科学家们在泰坦的大气阴霾的神秘之中

时间：2021-08-08 18:52:04 来源：

土星最大的月亮大气雾峰（沿着土星的中剧），在这个自然彩色图像中捕获（左侧的盒子）。参与伯克利实验室的高级光源实验的研究已经为可能产生这种雾度的化学步骤提供了新的线索。（信用：美国宇航局喷气推进实验室，空间科学院，CALTECH）

土星最大的月亮，泰坦，我们的太阳系中的所有卫星都是独一无二的，因为它的浓密和富含氮气的氛围也含有碳氢化合物和其他化合物，而这种丰富的化学组合的形成背后的故事一直是一些科学辩论的来源。

现在，涉及能源劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的化学科学家在化学科学家划分的研究合作在低温化学机制中归零，这可能已经推动了多环分子的形成 - 前体现在在月球的棕色橙色阴霾层中发现了更复杂的化学。

该研究由RALF Kaiser在Manoa夏威夷大学的联合主导，并在10月8日发表于10年期刊的天文学期刊上发表，与理论进行反击，以便在卫星任务产生化学妆容中需要高温反应机制在泰坦的氛围中观察到。

该团队还包括Manoa，俄罗斯萨马拉大学夏威夷大学伯克利实验室的其他研究人员，以及佛罗里达州国际大学。该团队在Berkeley Lab的先进光源（ALS）中使用了真空紫外线实验，以及计算机模拟和建模工作，以证明有助于泰坦现代大气化学的化学反应。

“我们在这里提供了人们没有想过的低温反应途径的证据，”伯克利实验室化学科学研究和als研究的联合领导者的科学家Musahid Ahmed说。“这引起泰坦化学的缺失联系。”

他解释说，泰坦可以将线索产生与在包括地球的其他卫星和行星上的复杂化学的发展。“人们使用泰坦思考一个”前生物的“地球 - 当氮在早期地球的大气层中更普遍。”

苯，一种具有六碳单环分子结构的简单烃，在泰坦检测到，被认为是较大的烃分子的结构块，其具有两种和三环结构，又形成其他烃和现在弥补泰坦氛围的气溶胶颗粒。这些多环烃分子称为多环芳烃（PAH）。

科学家在结合两个气体时探讨了在工作中的化学方法：由称为萘基的双环分子结构组成的一个，而另一个由称为乙烯基乙炔（左下）的烃组成。白球代表氢原子，黑暗的球体代表碳原子。在这些三维分子器的背后是土星月亮泰坦的形象，由美国宇航局的Cassini SpaceCraft拍摄。（信用：维基梅德米亚广场，美国宇航局喷气式推进实验室，CANTECH，太空科学研究所，John Hopkins大学应用物理实验室，亚利桑那大学）

在最新的研究中，研究人员混合了两种气体 - 一种短暂的双环PAH，称为萘基（C10H7）和称为乙烯基乙炔（C4H4） - 在ALS的烃，并在该过程中产生三环PAHS。用于基于其大气层的化学构成所知的泰坦，推断出用于驱动反应的两种化学物质。

ALS实验将从小反应室的反应的最终产物喷射。研究人员使用称为反射飞行时间质谱仪的探测器，以测量两种气体反应中产生的分子片段的质量。这些测量提供了有关三环PAHS（菲和蒽）的化学的细节。

虽然ALS实验使用化学反应器来模拟化学反应和真空紫外线束来检测反应的产物，支持计算和模拟显示，在ALS实验中形成的化学品是如何不需要高温的。

Kaiser说，像在ALS的化学物质一样的PAHS像化学品一样，使它们特别难以识别在深空中。“实际上，在星际介质的气体阶段中检测到单个，inpidual pah，”这是填补星之间的空间的材料。

他补充说：“我们的研究表明，PAHS比预期的更广泛传播，因为它们不需要碳恒星周围存在的高温。我们探索的这种机制预计是通用的，预计将导致形成更复杂的PAH。“

并且因为PAHS被认为是形成分子云的前体 - 所谓的“分子工厂”更复杂的有机分子，可以包括我们所知道的前体 - “这可以打开如何碳的理论和新模型他说，含有深层空间和富裕的行星大气和他们的卫星在太阳系中的矿藏中的含量进出，“他说。

佛罗里达州国际大学和研究共同领导者的化学教授亚历山大M. Mebel进行了计算，表明反应物如何自然地融合并在非常低的温度下形成新的化合物。

“我们的计算揭示了反应机制，”梅贝尔说。“我们表明，您不需要任何能量来驱动萘基和乙烯基乙炔的反应，因此即使在泰坦的低温和低压大气条件下也应有效。”