Чем пахнет Титан?
АВТОР: KOSTYANTYN ZOTOV · 26 СЕНТЯБРЯ, 2020
Букет из ароматов приторно-сладкого мускуса, горького миндаля, бензина и разлагающейся рыбы — вот какие запахи витают в воздухе крупнейшего спутника Сатурна.
Титан – самый большой спутник Сатурна. Благодаря своим размерам, Титан может соперничать с Ганимедом за право называться самым большим спутником в Солнечной системе. Но, если «убрать» атмосферу Титана, то Ганимед окажется немного больше. И, тем не менее, Титан настолько интересен сам по себе, что мы можем позволить Ганимеду одержать победу в этом «соревновании».
Да, представьте себе, у Титана есть своя атмосфера! Если разобраться, то Титан вовсе не маленький, и не такой уж и незаметный. Например, атмосфера Титана в 4 раза плотнее земной! И хотя вам не понадобится скафандр, чтобы защититься от атмосферного давления, вам понадобится очень плотная меховая куртка, чтобы согреться. Ведь на поверхности Титана не просто холодно: температура здесь не превышает – 179° C. Для сравнения, самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, на станции “Восток” в Антарктиде в 1983 году, составляла всего -89° C.
Таким образом, человек, передвигаясь по поверхности Титана, вынужден будет прикрывать все тело, чтобы избежать быстрого обморожения. При этом, ему не понадобится сверхмассивный скафандр, как для передвижения на Луне или пребывания в космическом вакууме. Однако, человеку придется нести с собой кислородный баллон, поскольку атмосфера Титана лишена кислорода. Как и на Земле, она состоит в основном из азота, плюс около 5 процентов метана и некоторых других газовых примесей.
Итак, что надеть для путешествия на Титан? Можно представить себе одежду, аналогичную той, которую носят исследователи, работающие в Антарктиде в холодные зимы: с несколькими изолирующими слоями, возможно, с футуристическими нагревательными элементами со стандартом качества NASA; толстыми перчатками; шапкой и балаклавой; и сапогами с паронепроницаемым слоем для экстремально низких температур (которые исследователи Антарктики назвали ботинками Микки Мауса). Единственная необходимая модификация к упомянутой экипировке — это изолированный противогаз для кислорода и, возможно, обогреватель, чтобы переохлажденный воздух не заморозил легкие. При этом, даже не обязательно чтобы костюм был полностью герметичным, если кислород циркулирует нормально. Это скорее как надеть кислородную маску в самолете: «Даже если кислородный пакет не надувается, кислород все равно поступает через маску».
Это приводит к интересному мысленному эксперименту: если на Титане нет необходимости в герметичном скафандре, то через кислородную маску можно почувствовать все запахи, витающие в воздухе. В таком случае, чем может пахнуть воздух на Титане?
И хотя на фоне гигантской планеты Сатурн Титан выглядит просто карликом, он является одним из самых больших спутников Солнечной системы. Радиус этого спутника составляет около 2600 км, что довольно близко к диаметру Луны – спутника Земли. Но в отличие от нашего спутника, у Титана очень плотная и замутнённая атмосфера.
NASA JPL
Оборудование для моделирования запахов на Титане
Благодаря приборам на борту космического зонда «Кассини», отправленного NASA к Сатурну, а также на зонде «Гюйгенс», построенном Европейским космическим агентством (ЕКА), мы кое-что знаем о составе атмосферы Титана. Поэтому мы можем рискнуть сделать обоснованное предположение о том, как может пахнуть этот мир..
Два основных ингредиента атмосферы Титана — азот и пары метана (CH4) — не имеют запаха. Характерный запах, который может ассоциироваться с метаном, на самом деле источает другой газ (метантиол), который для безопасности добавляют к метану, используемому в домашнем хозяйстве и промышленности. Запах метантиола чаще всего можно охарактеризовать как запах тухлых яиц, и поэтому человеческий нос может обнаружить его присутствие даже при мизерной концентрации в несколько частиц на миллиард. Добавляя к метану и природному газу это пахучее химическое вещество, источающее запах разложения и гнили, люди могут быстро обнаружить и устранить потенциально опасные утечки газа.
Итак, есть ли что-нибудь ещё в атмосфере Титана, что могло бы иметь запах, который способен ощутить человеческий нос? При быстром моделировании обнаруженных или прогнозируемых компонентов атмосферы спутника, в экспериментальную модель были включены такие вещества как молекулярный водород (H2), оксид углерода (CO), этан (C2H6), этилен (C2H4), ацетилен (C2H2), цианистый водород (HCN), аммиак (NH3). ), пропин (C3H4), цианоацетилен (C3HN), бензол (C6H6), ацетонитрил (CH3CN) и метиламин (CH3NH2).
Многие из этих компонентов не имеют запаха, хотя некоторым и может казаться что они пахнут. Молекулярный водород, окись углерода и этан вообще не имеют запаха. В то же время, ацетилен – такое же «обманчиво пахнущее» вещество, как и метан: на самом деле он не имеет запаха, как и метан, но любой человек, который когда-либо пользовался ацетиленовой горелкой, может с этим поспорить. Это связано с тем, что примеси в сварочном ацетилене обычно включают фосфин, который может придавать ему запах чеснока. В этом запахе «виноват» вовсе не ацетилен.
Но не волнуйтесь, некоторые микрокомпоненты, следы которых обнаружены в атмосфере Титана, действительно пахнут! Этилен представляет собой простейший алкен (два атома углерода, соединенные двойной связью) и является обычным гормоном, присутствующим в растениях. Он влияет на созревание плодов и прорастание семян. В чистом виде он имеет сладкий и мускусный запах. Точно так же и ацетонитрил, который используется во многих реакциях химического и органического синтеза, имеет сладкий эфирный запах. Дополняет эти сладкие ароматы пропин (также известный как метилацетилен), который используется как для сварки, так и в качестве ракетного топлива.
Плотная атмосфера Титана (темно-синего цвета) простирается на сотни миль над поверхностью, как видно на этой мозаике с искусственным цветовым фильтром. Снятом космическим зондом “Кассини”.
Кроме того, есть цианистый водород, источающий запах горького миндаля. Как известно из шпионских фильмов, этот газ также невероятно токсичен. Но порог ощущения запаха цианистого водорода составляет менее 5 частиц на миллион, а смертельная доза составляет около 135 частиц на миллион. Хотя вам не захочется вдыхать много этого ядовитого газа, можно почувствовать его запах и пережить это испытание. Но всё же, лучше не испытывать судьбу: Примерно 25 процентов людей не могут почувствовать запах этого ядовитого газа из-за рецессивной генетической особенности. Таким образом, можно легко не заметить присутствие этого вещества и оказаться на том свете.
На Титане тоже могут быть и намного менее аппетитные ароматы. Аммиак имеет очень характерный резкий запах. Аммиак обычно используется в удобрениях и в качестве основного компонента нюхательных солей, а его запах похож на запах концентрированной мочи.
На иллюстрации этого художника изображена береговая линия, на которой плещется углеводородное море Титана. Такие моря – уникальный коктейль из углеводородов, где перемешиваются органические соединения, что может способствовать образованию еще более сложных молекул.
Художник: Майкл Керолл
Метиламин завершает список веществ, дающих резкие запахи в атмосфере Титана. Это прекурсор, который Уолтер Уайт использовал для приготовления метамфетамина в сериале «Во все тяжкие». Хотя запахи и не были в центре внимания в этом сериале, но на них следовало бы обратить должное внимание, поскольку запах метиламина напоминает запах тухлой рыбы. Это химическое вещество является побочным продуктом разложения животных тканей и используется некоторыми организмами для выработки энергии посредством синтеза метана.
Также, в атмосфере Титана присутствует бензол. Это соединение содержится в сырой нефти и, как известно, вызывает рак. Несмотря на канцерогенность, бензол имеет приятный сладковатый ароматный запах бензина, который иногда сравнивают с запахом растворителей.
Каким на запах будет глоток воздуха на Титане?
Если суммировать все, что нам известно о возможных запахах в атмосфере Титана на данный момент, то можно предположить следующее: сладкий, мускусный, горький, острый и тухлый, с добавлением нескольких других тонких ароматов. Однако следует помнить, что на поверхности Титана очень холодно. Это означает, что в таких условиях только небольшие молекулы со слабыми межмолекулярными взаимодействиями имеют достаточно низкую температуру кипения, чтобы оставаться летучими. Это позволяет им легко превращаться в пар. Только такие вещества смогут проникнуть через кислородную маску в нос человека.
Все вышеперечисленные пахучие соединения пребывают на поверхности Титана в замороженном состоянии, что означает, что они не будут достаточно летучими, чтобы наполнить воздух своим ароматом. Здесь есть только одно исключение — этилен.
Температура замерзания этого углеводорода составляет –169° C, что чуть выше температуры поверхности Титана. В некоторых лабораторных экспериментах ученые наблюдали, что этилен может оставаться в жидком состоянии при температуре до –183 °C. По общему мнению, это происходит из-за снижения точки замерзания, когда соли, растворенные в жидкости, понижают точку замерзания для всей смеси. Вот почему снегоочистители зимой посыпают дороги солью, чтобы предотвратить обледенение. Таким образом, на Титане молекулы этилена обладают наибольшей летучестью, придавая этому миру сладковатый и мускусный аромат.
Когда зонд «Гюйгенс» приземлился на Титане, он открыл для нас невероятный вид. Люди смогли увидеть потрясающую панораму и удивительно сложные пейзажи на поверхности этого спутника. Но если люди когда-нибудь смогут попасть в этот мир, как показано на иллюстрации художника, первое, что они заметят, вероятно, будут не красивые виды, а именно запахи.
Художник:Майкл Керолл
Но это еще не конец нашего обзора запахов, витающих в воздухе Титана. Мы также должны учитывать чувствительность человеческого носа. Порог восприятия запаха человеческим носом – это реальный и очень важный фактор, который следует учитывать для всех видов химических соединений. Таким образом, даже если вещество пребывает в замороженном виде, то есть в твердом состоянии, по крайней мере, несколько молекул все равно смогут перейти в состояние пара. И если нос человека обладает достаточной чувствительностью, чтобы их обнаружить, то мозг будет воспринимать их запах.
С точки зрения порога ощущения запаха, здесь можно выделить три молекулы: Цианистый водород и бензол имеют примерно одинаковый порог ощущения запаха — примерно до 5 частей на миллион. Между тем, люди могут почувствовать запах метиламина при концентрации вплоть до 0,0021 частей на миллион. Напротив, чтобы почувствовать запах этилена, потребуется концентрация около 270 частей на миллион. Таким образом, придётся вернуть ароматы бензина, миндаля и тухлой рыбы в наш «коктейль запахов».
И, наконец, мы должны также учитывать, что способность человека воспринимать запах, называемая остротой обоняния, зависит от таких факторов, как возраст, курение, пол и аллергия на летучие вещества или частицы. Кроме того, здесь часто в игру вступают генетические факторы, такие как ранее упомянутая неспособность некоторых людей ощущать запах цианистого водорода. В конечном итоге, на восприятие аромата «одеколона Титан» могут повлиять обонятельные установки конкретного человека.
Таким образом, можем ли мы теперь с уверенностью сказать, чем же пахнет Титан? Для среднестатистического человека, ступившего на его поверхность, можно предположить, что он ощутит такие запахи: сладкий и мускусный (этилен), с легким рыбным оттенком (метиламин) и оттенком горького миндаля (цианистый водород) с акцентом на бензин (бензол).
Но узнаем ли мы об этом когда-нибудь наверняка? Таков был план проведённых исследований.
Недавно NASA выбрало среди перспективных проектов миссию Dragonfly. Цель миссии — отправить небольшой винтокрылый аппарат, который должен будет совершить на посадку на Титане в 2034 году. Затем аппарат будет летать над поверхностью, чтобы исследовать большую полосу береговой линии морей и океанов этого спутника Сатурна. Во время своей миссии, зонд Dragonfly будет использовать самый современный набор инструментов, предназначенных для прямого обнаружения молекул, присутствующих как в атмосфере Титана, так и на его поверхности.
И, как можно себе представить, поскольку Dragonfly использует свои восемь вертолетных лопастей для взлета, он может просто поднять облако титановой пыли с очень интересным резким запахом, который для человека может показаться крайне неприятным.
Источник https://astronomy.com/magazine/news/2020/09/what-does-titan-...
