Відкрити головне меню
Запропонована формула субструктури толінів Титана[1].

Толіни (від дав.-гр. θολός — мутний, неясний) — органічні речовини, лінії поглинання яких виявлені у спектрах багатьох крижаних тіл зовнішньої Сонячної системи. Вважається, що вони є сумішшю різних органічних кополімерів, утворених в атмосфері з простих органічних сполук, таких як метан і етан, під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця. Вважається, що толіни є хімічними попередниками життя[2]. Толіни не утворюються природним способом на Землі на її сучасному етапі розвитку. Зазвичай мають червонувато-коричневий чи коричневувато-оранжевий[3] відтінок. Маса молекул толінів в атмосфері Титана досягає 8000 а. о. м.[4], для порівняння маса молекул ДНК від близько 995 000 а. о. м. (у 124 рази більше)[5] до 109 а. о. м.[6], а пептидів до ~10 000 а. о. м.[7], однак, на відміну від них, толіни є простішими, оскільки не формуються за наявності кисню[4], тобто не містять цього елемента, маючи загальну формулу CxHyNz[8].

Термін «толін» введений астрономом Карлом Саганом, для опису речовини, отриманої ним в експериментах Міллера — Юрі з газовими сумішами, які наявні в атмосфері Титана[9]. Цей термін не є точно узгодженим, але в цілому часто вживається для опису червонуватих органічних компонентів на планетарній поверхні.

Походження та розташуванняРедагувати

 
Мутний серпанок оранжевуватого кольору в атмосфері Титана, що містить толіни[10]. Фотографія в натуральних кольорах зонда «Кассіні».

«Титанові толіни» та «тритонові толіни» є органічною речовиною з високим вмістом азоту, що утворилася в результаті опромінення газової суміші азоту і метану, оскільки переважна частина атмосферного складу в обидвох випадках припадає саме на азот, з невеликою домішкою метану і дуже малою часткою слідів інших газів. Цей атмосферний тип толінів відрізняється від «крижаних толінів», які утворюються при опроміненні клатратів води і органічних сполук, таких як метан або етан. Плутино Іксіон має значною мірою такий склад[11].

Поверхні комет[12], кентаврів і деяких крижаних супутників зовнішньої Сонячної системи, таких як Тритон[13][14] чи Умбріель[15], містять поклади різновидів як атмосферного типу толінів («титанових» і «тритонових»), так і крижаних толінів. Деякі транснептунові об'єкти, такі як Седна[16][17][18], деякі об'єкти з поясу Койпера, такі як Орк[19] або Макемаке[20], і деякі плутино, як 38628 Гуйя[21], містять толіни. У кільцях Сатурна є сліди домішок толінів у водяному льоді[22][23].

Мутність та оранжево-червоний колір поверхні кентаврів ймовірно викликані наявністю толінів.

 
Коричневуватий відтінок деяких ділянок атмосфери Юпітера може бути викликаний наявністю толінів[24]. Фотографія в натуральних кольорах у видимому світлі телескопа «Габбл».

В результаті експерименту, виконаного Карлом Саганом, який (доволі тривіально) симулював нижні шари атмосфери Юпітера, в ній передбачається наявність толінів[24]. Раніше висловлювалися припущення про наявність толінів як у атмосфері Юпітера, так і Сатурна[25]. На галілеєвих супутниках Ганімеді та Каллісто передбачається наявність деякої кількості толінів на поверхні за результатами місії космічного апарату «Галілео»[26].

Деякі дослідники припускають, що на розвиток життя на Землі на ранній стадії, можливо, вплинули комети з високим вмістом толінів, які занесли сировинний матеріал, необхідний для розвитку життя (див. також Експеримент Міллера — Юрі). Слід відмітити, що в експерименті застосовувалася напруга до 60 кВ[27], в той час як напруга блискавок в атмосфері Землі може досягати 1 ГВ[28], а енергія блискавок на Юпітері може перевищувати енергію найпотужніших земних у 10 разів[29]. На сучасному етапі розвитку, починаючи з кисневої революції близько 2,4 млрд років тому, толіни не існують через окиснювальні властивості вільного кисню, що є компонентом земної атмосфери.

Утворення та властивостіРедагувати

 
Схема утворення толінів в атмосфері Титана на висоті ~1000 км[4].

Теоретична модель пояснює формування толінів дисоціацією та іонізацією молекулярного азоту і метану енергетичними частинками і сонячним випромінюванням, формуванням етилену, етану, ацетилену, ціанистого водню та інших маленьких простих молекул і маленьких позитивно заряджених іонів, подальшим формуванням бензолу та інших органічних молекул, їх полімеризацією та формуванням аерозолю важчих молекул, які згущуються і виносяться на планетарну поверхню[30].

Толіни, що сформувалися при низькому тиску, часто містять атоми азоту у внутрішній частині молекули, в той час як для толінів, які сформувалися при високому тиску, ймовірнішим є розташування атомів азоту на кінцях молекули[31]. Групою французьких вчених було отримано близько 200 різновидів толінів у спеціальних реакторах, що симулюють атмосферу Титана. Поки що не до кінця зрозуміло, по якому шляху речовини будуються. Результат аналізу коефіцієнта ізотопів вуглецю виявився несподіваним. Толіни, отримані в лабораторних умовах, не були збагачені легкими ізотопами, незважаючи на складність самих молекул. Хоча відомо, що легші ізотопи хімічних елементів легше вступають в реакції та швидше будують молекули[10].

Толіни можуть бути ефективним екраном від ультрафіолетового випромінювання, захищаючи поверхню планети, а також, ймовірно, можуть навіть формувати амінокислоти на поверхні планети[32]. В одному з експериментів проба тілинів опромінювалася м'яким рентгенівським випромінюванням, після чого у пробі було виявлено аденін, який є складовим елементом ДНК[3]. Для інфрачервоного випромінювання толіни практично прозорі[10].

У (доволі тривіально) просимульованому середовищі толінів Юпітера, отриманих в експерименті Карлом Саганом, був виявлений 4-кільцевий хризен, a переважаючими для цієї суміші є поліциклічні ароматичні вуглеводні[en] з 4 і більше бензольними кільцями, рідше з меншою кількістю кілець[24]. Поліциклічні ароматичні вуглеводні в свою чергу є набагато простішими сполуками, ніж толіни[33].

Багато ґрунтових бактерій можуть використовувати толіни як єдине джерело вуглецю. Ймовірно, толіни були первинною мікробною їжею для гетеротрофних мікроорганізмів перед появою автотрофів[34]. Існують теоретичні розрахунки, виходячи з яких мікроби які, можливо існують на Титані, харчуються толінами, що падають на них на них з неба[35][36].

ВиявленняРедагувати

Толіни були виявлені в протопланетному диску, що оточує зорю HR 4796[en] A віком 8 млн років, розташовану на відстані 220 світлових років від Землі. Для виявлення використовувалась камера[en] ближньої інфрачервоної області та спектроскоп космічного телескопа Габбл[37]. Через півроку, інша група вчених показала, що доволі близька спектральна картина, як від толінів, може бути отримана від дрібних пористих частинок зі звичайних різновидів космічного пилу (аморфні силікати, аморфне залізо і водяний лід), вказуючи тим самим на те, що наявність складних органічних сполук у диску HR 4796A не є обов'язковою[38].

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. P. Ehrenfreund, J.J. Boon, J. Commandeur, C. Sagan et al. Analytical pyrolysis experiments of Titan aerosol analogues in preparation for the Cassini Huygens mission // Advances in Space Research : рец. наук. журнал. — 1995. — Vol. 15, no. 3. — P. 335—342. — ISSN 0273-1177. — DOI:10.1016/S0273-1177(99)80105-7.. — (PDF). (англ.)
  2. В. Бедняков, М. Назаренко. О скрытой материи, космическом углероде и условиях возникновения жизни на Земле / Под ред. И. Вирко // Знание — сила : наук.-поп. журнал. — М., 2010. — № 04. — ISSN 0130-1640. (рос.)
  3. а б Sergio Pilling, Diana P. P. Andrade, Álvaro C. Neto, Roberto Rittner and Arnaldo Naves de Brito. DNA Nucleobase Synthesis at Titan Atmosphere Analog by Soft X-rays // Journal of Physical Chemistry A : рец. наук. журнал. — 2009. — Vol. 113, no. 42. — P. 11161—11166. — ISSN 1089-5639. — arXiv:0906.3675v1. — DOI:10.1021/jp902824v.. (англ.)
  4. а б в J. H. Waite Jr., D. T. Young, T. E. Cravens et al. The Process of Tholin Formation in Titan's Upper Atmosphere // Science : рец. наук. журнал. — 2007. — Vol. 316, no. 5826. — P. 870—875. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.1139727.. — (PDF). (англ.)
  5. Bill Steele. (2005-05-18). From attograms to Daltons: Cornell NEMS device detects the mass of a single DNA molecule (en). Корнелльський університет. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-05-13.  (англ.)
  6. Алейникова Т. Л., Авдеева Л. В., Андрианова Л. Е. и др. I. Структурная организация нуклеиновых кислот // Биохимия: Учеб. для вузов / Под ред. Е. С. Северина. — 1-е изд. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2003. — С. 141. — ISBN 5-9231-0254-4. (рос.) п
  7. АМИНОКИСЛОТЫ. ПЕПТИДЫ. БЕЛКИ (ru). school-sector.relarn.ru. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-05-13.  (рос.)
  8. Neish, C. The Formation of Oxygen-Containing Molecules in Liquid Water Environments on the Surface of Titan (Invited) (en). The SAO/NASA Astrophysics Data System. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-05-23.  (англ.)
  9. Carl Sagan & B. N. Khare. Tholins: organic chemistry of interstellar grains and gas // Nature : рец. наук. журнал. — 1979. — Vol. 277, no. 5692. — P. 102—107. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/277102a0.. (англ.)
  10. а б в Dissecting the dirt on Titan (en). ЄКА. 2007-06-01. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-02-27.  (англ.)
  11. H. Boehnhardt, S. Bagnulo, K. Muinonen, M. A. Barucci, L. Kolokolova, E. Dotto and G. P. Tozzi. Surface characterization of 28978 Ixion (2001 KX76) // Astronomy and Astrophysics Letters : рец. наук. журнал. — 2004. — Vol. 415, no. 2. — P. L21—L25. — ISSN 0004-6361. — DOI:10.1051/0004-6361:20040005.. (англ.)
  12. W. Reid Thompson, B. G. J. P. T. Murray, B. N. Khare, Carl Sagan. Coloration and Darkening of Methane Clathrate and Other Ices by Charged Particle Irradiation: Applications to the Outer Solar System // Journal of Geophysical Research : рец. наук. журнал. — 1987. — Vol. 92, no. A13. — P. 14933—14947. — ISSN 0148-0227. — Bibcode:1987JGR....9214933T. — DOI:10.1029/JA092iA13p14933. — PMID:11542127. (англ.)
  13. W. M. Grundy, Марк В. Буйе и J. R. Spencer. Spectroscopy of Pluto and Triton at 3-4 Microns: Possible Evidence for Wide Distribution of Nonvolatile Solids // The Astronomical Journal : рец. наук. журнал. — 2002. — Vol. 124, no. 4. — P. 2273—2278. — ISSN 0004-6256. — Bibcode:2002AJ....124.2273G. — DOI:10.1086/342933. (англ.)
  14. Lucy Ann Adams McFadden, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson. Encyclopedia of the Solar System. — 2-е изд. — Амстердам, Бостон : Academic Press, 2007. — P. 483—502. — ISBN 978-0-12-088589-3. (англ.)
  15. Smith, B. A.; Soderblom, L. A.; Beebe, A.; Bliss, D.; Boyce, J. M.; Brahic, A.; Briggs, G. A.; Brown, R. H. et al. Voyager 2 in the Uranian System: Imaging Science Results // Science : рец. наук. журнал. — 1986. — Vol. 223, no. 4759. — P. 43—64. — ISSN 0036-8075. — Bibcode:1986Sci...233...43S. — DOI:10.1126/science.233.4759.43. — PMID:17812889. (англ.)
  16. Chadwick A. Trujillo, Michael E. Brown, David L. Rabinowitz and Thomas R. Geballe. Near-Infrared Surface Properties of the Two Intrinsically Brightest Minor Planets: (90377) Sedna and (90482) Orcus // The Astrophysical Journal : рец. наук. журнал. — 2005. — Vol. 627, no. 2. — P. 1057—1065. — ISSN 0004-637X. — arXiv:astro-ph/0504280v1. — Bibcode:2005ApJ...627.1057T. — DOI:10.1086/430337.. (англ.)
  17. J. P. Emery, C. M. Dalle Ore, D. P. Cruikshank, Y. R. Fernández, D. E. Trilling, and J. A. Stansberry. Ices on (90377) Sedna: confirmation and compositional constraints // Astronomy and Astrophysics : рец. наук. журнал. — 2007. — Vol. 466, no. 1. — P. 395—398. — ISSN 0004-6361. — Bibcode:2007A&A...466..395E. — DOI:10.1051/0004-6361:20067021. (англ.)
  18. M. A. Barucci, D. P. Cruikshank, E. Dotto, F. Merlin, F. Poulet, C. Dalle Ore, S. Fornasier and C. de Bergh. Is Sedna another Triton? // Astronomy and Astrophysics : рец. наук. журнал. — 2005. — Vol. 439, no. 2. — P. L1—L4. — ISSN 0004-6361. — Bibcode:2005A&A...439L...1B. — DOI:10.1051/0004-6361:200500144. (англ.)
  19. C. de Bergh, A. Delsanti, G. P. Tozzi, E. Dotto, A. Doressoundiram and M. A. Barucci. The surface of the transneptunian object 90482 Orcus // Astronomy and Astrophysics : рец. наук. журнал. — 2005. — Vol. 437, no. 3. — P. 1115—1120. — ISSN 0004-6361. — Bibcode:2005A&A...437.1115D. — DOI:10.1051/0004-6361:20042533. (англ.)
  20. M. E. Brown, K. M. Barkume, G. A. Blake, E. L. Schaller, D. L. Rabinowitz, H. G. Roe and C. A. Trujillo. Methane and Ethane on the Bright Kuiper Belt Object 2005 FY9 // The Astronomical Journal : рец. наук. журнал. — 2007. — Vol. 133, no. 1. — P. 284—289. — ISSN 0004-6256. — Bibcode:2007AJ....133..284B. — DOI:10.1086/509734. (англ.)
  21. J. Licandro, E. Oliva and M. Di Martino. NICS-TNG infrared spectroscopy of trans-neptunian objects 2000 EB173 and 2000 WR106 // Astronomy and Astrophysics : рец. наук. журнал. — 2001. — Vol. 373, no. 3. — P. L29—L32. — ISSN 0004-6361. — Bibcode:2001A&A...373L..29L. — DOI:10.1051/0004-6361:20010758. (англ.)
  22. F. Pouleta, J.N. Cuzzib. The Composition of Saturn's Rings // Icarus : рец. наук. журнал. — 2002. — Vol. 160, no. 2. — P. 350—358. — ISSN 0019-1035. — Bibcode:2002Icar..160..350P. — DOI:10.1006/icar.2002.6967. (англ.)
  23. Nicholson, P.D. and 16 co-authors. A close look at Saturn's rings with Cassini VIMS // Icarus : рец. наук. журнал. — 2008. — Vol. 193, no. 1. — P. 182—212. — ISSN 0019-1035. — Bibcode:2008Icar..193..182N. — DOI:10.1016/j.icarus.2007.08.036. (англ.)
  24. а б в Sagan, C. et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the atmospheres of Titan and Jupiter // The Astrophysical Journal : рец. наук. журнал. — 1993. — Vol. 414, no. 1. — P. 399—405. — ISSN 0004-637X. — Bibcode:1993ApJ...414..399S. — DOI:10.1086/173086.. (англ.)
  25. B.N. Khare, Carl Sagan. Organicsolidsproduced by electricaldischarge in reducingatmospheres: Tholin molecular analysis // Icarus : рец. наук. журнал. — 1981. — Vol. 48, no. 2. — P. 290—297. — ISSN 0019-1035. — DOI:10.1016/0019-1035(81)90110-X.. (С. 296: Цитата: «[…]However, thermal and radiation degradation of the material is likely to make some of the molecules reported in Tables I and II accessible, both in the atmospheres of Jupiter and Saturn and in the interstellar medium, to appropriate spectral analysis.[…]» Переклад: «[…]Тим не менш, теплова і радіаційна деградація матеріалу, ймовірно, сприятиме застосуванню спектрального аналізу по відношенню до деяких молекул, наведених у Таблицях I і II, як в атмосферах Юпітера та Сатурна, так і в міжзоряному середовищі.[…]»)
  26. T. B. McCord et al. Organics and Other Molecules in the Surfaces of Callisto and Ganymede // Science : рец. наук. журнал. — 1997. — Vol. 278, no. 5336. — P. 271—275. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.278.5336.271.. — (PDF Архівовано 29 квітень 2014 у Wayback Machine.). (англ.)
  27. Абиогенетические концепции происхождения жизни: введение (ru). БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-05-13.  (рос.)
  28. МОЛНИЯ (ru). Энциклопедия Кольера. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-05-13.  (рос.)
  29. ЮПИТЕР МЕЧЕТ МОЛНИИ: И ГРЕЕТ САМ СЕБЯ (ru). Популярная механика. 2007-10-15. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-05-13.  (рос.)
  30. David Darling. tholin (en). The Encyclopedia of Science. Архів оригіналу за 2012-02-28. Процитовано 2012-02-14.  (англ.)
  31. Megan McGuigan.; Sacks, Richard D. Comprehensive Two Dimensional Gas Chromatography Study of Tholin Samples Using Pyrolysis Inlet and TOF-MS Detection (en). Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-02-14.  (англ.)
  32. Steve Down. (2006-10-15). Mooning over Titan's atmosphere (en). Mass Spectrometry - Base Peak - The web's leading Mass Spectrometry Resource. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-02-14.  (англ.)
  33. Dougherty, Michele; Esposito, Larry. Saturn from Cassini-Huygens / Krimigis, Stamatios. — 2009. — С. 499. — ISBN 978-1-4020-9216-9. (англ.)
  34. Stoker, C. R.; Boston, P. J.; Mancinelli, R. L.; Segal, W.; Khare, B. N.; Sagan, C. Microbial metabolism of tholin // Icarus : рец. наук. журнал. — 1990. — Vol. 85, no. 1. — P. 241—256. — ISSN 0019-1035. — Bibcode:1990Icar...85..241S. — DOI:10.1016/0019-1035(90)90114-O.. (англ.)
  35. Леонид Попов. (2005-07-25). NASA на Сатурне. Часть шестая: главные итоги и будущая сенсация (ru). Membrana. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-02-27.  (рос.)
  36. Жизнь на Титане: еще не все потеряно (ru). Элементы.ру. 2005-07-25. Архів оригіналу за 2012-09-12. Процитовано 2012-02-27.  (англ.)
  37. John H. Debes, Alycia J. Weinberger, Glenn Schneider. Complex Organic Materials in the Circumstellar Disk of HR 4796A // The Astrophysical Journal : рец. наук. журнал. — 2008. — Vol. 673, no. 2. — P. 1191—1194. — ISSN 0004-637X. — arXiv:0712.3283. — DOI:10.1086/527546.. (англ.)
  38. M. Köhler, I. Mann and Aigen Li. Complex Organic Materials in the HR 4796A Disk? // The Astrophysical Journal : рец. наук. журнал. — 2008. — Vol. 686, no. 2. — P. L95—L98. — ISSN 0004-637X. — arXiv:0808.4113v1. — DOI:10.1086/592961.. (англ.)

ПосиланняРедагувати