“泰坦”星中無法相容物質竟能混合 為研究生命起源前化學過程提供新視角

科技日報記者 張夢然

瑞典查爾默斯理工大學與美國國家航空航天局（NASA）的研究團隊通過對火星最大衞星“泰坦”的分析，取得了一項出人意料的發現。研究表明，在極低温環境下，通常無法相容的物質竟能混合，這一現象為生命起源之前的化學過程提供了新視角，同時挑戰了化學中長期被接受的基本規則，並加深了人們對太陽系行星及衞星的理解。論文發表在最新一期《美國國家科學院院刊》上。

長期以來，科學家對泰坦星抱有濃厚興趣，因為它是太陽系除地球外唯一已知擁有地表液體的星球，也擁有類似地球的天氣系統，包括風、雲和甲烷雨，其寒冷的環境與數十億年前年輕的地球存在諸多相似之處。因此，研究這顆衞星有助於人們理解生命誕生前的關鍵化學步驟。

新發現表明，甲烷、乙烷和氰化氫，這些在泰坦大氣和表面大量存在的物質，能夠以過去認為不可能的方式相互作用。其中，氰化氫是一種極性分子，而甲烷和乙烷則是典型的非極性物質。按照傳統化學規則，它們如同油和水一般難以混合。然而，在泰坦極寒的條件下，這些物質竟能共同形成穩定的晶體結構。

這一突破性發現源於一個未解之謎：在泰坦大氣中生成的氰化氫最終去了哪裏？NASA噴氣推進實驗室團隊在接近90開爾文（約-180攝氏度）的極低温下，將固態的氰化氫與液態的甲烷和乙烷混合，並利用激光光譜技術進行分析。他們發現光譜信號顯示出異常變化。

瑞士團隊就此提出了一個看似違背化學常識的假設：甲烷或乙烷是否可能與氰化氫形成混合晶體？這直接挑戰了“相似相溶”的化學原則。但最終結果表明，在泰坦的低温條件下，碳氫化合物確實能滲透進氰化氫的晶格結構中，形成一種被稱為共晶的新物質，計算模擬出的光譜特徵也與NASA的實驗數據高度吻合。

這一發現具有深遠意義。氰化氫在多種生命前體分子的非生物合成中可能扮演關鍵角色，例如構成蛋白質的氨基酸和構成遺傳密碼的核鹼基。同時，該成果也表明化學的邊界正在被重新定義。

總編輯圈點

在常温條件下，很多物質就像水和油一樣涇渭分明、難以相容。但在極低温度下，這種情況會發生神奇扭轉。泰坦星的極低温環境，就為科學家觀察這種現象提供了天然的“宇宙實驗室”。在這顆星球上，原本不相容的氰化氫、甲烷和乙烷，竟然有可能形成混合晶體。可以理解為，在極低温環境下，這些分子、原子的運動都變得異常緩慢，它們沒有力氣再相互“推搡”，只好暫時“和解”。這種奇妙現象拓展了人類對物質形態的認知，也為材料科學打開了一扇新的大門。