممتلئة بالسائل ، وفي أوقات أخرى تبخرت جزئيًا. تشبه عملية التبخر هذه كيف يمكن للأملاح تكوين قشور حول حواف البحيرات والبحار على الأرض.

يشتبه في وجود حلقات حوض الاستحمام على Titan بناءً على أدلة من Cassini ، لكن لم يتم تأكيدها بشكل كامل حتى الآن ، كما لاحظ Morgan Cable في مختبر Jet Propulsion:

لا نعرف حتى الآن ما إذا كان لدينا حلقات حوض الاستحمام هذه ... من الصعب أن نرى من خلال جو تايتان الضبابي.

بحيرة ملح حمضية جنوب منارة ، غرب أستراليا. يُعتقد أن غلافات الملح حول حوافها تشبه حلقات حوض الاستحمام حول حواف البحيرات والبحار على تيتان. الصورة عن طريق سوزان م. ريا / ريسيرش.

أنهار تيتان والبحيرات والبحار ، ومعظمها بالقرب من القطب الشمالي ، تعطي هذا القمر مظهرًا شبيهًا بالأرض. هناك أيضاً أمطار غاز الميثان والكثبان الرملية الضخمة بالقرب من خط الاستواء ، كما هو الحال في الصحاري على الأرض ، ولكنها تتكون من جزيئات الهيدروكربون. يحجب الأجواء الكثيفة الضبابية الأرض عن الأنظار من الأعلى ، لكن كاسيني كان قادرًا على استخدام رادار لرؤية ميزات السطح. كما قام مسبار هيجنز ، وهو جزء من مهمة كاسيني ، بإرسال أول صور على الإطلاق من سطح تايتان في عام 2005 ، والتي تبين مجرى النهر المتبخر مع "صخور" تتكون من جليد الماء الصلب. تحت كل ذلك ، من وجهة نظر ، يوجد محيط مائي تحت سطح الأرض. قد يبدو Titan مثل الأرض كثيرًا من نواح كثيرة ، ولكن من حيث التكوين ، إنه عالم غريب بشكل واضح.

لسوء الحظ ، انتهت مهمة كاسيني في أواخر عام 2017 ، لذا سيتعين انتظار مزيد من الملاحظات حول حلقات حوض الاستحمام حتى تعود مهمة مستقبلية إلى تايتان. تم اقتراح تحقيقات يمكن أن تطفو أو تسبح في إحدى البحيرات أو البحار ، لكنها لا تزال موجودة على لوحات الرسم الآن. ومع ذلك ، فإن مهمة اليعسوب الجديدة التابعة لوكالة ناسا ، والتي تم الإعلان عنها رسميًا في الأسبوع الماضي ، سترسل طائرة عمودية شبيهة بالطائرات بدون طيار لتطير في سماء تيتان ، لتهبط بالعديد من مواقع الهبوط المختلفة. من المقرر إطلاق اليعسوب في عام 2026 والهبوط في عام 2034. مثيرة!

خلاصة القول: من خلال محاكاة ظروف تيتان في مختبر على الأرض ، وجد العلماء أن الأشكال غير العادية من البلورات العضوية قد تخلق حلقات حوض حول حواف بحيرات القمر والبحار.

المصدر: كريستال الأسيتيلين - البوتان المشارك: معدن جزيئي وفير محتمل على تيتان

عبر AGU 100