En studie som utförs av Nasa tillsammans med forskare på Chalmers visar att polära och opolära ämnen blandas i de låga temperaturer som råder på Saturnus måne Titan. 

I atmosfären på Saturnus måne Titan bildas – bland andra ämnen – vätecyanid. I ett försök att ta reda på vad som händer med vätecyaniden efter detta genomförde den amerikanska myndigheten Nasas Jet Propulsion Laboratory (JPL) en rad experiment vid så låga temperaturer som 90 Kelvin (cirka -180 grader Celsius), där de blandade vätecyanid –  ett polärt ämne – med de opolära molekylerna metan och etan. Resultaten studerades med laserspektroskopi och Nasa valde att kontakta Martin Rahms forskargrupp på Chalmers, som har forskat mycket på vätecyanid, för att analysera de bildade kristallerna.

– Det här ledde till ett spännande teoretiskt och experimentellt samarbete mellan Chalmers och Nasa. Frågan som vi ställde oss var lite galen: Kan mätningarna på Nasa förklaras med hjälp av en kristallstruktur där metan eller etan är blandat med vätecyanid? Det går tvärs emot en grundregel inom kemi, ”lika löser lika”, som innebär att de här polära och opolära ämnena inte bör går att kombinera, säger Martin Rahm, docent på institutionen för kemi och kemiteknik vid Chalmers samt medlem i Svenska kemisamfundet, i ett pressmeddelande.

Med hjälp av en stor mängd beräkningar och datorsimuleringar testade Chalmersforskarna tusentals olika sätt att ordna ämnena, för att söka svar. I analysen upptäckte de att kolvätena hade trängt in i strukturen på vätecyaniden och bildat nya stabila kristallstrukturer – så kallade samkristaller.

– Det här kan ske vid väldigt låga temperaturer, som de som råder på Titan. Våra beräkningar förutspådde inte bara att de oväntade blandningarna är stabila under Titans förhållanden, utan även flera ljusspektra som visade sig sammanfalla väl med Nasas mätningar, säger Martin Rahm.

Titans kalla miljö, och dess tjocka kväve- och metanfyllda atmosfär, liknar till stor del de förhållanden som rådde på Jorden när den var ung.

– Upptäckten av den oväntade interaktionen mellan dessa ämnen kan påverka hur vi förstår månens geologi och märkliga landskap av sjöar, hav och sanddyner. Dessutom är vätecyanid förmodligen en viktig del i det ursprungliga skapandet av flera av livets byggstenar: exempelvis aminosyror, som är grundläggande för uppbyggnaden av proteiner, och kvävebaser som behövs för arvsmassans genetiska kod. Så vårt arbete bidrar även till nya insikter om kemin innan livet uppstod, och hur den kan fortgå i extrema, ogästvänliga miljöer, säger Martin Rahm.

– Jag ser det som ett fint exempel på när gränserna flyttas inom kemin och att en universellt vedertagen regel inte alltid gäller.

År 2034 är planen att Nasas rymdsond Dragonfly ska anlända till Titan för att undersöka månens yta. Innan dess planerar Martin Rahm och hans kollegor att fortsätta utforska vätecyanidskemi, delvis i kontakt med Nasa.

– Vätecyanid finns på många ställen i universum, till exempel i stora stoftmoln, i planeters atmosfärer och i kometer. Kanske kan upptäckterna i vår studie hjälpa oss förstå vad som händer i andra kalla omgivningar i rymden. Och kanske kan vi få svar på om fler opolära molekyler kan komma in i vätecyanidens kristaller, och vad detta i så fall kan ha för betydelse för kemin som föregick livets uppkomst, säger han.

Ta del av den vetenskapliga artiklen, som publicerats i tidskriften PNAS, här: Hydrogen cyanide and hydrocarbons mix on Titan | PNAS