光谱测量用于研究构成土星卫星大气的大而复杂的有机分子的形成

土星的卫星土卫六是太阳系中最有趣的天体之一,尤其是因为其异常稠密的大气层中发生了复杂的化学反应。通过在卡西尼号飞船飞行期间进行的光谱测量,美国的研究人员现在可以首次深入了解从甲烷和氮到被称为索林的高分子量物种形成的反应,索林被认为构成了覆盖在土卫六表面的橙色雾。

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来源:©Nasa

天体生物学家之所以对土卫六感兴趣,是因为它的氮/甲烷大气层与地球上出现生命之前的大气层相似

之前用卡西尼号离子中性质谱仪(INMS)进行的质谱分析工作,已经确定了构成土卫六大气大部分的甲烷和氮等小分子的特征,土卫六大气的密度甚至比我们地球的还要大。现在,德克萨斯州圣安东尼奥西南研究所的亨特·韦特及其同事分析了来自卡西尼等离子体光谱仪(CAPS)的额外数据,这些数据与INMS数据相结合,使他们能够详细了解土卫六大气上游的有机化学情况。

CAPS仪器可以测量能量/电荷比,使研究人员能够探测到早期研究中没有探测到的更大的分子。他们发现了关键化合物,包括苯、多环芳烃和非常大的(约8 kD)负电荷离子。

从这些结果中,研究人员推导出了索林形成的反应路径示意图。高能粒子和紫外线穿透大气上层,被认为可以激活大气的主要成分甲烷和氮,形成苯和各种丁腈化合物,其路径可能涉及小分子,如HCN和/或小离子。然后,多环芳烃和腈进一步反应,形成巨大的负有机离子,这些离子似乎以气溶胶的形式悬浮在大气中,研究人员将其发现描述为“完全出乎意料”。“从这些气溶胶中,索林可以形成并最终沉降到地表。

天体生物学家对土卫六感兴趣,因为土卫六上的氮/甲烷大气与生命出现前的地球大气相似,也因为土卫六上复杂的有机化学可能会给我们提供线索,让我们了解生命起源之前的化学是如何发展的,以及它是如何导致生命起源的。然而,为了进一步了解这一点,人们需要进一步的探测器来访问土卫六的表面,而卡西尼号的着陆器惠更斯号只提供了最短暂的一瞥。

密歇根大学安娜堡分校(University of Michigan at Ann Arbor)行星科学实验室主任苏希尔·阿特雷亚(Sushil Atreya)说:“对土卫六表面物质(包括同位素)进行完整的化学分析,应该是未来任何对土卫六的探测任务的重点。”“谁知道呢,我们可能会找到那些难以捉摸的益生元分子。”

迈克尔总值

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