Толины

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Толины
Общие
Хим. формула CxHyNz
Безопасность
NFPA 704
NFPA 704.svg
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.
Предлагаемая формула субструктуры толинов Титана[1]

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 полагают, 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], то есть 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.

Происхождение и нахождение[править | править код]

Мутная дымка оранжеватого цвета в атмосфере Титана, содержащая толины[10]. Фотография в натуральных цветах зонда «Кассини».

«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 пренебрежимо 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.

Коричневатый оттенок некоторых участков атмосферы Юпитера может быть вызван наличием толинов[24]. Фотография в натуральных цветах в видимом свете телескопа «Хаббл».

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 энергию 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.

Образование и свойства[править | править код]

Схема образования толинов в атмосфере Титана на высоте ~1000 км[4].

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].

Обнаружение[править | править код]

Толины были обнаружены в протопланетном диске, окружающем звезду HR 4796 A 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].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  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 (англ.) // Advances in Space Research : рец. науч. журнал. — 1995. — Vol. 15, no. 3. — P. 335—342. — ISSN 0273-1177. — DOI:10.1016/S0273-1177(99)80105-7.. — (PDF).
  2. В. Бедняков, М. Назаренко. О скрытой материи, космическом углероде и условиях возникновения жизни на Земле (рус.) // Знание — сила : науч.-поп. журнал / Под ред. И. Вирко. — М.. — Вып. 2010. — № 04. — ISSN 0130-1640.
  3. 1 2 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 (англ.) // Journal of Physical Chemistry A : рец. науч. журнал. — 2009. — Vol. 113, no. 42. — P. 11161—11166. — ISSN 1089-5639. — DOI:10.1021/jp902824v. — arXiv:0906.3675v1..
  4. 1 2 3 J. H. Waite Jr., D. T. Young, T. E. Cravens et al. The Process of Tholin Formation in Titan's Upper Atmosphere (англ.) // Science : рец. науч. журнал. — 2007. — Vol. 316, no. 5826. — P. 870—875. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.1139727.. — (PDF).
  5. Bill Steele. From attograms to Daltons: Cornell NEMS device detects the mass of a single DNA molecule (англ.). Корнеллский университет (18 May 2005). Проверено 13 мая 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  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. — 779 с. — ISBN 5-9231-0254-4.  (рус.)  (Проверено 13 мая 2012)
  7. АМИНОКИСЛОТЫ. ПЕПТИДЫ. БЕЛКИ (рус.). school-sector.relarn.ru. Проверено 13 мая 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  8. Neish, C. The Formation of Oxygen-Containing Molecules in Liquid Water Environments on the Surface of Titan (Invited) (англ.). The SAO/NASA Astrophysics Data System. Проверено 23 мая 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  9. Carl Sagan & B. N. Khare. Tholins: organic chemistry of interstellar grains and gas (англ.) // Nature : рец. науч. журнал. — 1979. — Vol. 277, no. 5692. — P. 102—107. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/277102a0..
  10. 1 2 3 Dissecting the dirt on Titan (англ.). ЕКА (1 June 2007). — Вскрытие грязи Титана. (Перевод статьи (рус.) на сайте "Freescience - исследование Солнечной системы"). Проверено 27 февраля 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  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) (англ.) // Astronomy and Astrophysics Letters : рец. науч. журнал. — 2004. — Vol. 415, no. 2. — P. L21—L25. — ISSN 0004-6361. — DOI:10.1051/0004-6361:20040005..
  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 (англ.) // Journal of Geophysical Research : рец. науч. журнал. — 1987. — Vol. 92, no. A13. — P. 14933—14947. — ISSN 0148-0227. — DOI:10.1029/JA092iA13p14933. — Bibcode1987JGR....9214933T. — PMID 11542127.
  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 (англ.) // The Astronomical Journal : рец. науч. журнал. — 2002. — Vol. 124, no. 4. — P. 2273—2278. — ISSN 0004-6256. — DOI:10.1086/342933. — Bibcode2002AJ....124.2273G.
  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.
  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 (англ.) // Science : рец. науч. журнал. — 1986. — Vol. 223, no. 4759. — P. 43—64. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.233.4759.43. — Bibcode1986Sci...233...43S. — PMID 17812889.
  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 (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — 2005. — Vol. 627, no. 2. — P. 1057—1065. — ISSN 0004-637X. — DOI:10.1086/430337. — Bibcode2005ApJ...627.1057T. — arXiv:astro-ph/0504280v1..
  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 (англ.) // Astronomy and Astrophysics : рец. науч. журнал. — 2007. — Vol. 466, no. 1. — P. 395—398. — ISSN 0004-6361. — DOI:10.1051/0004-6361:20067021. — Bibcode2007A&A...466..395E.
  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? (англ.) // Astronomy and Astrophysics : рец. науч. журнал. — 2005. — Vol. 439, no. 2. — P. L1—L4. — ISSN 0004-6361. — DOI:10.1051/0004-6361:200500144. — Bibcode2005A&A...439L...1B.
  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 (англ.) // Astronomy and Astrophysics : рец. науч. журнал. — 2005. — Vol. 437, no. 3. — P. 1115—1120. — ISSN 0004-6361. — DOI:10.1051/0004-6361:20042533. — Bibcode2005A&A...437.1115D.
  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 (англ.) // The Astronomical Journal : рец. науч. журнал. — 2007. — Vol. 133, no. 1. — P. 284—289. — ISSN 0004-6256. — DOI:10.1086/509734. — Bibcode2007AJ....133..284B.
  21. J. Licandro, E. Oliva and M. Di Martino. NICS-TNG infrared spectroscopy of trans-neptunian objects 2000 EB173 and 2000 WR106 (англ.) // Astronomy and Astrophysics : рец. науч. журнал. — 2001. — Vol. 373, no. 3. — P. L29—L32. — ISSN 0004-6361. — DOI:10.1051/0004-6361:20010758. — Bibcode2001A&A...373L..29L.
  22. F. Pouleta, J.N. Cuzzib. The Composition of Saturn's Rings (англ.) // Icarus : рец. науч. журнал. — 2002. — Vol. 160, no. 2. — P. 350—358. — ISSN 0019-1035. — DOI:10.1006/icar.2002.6967. — Bibcode2002Icar..160..350P.
  23. Nicholson, P.D. and 16 co-authors. A close look at Saturn's rings with Cassini VIMS (англ.) // Icarus : рец. науч. журнал. — 2008. — Vol. 193, no. 1. — P. 182—212. — ISSN 0019-1035. — DOI:10.1016/j.icarus.2007.08.036. — Bibcode2008Icar..193..182N.
  24. 1 2 3 Sagan, C. et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the atmospheres of Titan and Jupiter (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — 1993. — Vol. 414, no. 1. — P. 399—405. — ISSN 0004-637X. — DOI:10.1086/173086. — Bibcode1993ApJ...414..399S..
  25. B.N. Khare, Carl Sagan. Organicsolidsproduced by electricaldischarge in reducingatmospheres: Tholin molecular analysis (англ.) // Icarus : рец. науч. 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.[…]» Перевод: «[…]Тем не менее, тепловая и радиационная деградация материала, вероятно, поспособствует применению спектрального анализа в отношении некоторых молекул представленных в Таблицах I и II, как в атмосферах Юпитера и Сатурна так и в межзвездной среде.[…]»)
  26. T. B. McCord et al. Organics and Other Molecules in the Surfaces of Callisto and Ganymede (англ.) // Science : рец. науч. журнал. — 1997. — Vol. 278, no. 5336. — P. 271—275. — ISSN 0036-8075. — DOI:10.1126/science.278.5336.271.. — (PDF).
  27. Абиогенетические концепции происхождения жизни: введение (рус.). БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА. Проверено 13 мая 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  28. МОЛНИЯ (рус.). Энциклопедия Кольера. Проверено 13 мая 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  29. ЮПИТЕР МЕЧЕТ МОЛНИИ: И ГРЕЕТ САМ СЕБЯ (рус.). Популярная механика (15 октября 2007). Проверено 13 мая 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  30. David Darling. tholin (англ.). The Encyclopedia of Science (by Дэвид Дарлинг). — Толины в энциклопедии Дэвида Дарлинга The Encyclopedia of Science. Проверено 14 февраля 2012. Архивировано 28 февраля 2012 года.
  31. Megan McGuigan.; Sacks, Richard D. Comprehensive Two Dimensional Gas Chromatography Study of Tholin Samples Using Pyrolysis Inlet and TOF-MS Detection (англ.). Мичиганский университет. — Всесторонние двумерные газово-хромотографические исследования образцов толинов. Проверено 14 февраля 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  32. Steve Down. Mooning over Titan's atmosphere (англ.). Mass Spectrometry - Base Peak - The web's leading Mass Spectrometry Resource (15 October 2006). — Прогуливаясь по атмосфере Титана. Проверено 14 февраля 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  33. Dougherty, Michele; Esposito, Larry. Saturn from Cassini-Huygens / Под ред. Krimigis, Stamatios. — 2009. — С. 499. — 805 с. — ISBN 978-1-4020-9216-9.
  34. Stoker, C. R.; Boston, P. J.; Mancinelli, R. L.; Segal, W.; Khare, B. N.; Sagan, C. Microbial metabolism of tholin (англ.) // Icarus : рец. науч. журнал. — 1990. — Vol. 85, no. 1. — P. 241—256. — ISSN 0019-1035. — DOI:10.1016/0019-1035(90)90114-O. — Bibcode1990Icar...85..241S..
  35. Леонид Попов. NASA на Сатурне. Часть шестая: главные итоги и будущая сенсация (рус.). Membrana (25 июля 2005). — По результатам работы Кристофера Маккея (англ.) и Хезер Смит. Проверено 27 февраля 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  36. Жизнь на Титане: еще не все потеряно (рус.). Элементы.ру (25 июля 2005). — По материалам New Scientist SPACE. Проверено 27 февраля 2012. Архивировано 12 сентября 2012 года.
  37. John H. Debes, Alycia J. Weinberger, Glenn Schneider. Complex Organic Materials in the Circumstellar Disk of HR 4796A (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — 2008. — Vol. 673, no. 2. — P. 1191—1194. — ISSN 0004-637X. — DOI:10.1086/527546. — arXiv:0712.3283..
  38. M. Köhler, I. Mann and Aigen Li. Complex Organic Materials in the HR 4796A Disk? (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — 2008. — Vol. 686, no. 2. — P. L95—L98. — ISSN 0004-637X. — DOI:10.1086/592961. — arXiv:0808.4113v1..

Ссылки[править | править код]