尋找泰坦化學中缺失的環(huán)?

土衛(wèi)六是土星最大的衛(wèi)星，在我們太陽系的所有衛(wèi)星中是獨一無二的，因為它稠密且富含氮的大氣中還含有碳氫化合物和其他化合物。這種豐富的化學混合物形成背后的故事一直是一些科學爭論的來源。

現(xiàn)在，一項由能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)化學科學部的科學家參與的研究合作已經(jīng)開始研究一種可能促進多環(huán)分子形成的低溫化學機制——前體?，F(xiàn)在，在月球的橙色霧層中發(fā)現(xiàn)了更復雜的化學成分。

這項研究由夏威夷大學馬諾阿分校的拉爾夫凱澤(Ralf Kaiser)共同領(lǐng)導，并于10月8日發(fā)表在《自然天文學》雜志上，這與高溫反應(yīng)機制需要產(chǎn)生衛(wèi)星任務(wù)化學成分的理論背道而馳。在土衛(wèi)六的大氣中觀察到的。

該團隊還包括來自伯克利實驗室、夏威夷大學馬諾阿、俄羅斯薩馬拉大學和佛羅里達國際大學的其他研究人員。該團隊利用伯克利實驗室高級光源(ALS)中的真空紫外線實驗，結(jié)合計算機模擬和建模工作，演示了對土衛(wèi)六現(xiàn)代大氣化學做出貢獻的化學反應(yīng)。

“我們是來為人們意想不到的低溫反應(yīng)途徑提供證據(jù)的，”伯克利實驗室化學科學部的科學家、ALS研究的聯(lián)合負責人Musahid Ahmed說。"這導致了泰坦化學中缺失的一環(huán)."

他解釋說，土衛(wèi)六可能為包括地球在內(nèi)的其他衛(wèi)星和行星的復雜化學發(fā)展提供線索?！叭藗冇锰┨箒硭伎家粋€‘前生物’地球——那時氮在地球早期大氣中更為普遍。”

苯是一種具有六碳單環(huán)分子結(jié)構(gòu)的簡單碳氫化合物，在土衛(wèi)六上被檢測到，被認為是具有雙環(huán)和三環(huán)結(jié)構(gòu)的較大碳氫化合物分子的結(jié)構(gòu)單元，進而形成其他碳氫化合物和氣溶膠粒子，現(xiàn)在構(gòu)成土衛(wèi)六的大氣。這些多環(huán)碳氫化合物分子被稱為多環(huán)芳烴。

在最新的研究中，研究人員在ALS中混合了兩種氣體——一種叫做萘基(C10H7)的短壽命雙環(huán)PAH和一種叫做乙烯基乙炔(C4H4)的碳氫化合物，并在這個過程中產(chǎn)生了三環(huán)多環(huán)芳烴。根據(jù)對其大氣化學成分的了解，推測土衛(wèi)六上存在兩種用于驅(qū)動反應(yīng)的化學物質(zhì)。

ALS實驗將反應(yīng)的最終產(chǎn)物從小反應(yīng)室中排出。研究人員使用一種叫做反射飛行時間質(zhì)譜儀的探測器來測量兩種氣體反應(yīng)中產(chǎn)生的分子碎片的質(zhì)量。這些測量提供了關(guān)于三環(huán)多環(huán)芳烴(菲和蒽)化學的詳細信息。

雖然als實驗用化學反應(yīng)器模擬化學反應(yīng)，用一束真空紫外光探測反應(yīng)產(chǎn)物，但支持計算和模擬表明ALS實驗中形成的化學物質(zhì)不需要高溫。

凱澤說，在als中研究的化學物質(zhì)等多環(huán)芳烴(PAHs)具有的特性使其在深空中特別難以識別?！皩嶋H上，在星際介質(zhì)的氣相中沒有檢測到單一的PAH”，這是一種填充恒星之間空間的物質(zhì)。

他補充說：“我們的研究表明，多環(huán)芳烴比預(yù)期的更廣泛，因為它們不需要碳星周圍的高溫。我們探索的機理有望實現(xiàn)多功能化，有望形成更復雜的多環(huán)芳烴?！?

而且因為多環(huán)芳烴被認為是形成分子云的前體——所謂的“分子工廠”是更復雜的有機分子，其中可以包括我們所知的生命前體——“這可以開辟理論和碳的新模型——他說，在深空和豐富的行星大氣中存在物質(zhì)，它們在我們太陽系中的衛(wèi)星也在發(fā)展和起源。

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