科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

瑞典查爾默斯理工大學(xué)與美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)土星最大衛(wèi)星“泰坦”的分析，取得了一項(xiàng)出人意料的發(fā)現(xiàn)。研究表明，在極低溫環(huán)境下，通常無(wú)法相容的物質(zhì)竟能混合，這一現(xiàn)象為生命起源之前的化學(xué)過(guò)程提供了新視角，同時(shí)挑戰(zhàn)了化學(xué)中長(zhǎng)期被接受的基本規(guī)則，并加深了人們對(duì)太陽(yáng)系行星及衛(wèi)星的理解。論文發(fā)表在最新一期《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家對(duì)泰坦星抱有濃厚興趣，因?yàn)樗翘?yáng)系除地球外唯一已知擁有地表液體的星球，也擁有類(lèi)似地球的天氣系統(tǒng)，包括風(fēng)、云和甲烷雨，其寒冷的環(huán)境與數(shù)十億年前年輕的地球存在諸多相似之處。因此，研究這顆衛(wèi)星有助于人們理解生命誕生前的關(guān)鍵化學(xué)步驟。

新發(fā)現(xiàn)表明，甲烷、乙烷和氰化氫，這些在泰坦大氣和表面大量存在的物質(zhì)，能夠以過(guò)去認(rèn)為不可能的方式相互作用。其中，氰化氫是一種極性分子，而甲烷和乙烷則是典型的非極性物質(zhì)。按照傳統(tǒng)化學(xué)規(guī)則，它們?nèi)缤秃退话汶y以混合。然而，在泰坦極寒的條件下，這些物質(zhì)竟能共同形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。

這一突破性發(fā)現(xiàn)源于一個(gè)未解之謎：在泰坦大氣中生成的氰化氫最終去了哪里？NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在接近90開(kāi)爾文（約-180攝氏度）的極低溫下，將固態(tài)的氰化氫與液態(tài)的甲烷和乙烷混合，并利用激光光譜技術(shù)進(jìn)行分析。他們發(fā)現(xiàn)光譜信號(hào)顯示出異常變化。

瑞士團(tuán)隊(duì)就此提出了一個(gè)看似違背化學(xué)常識(shí)的假設(shè)：甲烷或乙烷是否可能與氰化氫形成混合晶體？這直接挑戰(zhàn)了“相似相溶”的化學(xué)原則。但最終結(jié)果表明，在泰坦的低溫條件下，碳?xì)浠衔锎_實(shí)能滲透進(jìn)氰化氫的晶格結(jié)構(gòu)中，形成一種被稱為共晶的新物質(zhì)，計(jì)算模擬出的光譜特征也與NASA的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。

這一發(fā)現(xiàn)具有深遠(yuǎn)意義。氰化氫在多種生命前體分子的非生物合成中可能扮演關(guān)鍵角色，例如構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸和構(gòu)成遺傳密碼的核堿基。同時(shí)，該成果也表明化學(xué)的邊界正在被重新定義。

總編輯圈點(diǎn)

在常溫條件下，很多物質(zhì)就像水和油一樣涇渭分明、難以相容。但在極低溫度下，這種情況會(huì)發(fā)生神奇扭轉(zhuǎn)。泰坦星的極低溫環(huán)境，就為科學(xué)家觀察這種現(xiàn)象提供了天然的“宇宙實(shí)驗(yàn)室”。在這顆星球上，原本不相容的氰化氫、甲烷和乙烷，竟然有可能形成混合晶體?？梢岳斫鉃?，在極低溫環(huán)境下，這些分子、原子的運(yùn)動(dòng)都變得異常緩慢，它們沒(méi)有力氣再相互“推搡”，只好暫時(shí)“和解”。這種奇妙現(xiàn)象拓展了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)形態(tài)的認(rèn)知，也為材料科學(xué)打開(kāi)了一扇新的大門(mén)。