Российские химики предложили новый путь синтеза сложной органики на Титане и древнейшей Земле

Российские учёные в соавторстве с иностранными коллегами обнаружили то, что казалось невозможным, – механизм образования сложных циклических молекул в условиях спутника Сатурна и ранней Земли. Это меняет наши представления о путях синтеза органики в космосе. 

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy командой исследователей из Самарского государственного университета, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, Гавайского университета в Маноа и Международного университета Флориды.

Напомним, что Титан – самый большой спутник Сатурна и единственная луна в Солнечной системе с собственной плотной атмосферой, а также единственное тело кроме Земли, на поверхности которого устойчиво существует жидкость. Кроме того, Титан крайне богат органикой. Там плещутся целые моря метана и этана, а в атмосфере под ультрафиолетовыми лучами образуются и более сложные соединения. Специалисты считают, что со временем на Титане может зародиться жизнь.

Некоторое время назад на загадочном небесном теле обнаружили бензол. Как известно, это простейшая молекула, имеющая в своём составе особую циклическую структуру – бензольное кольцо. Учёные предположили, что он мог бы являться "строительным материалом" для более сложной органики, содержащей два или три таких кольца, – так называемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Наличие ПАУ и образовавшихся из них ещё более сложных веществ хорошо объясняло бы свойства знаменитой оранжевой дымки, которой затянут спутник.

Однако каким путём эти молекулы могут возникнуть? До сих пор химикам были известны пути образования лишь немногих короткоживущих ПАУ в условиях атмосферы Титана. Предполагалось, что для синтеза их более устойчивых "коллег" нужны высокие температуры. Такие, которые существуют вблизи поверхности звёзд, но никак не на луне Сатурна, где даже привычный для Земли газообразный метан становится жидким от леденящего холода.

Химики нашли неожиданный выход. Они открыли реакцию между нафтильным радикалом (C10H7) и винилацетиленом (C4H4). Оба углеводорода, как считают эксперты, должны присутствовать в атмосфере Титана.

"Здесь мы предоставляем доказательства [существования] низкотемпературной реакции, о котором люди [раньше] не думали, – заявляет Мусахид Ахмед (Musahid Ahmed) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. – Это недостающее звено в химии Титана".

Учёные из Самары провели моделирование, показавшее, какими будут продукты этой реакции при разных температурах и давлениях, а также при воздействии ультрафиолетовых лучей. Выяснилось, что в условиях, привычных для спутника Сатурна, будут получаться устойчивые трёхкольцевые ПАУ, а именно фенантрен и антрацен. Исследователи из других научных центров также занимались расчётами различных деталей процесса.

После этого их коллеги из лаборатории в Беркли осуществили этот процесс в ходе эксперимента и действительно обнаружили упомянутые вещества среди продуктов синтеза.

Как уже упоминалось, ПАУ являются подходящим материалом для синтеза ещё более сложной органики. Кроме того, они служат "затравкой" для образования межзвёздных молекулярных облаков, где также возможны разнообразные реакции, вызывающие интерес астробиологов. Поэтому открытие механизма синтеза ПАУ при низкой температуре и небольшом давлении может перевернуть наши представления о том, как образуется органика в космосе и насколько она распространена. К слову, не исключено, что открытые химиками процессы шли и на древнейшей Земле и в конечном счёте стали одним из путей к возникновению жизни.