“泰坦”星中无法相容物质竟能混合 为研究生命起源前化学过程提供新视角

科技日报记者 张梦然

瑞典查尔默斯理工大学与美国国家航空航天局（NASA）的研究团队通过对火星最大卫星“泰坦”的分析，取得了一项出人意料的发现。研究表明，在极低温环境下，通常无法相容的物质竟能混合，这一现象为生命起源之前的化学过程提供了新视角，同时挑战了化学中长期被接受的基本规则，并加深了人们对太阳系行星及卫星的理解。论文发表在最新一期《美国国家科学院院刊》上。

长期以来，科学家对泰坦星抱有浓厚兴趣，因为它是太阳系除地球外唯一已知拥有地表液体的星球，也拥有类似地球的天气系统，包括风、云和甲烷雨，其寒冷的环境与数十亿年前年轻的地球存在诸多相似之处。因此，研究这颗卫星有助于人们理解生命诞生前的关键化学步骤。

新发现表明，甲烷、乙烷和氰化氢，这些在泰坦大气和表面大量存在的物质，能够以过去认为不可能的方式相互作用。其中，氰化氢是一种极性分子，而甲烷和乙烷则是典型的非极性物质。按照传统化学规则，它们如同油和水一般难以混合。然而，在泰坦极寒的条件下，这些物质竟能共同形成稳定的晶体结构。

这一突破性发现源于一个未解之谜：在泰坦大气中生成的氰化氢最终去了哪里？NASA喷气推进实验室团队在接近90开尔文（约-180摄氏度）的极低温下，将固态的氰化氢与液态的甲烷和乙烷混合，并利用激光光谱技术进行分析。他们发现光谱信号显示出异常变化。

瑞士团队就此提出了一个看似违背化学常识的假设：甲烷或乙烷是否可能与氰化氢形成混合晶体？这直接挑战了“相似相溶”的化学原则。但最终结果表明，在泰坦的低温条件下，碳氢化合物确实能渗透进氰化氢的晶格结构中，形成一种被称为共晶的新物质，计算模拟出的光谱特征也与NASA的实验数据高度吻合。

这一发现具有深远意义。氰化氢在多种生命前体分子的非生物合成中可能扮演关键角色，例如构成蛋白质的氨基酸和构成遗传密码的核碱基。同时，该成果也表明化学的边界正在被重新定义。

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在常温条件下，很多物质就像水和油一样泾渭分明、难以相容。但在极低温度下，这种情况会发生神奇扭转。泰坦星的极低温环境，就为科学家观察这种现象提供了天然的“宇宙实验室”。在这颗星球上，原本不相容的氰化氢、甲烷和乙烷，竟然有可能形成混合晶体。可以理解为，在极低温环境下，这些分子、原子的运动都变得异常缓慢，它们没有力气再相互“推搡”，只好暂时“和解”。这种奇妙现象拓展了人类对物质形态的认知，也为材料科学打开了一扇新的大门。