30-08-2023
| Толины | |
| Общие | |
|---|---|
| Химическая формула | CxHyNz |
| Физические свойства | |
| Отн. молек. масса | ~8000 а. е. м. |
| Безопасность | |
| NFPA 704 | |
Толины (от др.-греч. θολός — мутный, неясный) — органические вещества, линии поглощения которых обнаружены в спектрах многих ледяных тел внешней Солнечной системы. Считается, что они представляют собой смесь различных органических сополимеров, образованных в атмосфере из простых органический соединений, таких как метан и этан, под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Как полагается, толины являются химическими предшественниками жизни[2]. Толины не образуются естественным образом на Земле на её современном этапе развития. Обычно обладают красновато-коричневым или коричневато-оранжевым[3] оттенком. Масса молекул толинов в атмосфере Титана достигает 8000 а. е. м.[4], для сравнения масса молекул ДНК от около 995 000 а. е. м. (в 124 раза больше)[5] до 109 а. е. м.[6], а пептидов до ~10 000 а. е. м.[7], однако, в отличие от них, толины являются более простыми, так как не формируются в присутствии кислорода[4], т. е. не содержат данного элемента имея общую формулу CxHyNz[8].
Термин «толин» был введен астрономом Карлом Саганом, чтобы описать вещество, полученное им в экспериментах Миллера — Юри с газовыми смесями, присутствующими в атмосфере Титана[9]. Данный термин не является определённо согласованным, но в целом часто употребляется для описания красноватых органических компонентов на планетарной поверхности.
Содержание |
«Титановые толины» и «тритоновые толины» являются органическим веществом с высоким содержанием азота, образовавшимся в результате облучения газовой смеси азота и метана, так как подавляющая часть атмосферного состава в обоих случаях приходится именно на азот, с небольшой примесью метана и принебрежительно малой долей следов других газов. Этот атмосферный тип толинов отличается от «ледяных толинов» образующихся при облучении клатратов воды и органических соединений, таких как метан или этан. Плутино Иксион обладает данным составом[11] в высокой степени.
Поверхности комет[12], кентавров и некоторых ледяных лун внешней Солнечной системы, таких как Тритон[13][14] или Умбриэль[15], содержат залежи разновидностей как атмосферного типа толинов («титановых» и «тритоновых») так и ледяных толинов. Некоторые транснептуновые объекты, такие как Седна[16][17][18], некоторые объекты из пояса Койпера, такие как Орк[19] или Макемаке[20] и некоторые плутино, как (38628) Huya[21], содержат толины. В кольцах Сатурна имеются следы примесей толинов в водяном льде[22][23].
Мутность и оранжево-красный цвет поверхности кентавров предположительно вызваны наличием толинов.
В результате эксперимента, проведённого Карлом Саганом и (довольно тривиально) симулирующего нижние слои атмосферы Юпитера, в ней предполагается наличие толинов[24]. Ранее высказывались предположения о наличии толинов как в атмосфере Юпитера так и Сатурна[25]С. 296. На галилеевых спутниках Ганимеде и Каллисто предполагается наличие некоторого количества толинов на поверхности по результатам миссии КА «Галилео»[26].
Некоторые исследователи предполагают, что на развитие жизни на Земле на ранней стадии, возможно, повлияли кометы с высоким содержанием толинов, занёсшие сырьевой материал, необходимый для развития жизни, см. также Эксперимент Миллера — Юри, занимающийся данной проблемой. Следует заметить, что в эксперименте применялось напряжение до 60 кВ[27], в то время как напряжение молний в атмосфере Земли может достигать 1 ГВ[28], а молнии на Юпитере могут превышать энергю самых мощных земных в 10 раз[29]. На современном этапе развития, начиная с кислородной революции около 2,4 млрд лет назад, толины не существуют из-за окисляющего свойства свободного кислорода являющегося компонентом земной атмосферы.
Теоретическая модель объясняет формирование толинов диссоциацией и ионизацией молекулярного азота и метана энергетичными частицами и солнечным излучением, формированием этилена, этана, ацетилена, цианистого водорода и других маленьких простых молекул и маленьких положительных ионов, дальнейшим формированием бензола и других органических молекул, их полимеризацией и формированием аэрозоля более тяжёлых молекул, которые сгущаются и выносятся на планетарную поверхность[30].
Толины, сформировавшиеся при низком давлении, склонны содержать атомы азота во внутренней части молекулы, в то время как для толинов, сформировавшихся при высоком давлении, более вероятно местонахождение атомов азота на окончаниях молекулы[31].
Группой французских учёных были получены около 200 разновидностей толинов в специальных реакторах симулирующих атмосферу Титана. Пока не до конца понятно, по какому пути вещества строятся. Результат анализа коэффициента изотопов углерода оказался неожиданным. Толины полученные в лабораторных условиях не были обогащены лёгкими изотопами, несмотря на сложность самих молекул. Хотя известно, что более лёгкие изотопы химических элементов более охотно вступают в реакции и быстрее строят молекулы[10].
Толины могут выступать в качестве эффективного экрана от ультрафиолетового излучения, защищая планетарную поверхность, а также, возможно, могут даже формировать аминокислоты на поверхности планеты[32]. В одном из экспериментов проба толинов облучалась мягким рентгеновским излучением, после чего в пробе был обнаружен аденин являющийся составным элементом ДНК[3]. Для инфракрасного излучения толины практически прозрачны[10].
В (довольно тривиально) просимулированной среде юпитерианских толинов, полученных в эксперименте Карлом Саганом, был обнаружен 4-кольцовый хризен, a преобладающими для данной смеси являются полициклические ароматические углеводороды с 4 и более бензольными кольцами, реже с меньшим количеством колец[24]. ПАУ в свою очередь являются гораздо более простыми соединениями, нежели толины[33].
Широкое разнообразие почвенных бактерий в состоянии использовать толины в качестве их единственного источника углерода. Предположительно, толины были первичной микробной едой для гетеротрофных микроорганизмов перед появлением автотрофов[34]. Существуют теоретические расчёты, исходя из которых микробы, возможно существующие на Титане, употребляют в пищу толины падающие на них с неба[35][36].
Толины были обнаружены в протопланетном диске, окружающем звезду HR 4796A возрастом 8 миллионов лет, расположенную в 220 световых годах от Земли. Для обнаружения использовалась камера ближней инфракрасной области и многообъектный спектроскоп космического телескопа Хаббл.[37] Полугодом позже, другая группа учёных показала, что довольно близкая спектральная картина, как от толинов, может получаться от мелких пористых частичек из обычных разновидностей космической пыли (аморфные силикаты, аморфное железо и водный лёд), указывая тем самым на то, что наличие сложных органических соединений в диске HR 4796A не является обязательным[38].
Толины.
.jpg){kind=link}
