NASA ตรวจพบโมเลกุลประหลาดในชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททัน

เมื่อวันที่ 27 ตุลาคม 2020 NASA ตรวจพบโมเลกุลประหลาดในชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันซึ่งเป็นหนึ่งในดาวบริวารของดาวเสาร์ทั้ง 62 ดวง (ข้อมูล ณ วันที่เผยแพร่บทความนี้) โดยคำว่าประหลาดในที่นี้คือนักวิทยาศาสตร์เมื่อได้ยินชื่อโมเลกุลอาจจะไม่รู้แม้แต่ว่าจะต้องอ่านชื่อโมเลกุลยังไงด้วยซ้ำ

นักวิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ Atcama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ซึ่งตั้งอยู่ทางตอนเหนือของชิลีในการสังเกตการณ์ชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันด้วยการสำรวจสเปกตรัมของแสงที่ถูกดูดกลืนโดยโมเลกุลต่าง ๆ (Absorption lines) ในชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันและพบโมเลกุลประหลาดซึ่งประกอบไปด้วย คาร์บอน (Carbon) และ ไฮโดนเจน (Hydrogen) มีสูตรทางเคมีว่า C₃H₂ หรือเรียกว่า “Cyclopropenylidene”

ปกติแล้วนักวิทยาศาสตร์จะพบ Cyclopropenylidene (C₃H₂) ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำและเจือจางอย่าง เช่น พื้นที่จำพวกช่องว่างระหว่างกาแล็กซีที่มีแต่ฝุ่นและแก๊สลอยไปมาเท่านั้น แต่ครั้งนี้กลับมาเจอมันในชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันแทน โดย Cyclopropenylidene (C₃H₂) เป็น Carbaon-based molecule ที่ไวต่อปฏิกิริยาอย่างมาก หมายความว่ามันจะทำปฏิกิริยาต่อโมเลกุลใด ๆ ก็ตามที่มันเจอ

ที่น่าสนใจไปยิ่งกว่านั้นคือชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันนั้นมีความหนาแน่นสูง โดยหากเทียบกับโลกดวงจันทร์ไททันมีความดันบรรยากาศที่พื้นผิวประมาณ 1.5 bars (147 kPa) ซึ่งสูงกว่าโลกเกือบ 50% ประกอบไปด้วยแก๊สไนโตรเจน 94.2% มีเทน 5.65% และไฮโดรเจน 0.099% ทำให้ชั้นบรรยากาศของไททันมีความไวต่อปฏิกิริยาสูงเช่นกัน

การค้นพบครั้งนี้ตรวจพบ Cyclopropenylidene (C₃H₂) เพียงเล็กน้อยเท่านั้นเพราะว่าการสังเกตการณ์ด้วย ALMA ทำได้เพียงการสังเกตการณ์และเก็บข้อมูลชั้นบรรยากาศได้เพียงแค่ส่วนบนของชั้นบรรยากาศเท่านั้น ไม่สามารถสังเกตการณ์การพื้นผิวหรือบรรยากาศชั้นล่างได้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบปริมาณของ Cyclopropenylidene (C₃H₂) ที่แท้จริงเพราะว่าชั้นบรรยากาศชั้นบนนั้นเบาบางกว่าชั้นล่างมากทำให้มันมีแก๊สต่าง ๆ น้อยกว่า แน่นอนว่ามีโมเลกุลต่าง ๆ น้อยกว่าเช่นกัน

อย่างไรก็ตามภารกิจ Dragonfly ของ NASA (สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับภารกิจ Dragonfly ได้ที่นี่ Dragonfly เฮลิคอปเตอร์สำรวจไททัน ภารกิจใหม่ล่าสุดของ NASA) ในอนาคตซึ่งจะส่ง Rotorcraft คล้าย ๆ กับ Ingenuity ของภารกิจ Mars 2020 ไปสำรวจพื้นผิวของดวงจันทร์ไททันเพื่อตรวจสอบและยืนยันปริมาณของ Cyclopropenylidene (C₃H₂)

โดยการค้นพบ Cyclopropenylidene (C₃H₂) เป็นการค้นพบโมเลกุลจำพวก Cyclic หรือ Closed-loop ครั้งที่สองของดวงจันทร์ไททัน โดยครั้งแรกคือการค้นพบ Benzene (C₆H₆) เมื่อปี 2003 และครั้งที่สองคือ Cyclopropenylidene (C₃H₂) ซึ่งเป็น Cyclic molecule เช่นเดียวกับ Benzene (C₆H₆)

Cyclic molecule คือ โมเลกุลที่อะตอมในโมเลกุลเรียงตัวกันเป็นวงแหวนและทำให้เกิด Loop ในโครงสร้างโมเลกุลขึ้นมา เราเรียกโมเลกุลเหล่านี้ว่า Cyclic molecule หรือ Closed-loop molecule ส่วนโมเลกุลที่มีอะตอมเรียงตัวกันไม่เป็นวงแหวนเรียกว่า Acyclic molecule/compound ปกติแล้ว Closed-loop molecules ส่วนใหญ่จะเป็นสารอินทรีย์ เช่น เป็นสารประกอบของ Nucleobases ใน Deoxyribonucleic acid (DNA) หรือ Ribonucleic acid (RNA) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ มากมาย เว้นแต่ Cyclopropenylidene (C₃H₂) ไม่ค่อยจะเป็นที่คุ้นเคยในการเคมียุคปัจจุบัน ถึงขั้นที่นักเคมีบางคนอาจจะไม่เคยได้ยินชื่อด้วยซ้ำ

ก่อนหน้านี้การค้นพบ Benzene ในชั้นบรรยากาศของไททันเมื่อปี 2003 ถือเป็นการค้นพบโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแบบวงแหวนที่เล็กที่สุดเท่าที่เคยเจอมาในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์/ดาวบริวาร แต่ตอนนี้จะกลายเป็น Cyclopropenylidene (C₃H₂) แทนแล้ว

เพื่อยืนยันการค้นพบนี้ Conor Nixon นักวิจัยของการค้นพบนี้วิเคราะห์ข้อมูลจากเปเปอร์ที่ถูกตีพิมพ์จากข้อมูลของยาน Cassini ของ NASA ซึ่งทำ Flybys ผ่านไททันกว่า 127 ครั้งระหว่างปี 2004 – 2017 เพื่อยืนยันว่า Cassini ตรวจพบโมเลกุลแบบเดียวกันกับที่เขาเจอ โดยอุปกรณ์บน Cassini ที่ใช้ในการตรวจสอบแบบเดียวกับที่เขาตรวจสอบอยู่นี้มีชื่อว่า Mass Spectrometer ซึ่งใช้ในการตรวจสเปกตรัมของโมเลกุลต่าง ๆ บนไททัน Nixon พบว่า Cassini ก็ตรวจพบโมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายกันเช่นกันเพียงแต่เป็นโมเลกุลที่มีประจุ (Electrically charged) สูตรโมเลกุล C₃H₃⁺

การค้นพบ Cyclopropenylidene (C₃H₂) ครั้งนี้เป็นเหมือนจิ๊กซอว์เพื่อปะติดปะต่อว่าดวงจันทร์ไททันนั้นมีสภาวะแวดล้อมเหมาะแก่การอยู่อาศัยของมนุษย์หรือไม่ในอนาคตนั่นเอง และการส่งภารกิจ Dragonfly ไปไททันจะช่วยให้เรายิ่งสามารถไขปริศนาปฏิกิริยาเคมีในชั้นบรรยากาศของไททันได้มากกว่าเดิมนั่นเอง

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Citation: Detection of Cyclopropenylidene on Titan with ALMA

NASA Scientists Discover ‘Weird’ Molecule in Titan’s Atmosphere