Phát hiện hợp chất hữu cơ vinyl cyanide trên vệ tinh Titan của Sao Thổ
Một hợp chất hữu cơ được dùng để sản xuất nhựa ở Trái Đất vừa được tìm thấy trong bầu khí quyển của Titan, vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ.
Các polyme của hợp chất vinyl cyanide có rất nhiều ứng dụng trên Trái Đất trong việc sản xuất đồ nhựa và hàng may mặc, nay được phát hiện trên vệ tinh Titan của Sao Thổ. Chúng có thể hình thành những cấu trúc tương tự như màng tế bào của chúng ta, dù sẽ rất khó xảy ra.
Những nghiên cứu trước đây về thượng tầng khí quyển của Titan đã ghi nhận được nhiều dấu hiệu về sự hiện diện của C2H3CN (acrylonitrile hay vinyl cyanide), và giờ đây các nhà khoa học ở NASA cũng đã xác nhận điều này bằng việc tổng hợp dữ liệu từ Chuỗi Kính viễn vọng vô tuyến Atacama lớn Tần số cực kỳ cao (Atacama Large Millimeter Array - ALMA) ở Chile.
Được tổng hợp trên Trái Đất bằng cách chuyển đổi hydrocarbon methyl ethylene (hoặc propene), các phân tử này sẽ liên kết lại với nhau để tạo ra các polyme hoặc trộn lẫn với các hợp chất khác để tạo ra sợi dùng trong quần áo, vải lều, buồm hoặc dù, áo mưa, …
Từ lâu các nhà thiên văn đã dự đoán được về điều này qua việc tìm thấy sự pha trộn hydrocarbon trong bầu khí quyển đầy ngập những đám mây xianua trên Titan. Và giờ đây chúng ta biết điều này là có thật.
“Chúng tôi tìm thấy bằng chứng thuyết phục rằng acrylonitrile có mặt trong bầu khí quyển của Titan và hợp chất thô này sẽ nhanh chóng lắng xuống bề mặt,” trưởng nghiên cứu Maureen Palmer ở Trung tâm Không gian Goddard của NASA cho biết.
Vệ tinh Titan là một niềm cảm hứng lớn với những nhà văn viễn tưởng hay những người có niềm đam mê lớn với sự sống ngoài Trái Đất. Những kết quả quan sát gần đây từ tàu thăm dò Cassini và các đài quan sát trên Trái Đất đã phát hiện được vệ tinh này có lớp nito dày và thời tiết có tính tuần hoàn dựa vào sự bốc hơi và tổng hợp hydrocarbon lỏng.
Titan là một nơi khá lạnh lẽo, nhiệt độ trung bình bề mặt vào khoảng -179°C, không có nhiều oxy, nhưng điều đó không làm ngừng các suy đoán về khả năng tồn tại những hợp chất hóa học phức tạp đem lại khả năng hình thành và phát triển sự sống nơi đây.
Một trong những điều thú vị khiến người ta suy đoán về khả năng này, là sự phân chia sinh hóa của các hợp chất, khiến tạo nên những màng bọc chất béo mà ta gọi là màng tế bào ở sinh vật. Các phân tử chất béo hay phospholipid, tạo thành một lớp kép chứa những thành phần khác bên trong nó, giúp bảo vệ các tế bào sinh học khỏi sự tấn công từ môi trường bên ngoài.
“Việc hình thành nên một màng bọc bên ngoài để bảo vệ vật chất bên trong khỏi sự ảnh hưởng của bên ngoài là rất quan trọng, bởi nó tạo nên một môi trường thích hợp để các hợp chất bên trong có cơ hội tương tác và phản ứng với nhau,” nhà nghiên cứu Michael Mumma, giám đốc Trung tâm Thiên văn sinh học Goddard, cho biết.
Điều kiện thực tế trên Titan không cho phép các chất tạo nên màng bọc này, nhưng sinh viên Đại học Cornell vài năm trước đã nghiên cứu và đề xuất khả năng một màng bọc tương tự cũng có thể được tạo ra từ các hợp chất có nguồn gốc từ nito như vinyl cyanide.
Vẫn còn quá sớm để kết luận được điều gì, nhưng việc xác nhận sự tồn tại của các phân tử C2H3CN trong tầng bình lưu của khí quyển Titan với nồng độ 2,8 phần một tỷ vẫn đem lại sự hứng thú về khả năng cao sẽ phát sinh một hợp chất hóa học giống sinh học.
Năm 2014, các nhà nghiên cứu dùng ALMA để quan sát và tìm kiếm sự phát xạ ánh sáng từ bầu khí quyển của Titan để xem xét những hóa chất có bên trong nó. Sự phong phú hợp chất hóa học có thể khiến chúng ngưng tụ ở bề mặt, bốc hơi lên rồi tạo nên những cơn mưa, và được tích trữ ở những hồ nước trên bề mặt vệ tinh này.
Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ tiến hành thử nghiệm tạo ra các azotosome nhựa vinyl xyanua trong phòng thí nghiệm và tìm hiểu cách thức chúng hoạt động trong điều kiện mô phỏng giống của Titan.
Dù không tìm ra những hợp chất rõ ràng ở đáy hồ Ligeia Mare(một hồ chất lỏng ở bán cầu bắc Titan, là hồ chất lỏng lớn thứ hai, sau Kraken Mare), nhưng việc tìm thấy những chất hóa học lơ lửng trong bầu khí quyển của vệ tinh này thật sự cũng rất thú vị.
Các polyme của hợp chất vinyl cyanide có rất nhiều ứng dụng trên Trái Đất trong việc sản xuất đồ nhựa và hàng may mặc, nay được phát hiện trên vệ tinh Titan của Sao Thổ. Chúng có thể hình thành những cấu trúc tương tự như màng tế bào của chúng ta, dù sẽ rất khó xảy ra.
 |
| Vệ tinh Titan của Sao Thổ được chụp bởi tàu thăm dò Cassini vào tháng 11 năm 2015. Hình ảnh: NASA. |
Những nghiên cứu trước đây về thượng tầng khí quyển của Titan đã ghi nhận được nhiều dấu hiệu về sự hiện diện của C2H3CN (acrylonitrile hay vinyl cyanide), và giờ đây các nhà khoa học ở NASA cũng đã xác nhận điều này bằng việc tổng hợp dữ liệu từ Chuỗi Kính viễn vọng vô tuyến Atacama lớn Tần số cực kỳ cao (Atacama Large Millimeter Array - ALMA) ở Chile.
Được tổng hợp trên Trái Đất bằng cách chuyển đổi hydrocarbon methyl ethylene (hoặc propene), các phân tử này sẽ liên kết lại với nhau để tạo ra các polyme hoặc trộn lẫn với các hợp chất khác để tạo ra sợi dùng trong quần áo, vải lều, buồm hoặc dù, áo mưa, …
Từ lâu các nhà thiên văn đã dự đoán được về điều này qua việc tìm thấy sự pha trộn hydrocarbon trong bầu khí quyển đầy ngập những đám mây xianua trên Titan. Và giờ đây chúng ta biết điều này là có thật.
“Chúng tôi tìm thấy bằng chứng thuyết phục rằng acrylonitrile có mặt trong bầu khí quyển của Titan và hợp chất thô này sẽ nhanh chóng lắng xuống bề mặt,” trưởng nghiên cứu Maureen Palmer ở Trung tâm Không gian Goddard của NASA cho biết.
Vệ tinh Titan là một niềm cảm hứng lớn với những nhà văn viễn tưởng hay những người có niềm đam mê lớn với sự sống ngoài Trái Đất. Những kết quả quan sát gần đây từ tàu thăm dò Cassini và các đài quan sát trên Trái Đất đã phát hiện được vệ tinh này có lớp nito dày và thời tiết có tính tuần hoàn dựa vào sự bốc hơi và tổng hợp hydrocarbon lỏng.
Titan là một nơi khá lạnh lẽo, nhiệt độ trung bình bề mặt vào khoảng -179°C, không có nhiều oxy, nhưng điều đó không làm ngừng các suy đoán về khả năng tồn tại những hợp chất hóa học phức tạp đem lại khả năng hình thành và phát triển sự sống nơi đây.
Một trong những điều thú vị khiến người ta suy đoán về khả năng này, là sự phân chia sinh hóa của các hợp chất, khiến tạo nên những màng bọc chất béo mà ta gọi là màng tế bào ở sinh vật. Các phân tử chất béo hay phospholipid, tạo thành một lớp kép chứa những thành phần khác bên trong nó, giúp bảo vệ các tế bào sinh học khỏi sự tấn công từ môi trường bên ngoài.
 |
| Đồ họa: James Stevenson, Jonathan Lunine, Paulette Clancy/Science Advances 2015. |
“Việc hình thành nên một màng bọc bên ngoài để bảo vệ vật chất bên trong khỏi sự ảnh hưởng của bên ngoài là rất quan trọng, bởi nó tạo nên một môi trường thích hợp để các hợp chất bên trong có cơ hội tương tác và phản ứng với nhau,” nhà nghiên cứu Michael Mumma, giám đốc Trung tâm Thiên văn sinh học Goddard, cho biết.
Điều kiện thực tế trên Titan không cho phép các chất tạo nên màng bọc này, nhưng sinh viên Đại học Cornell vài năm trước đã nghiên cứu và đề xuất khả năng một màng bọc tương tự cũng có thể được tạo ra từ các hợp chất có nguồn gốc từ nito như vinyl cyanide.
Vẫn còn quá sớm để kết luận được điều gì, nhưng việc xác nhận sự tồn tại của các phân tử C2H3CN trong tầng bình lưu của khí quyển Titan với nồng độ 2,8 phần một tỷ vẫn đem lại sự hứng thú về khả năng cao sẽ phát sinh một hợp chất hóa học giống sinh học.
Năm 2014, các nhà nghiên cứu dùng ALMA để quan sát và tìm kiếm sự phát xạ ánh sáng từ bầu khí quyển của Titan để xem xét những hóa chất có bên trong nó. Sự phong phú hợp chất hóa học có thể khiến chúng ngưng tụ ở bề mặt, bốc hơi lên rồi tạo nên những cơn mưa, và được tích trữ ở những hồ nước trên bề mặt vệ tinh này.
Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu sẽ tiến hành thử nghiệm tạo ra các azotosome nhựa vinyl xyanua trong phòng thí nghiệm và tìm hiểu cách thức chúng hoạt động trong điều kiện mô phỏng giống của Titan.
Dù không tìm ra những hợp chất rõ ràng ở đáy hồ Ligeia Mare(một hồ chất lỏng ở bán cầu bắc Titan, là hồ chất lỏng lớn thứ hai, sau Kraken Mare), nhưng việc tìm thấy những chất hóa học lơ lửng trong bầu khí quyển của vệ tinh này thật sự cũng rất thú vị.
Khánh Duy theo Science Alert
