科学家模拟土卫六环境 揭示了土星最大卫星的矿物构成

在今天召开的美国化学学会 (ACS) 秋季会议上，研究人员展示了他们的研究成果。ACS 2021 年秋季是一场混合会议，将于 8 月 22 日至 26 日以虚拟方式和面对面方式举行，点播内容将于 8 月 30 日至 9 月 30 日提供。会议将就广泛的科学主题进行 7,000 多场演讲。

该项目的首席研究员 Tomče Runevski 博士说：“地球上液态的简单有机分子在泰坦上通常是固体冰矿物晶体，因为它的温度极低，低至 -290 华氏度。我们发现泰坦上可能富含的两种分子——乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)—— 主要以一种结晶形式存在，这种结晶形式会产生高极性的纳米表面，可以作为其他分子自组装的模板。益生元感兴趣的分子”。

我们现在对这个冰冷世界的了解大部分归功于 1997-2017 年卡西尼·惠更斯号（Cassini-Huygens）对土星及其卫星的任务。从那次任务中，科学家们知道泰坦是研究生命如何产生的一个引人注目的地方。

像地球一样，泰坦有一个致密的大气层，但它主要由氮气和少量甲烷组成。它是除地球之外唯一已知的发现了稳定的地表液体池的天体。在太阳能量、土星磁场和宇宙射线的推动下，氮和甲烷在土卫六上发生反应，产生各种大小和复杂性的有机分子。

据信 ，ACN 和 PCN 以气溶胶的形式存在于月球特有的黄色雾霾中，它们如雨点般落在地表，以固体矿物块的形式沉淀下来。这些分子在地球上的特性是众所周知的，但直到现在还没有研究过它们在类似泰坦的条件下的特性。

Runčevski 表示：“在实验室环境中，我们在微型玻璃圆柱体中重建了泰坦上的条件。通常情况下，我们会引入水，当我们降低温度以模拟泰坦大气时，水会冻结成冰。我们在上面添加了乙烷，它变成了液体，模仿了卡西尼-惠更斯号发现的碳氢化合物湖”。

向圆柱体中加入氮气，并引入 ACN 和 PCN 来模拟大气降雨。然后研究人员稍微升高和降低温度以模拟月球表面的温度波动。

使用同步加速器和中子衍射仪器、光谱实验和量热测量分析形成的晶体。在计算和模拟的支持下，这项工作涉及来自南卫理公会大学的 Runčevski 团队，以及来自阿贡国家实验室、美国国家标准与技术研究所和纽约大学的科学家。

Runčevski 表示：“我们的研究揭示了很多以前未知的行星冰结构。例如，我们发现 PCN 的一种结晶形式不会沿其三个维度均匀膨胀。泰坦经历了温度波动，如果晶体在各个方向的热膨胀不均匀，可能会导致月球表面开裂”。