土星的卫星是更好地了解甲烷分子的试验场

泰坦是太阳系中第二大卫星，也是唯一一颗拥有浓密大气层的卫星。在富含氮气和甲烷的大气层顶部，太阳辐射产生了多种多样的有机分子，其中一些我们在地球上也发现了作为生命基本单位细胞的组成部分。

由天体物理与空间科学研究所拉斐尔·席尔瓦、里斯本大学理学院硕士(CiñciasULisboa)领导的国际研究小组分析了土卫六大气层反射的阳光，并首次识别出近百个特征甲烷分子(CH4)刻在电磁波谱的可见光波段，这些痕迹对于在其他大气中找到它至关重要。

此外，研究小组还发现了三碳分子(C3)存在的可能证据，这种分子可能参与生成泰坦复杂分子的化学反应链——如果得到证实，这将是首次检测到三碳分子在一个行星体上。

拉斐尔·席尔瓦说：“土卫六的大气层就像一个行星大小的化学反应堆，产生许多复杂的碳基分子。”他补充道，“在我们所知道的太阳系中的所有大气层中，土卫六的大气层与地球上的大气层最相似。”我们认为存在于早期地球上。”

甲烷在地球上是一种气体，提供有关地质过程和潜在生物过程的信息。它是一种在地球或土卫六大气层中无法存活很长时间的分子，因为它会被太阳辐射迅速且不可逆转地破坏。因此，土卫六上的甲烷必须通过地质过程来补充，例如地下气体的释放。

这项工作带来了有关甲烷本身化学性质的新信息。在可见光波长(橙色、黄色和绿色区域)中发现了97条新的光谱吸收线，这些谱线以前与甲烷的吸收有关，但从未单独确定过。第一次，每条线的波长和强度都是已知的。

“即使在高分辨率光谱中，甲烷吸收线对于我们在地球实验室中可以拥有的气体量来说也不够强。但在土卫六上，我们拥有整个大气层，光穿过大气层的路径可以是数百公里长。这使得在地球实验室中信号微弱的不同波段和线路在土卫六上非常明显，”拉斐尔·席尔瓦说。

了解并编录甲烷分子的所有特征也将有助于识别新分子，特别是在化学成分如此复杂的大气中，由于分子特征的密度，即使使用高分辨率仪器，分析光谱也具有挑战性。

这就是研究小组如何在海拔600公里的高层中发现可能存在三碳分子(C3)的迹象的。在太阳系中，这种呈蓝色发射的分子迄今为止只在彗星核周围的物质中被发现。

研究小组在土卫六上与三碳相关的吸收线很少且强度较低，尽管这种类型的分子非常特有，因此未来将进行新的观察以尝试证实这种检测。

拉斐尔·席尔瓦说：“我们对参与土卫六大气层化学复杂性的不同分子了解得越多，我们就越能了解可能导致地球生命起源或与之相关的化学演化类型。”，并补充道，“一些有助于地球生命起源的有机物质被认为是在其大气中产生的，其过程与我们在土卫六上观察到的过程相对相似。”

目前，土星的这颗卫星是太阳系中一个独特的世界，是为未来观测太阳系外行星(即所谓的系外行星)大气层做准备的试验场。其中，可能存在像泰坦这样的小而冷的天体。

这篇现已发表的文章的第二作者佩德罗·马查多(PedroMachado)评论道：“在此类具有挑战性的分析中获得的经验可能有利于詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外观测，或欧洲航天局(ESA)未来的Ariel太空任务。”

这项工作使用的数据来自2018年6月使用安装在智利ESO甚大望远镜(VLT)上的UVES高分辨率可见光和紫外光谱仪进行的观测。还使用了2005年用同一仪器收集的存档数据。

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