Википедия

Толины

(перенаправлено с «Толин»)

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 органических 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].

Толины
Общие
Хим. формула CxHyNz
Физические свойства
Молярная масса ~8000 г/моль
Безопасность
NFPA 704
NFPA 704 four-colored diamondСпециальный код: отсутствует
?
?
?
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
Предлагаемая формула субструктуры толинов Титана[1]

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
 
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
 
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].

Толины за пределами Солнечной системы

править

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

Примечания

править
  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[англ.] : рец. науч. журнал. — Elsevier, 1995. — Vol. 15, no. 3. — P. 335—342. — ISSN 0273-1177. — doi:10.1016/S0273-1177(99)80105-7. Архивировано 24 сентября 2015 года.. — (PDF Архивная копия от 29 апреля 2014 на Wayback Machine).
  2. ↑ В. Бедняков, М. Назаренко. О скрытой материи, космическом углероде и условиях возникновения жизни на Земле // Знание — сила : науч.-поп. журнал / Под ред. И. Вирко. — М.. — Вып. 2010, № 04. — ISSN 0130-1640. Архивировано 6 октября 2013 года.
  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. Архивировано 24 сентября 2015 года.. — (PDF Архивная копия от 29 апреля 2014 на Wayback Machine).
  5. ↑ Bill Steele. From attograms to Daltons: Cornell NEMS device detects the mass of a single DNA molecule (англ.). Корнеллский университет (18 мая 2005). Дата обращения: 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. Архивировано 14 апреля 2012 года. Архивированная копия. Дата обращения: 13 мая 2012. Архивировано 14 апреля 2012 года.  (рус.)  (Дата обращения: 13 мая 2012)
  7. ↑ АМИНОКИСЛОТЫ. ПЕПТИДЫ. БЕЛКИ. school-sector.relarn.ru. Дата обращения: 13 мая 2012. Архивировано из оригинала 22 апреля 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. Дата обращения: 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. Архивировано 29 апреля 2014 года..
  10. ↑ 1 2 3 Dissecting the dirt on Titan (англ.). ЕКА (1 июня 2007). — Вскрытие грязи Титана. (Перевод статьи (рус.) на сайте "Freescience - исследование Солнечной системы"). Дата обращения: 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. Архивировано 29 сентября 2013 года..
  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. — Bibcode: 1987JGR....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. — IOP Publishing, 2002. — Vol. 124, no. 4. — P. 2273—2278. — ISSN 0004-6256. — doi:10.1086/342933. — Bibcode: 2002AJ....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. — Bibcode: 1986Sci...233...43S. — PMID 17812889. Архивировано 24 сентября 2015 года.
  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. — IOP Publishing, 2005. — Vol. 627, no. 2. — P. 1057—1065. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/430337. — Bibcode: 2005ApJ...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. — EDP Sciences, 2007. — Vol. 466, no. 1. — P. 395—398. — ISSN 0004-6361. — doi:10.1051/0004-6361:20067021. — Bibcode: 2007A&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. — EDP Sciences, 2005. — Vol. 439, no. 2. — P. L1—L4. — ISSN 0004-6361. — doi:10.1051/0004-6361:200500144. — Bibcode: 2005A&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. — EDP Sciences, 2005. — Vol. 437, no. 3. — P. 1115—1120. — ISSN 0004-6361. — doi:10.1051/0004-6361:20042533. — Bibcode: 2005A&A...437.1115D. Архивировано 5 февраля 2012 года.
  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. — IOP Publishing, 2007. — Vol. 133, no. 1. — P. 284—289. — ISSN 0004-6256. — doi:10.1086/509734. — Bibcode: 2007AJ....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. — EDP Sciences, 2001. — Vol. 373, no. 3. — P. L29—L32. — ISSN 0004-6361. — doi:10.1051/0004-6361:20010758. — Bibcode: 2001A&A...373L..29L. Архивировано 4 октября 2017 года.
  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. — Bibcode: 2002Icar..160..350P. Архивировано 9 сентября 2018 года.
  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. — Bibcode: 2008Icar..193..182N. Архивировано 28 июня 2014 года.
  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. — IOP Publishing, 1993. — Vol. 414, no. 1. — P. 399—405. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/173086. — Bibcode: 1993ApJ...414..399S. Архивировано 21 января 2022 года..
  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. Архивировано 24 сентября 2015 года.. (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. Архивировано 24 сентября 2015 года.. — (PDF Архивная копия от 29 апреля 2014 на Wayback Machine).
  27. ↑ Абиогенетические концепции происхождения жизни: введение. БИОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА. Дата обращения: 13 мая 2012. Архивировано 2 июня 2012 года.
  28. ↑ Молния // Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. — 2000.
  29. ↑ ЮПИТЕР МЕЧЕТ МОЛНИИ: И ГРЕЕТ САМ СЕБЯ. Популярная механика (15 октября 2007). Дата обращения: 13 мая 2012. Архивировано 9 декабря 2012 года.
  30. ↑ David Darling. tholin (англ.). The Encyclopedia of Science (by Дэвид Дарлинг). — Толины в энциклопедии Дэвида Дарлинга The Encyclopedia of Science. Дата обращения: 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-хроматографические исследования образцов толинов. Дата обращения: 14 февраля 2012. Архивировано из оригинала 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 октября 2006). — Прогуливаясь по атмосфере Титана. Дата обращения: 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. — Bibcode: 1990Icar...85..241S. Архивировано 30 апреля 2019 года..
  35. ↑ Леонид Попов. NASA на Сатурне. Часть шестая: главные итоги и будущая сенсация. Membrana (25 июля 2005). — По результатам работы Кристофера Маккея[англ.] и Хезер Смит. Дата обращения: 27 февраля 2012. Архивировано из оригинала 19 ноября 2011 года.
  36. ↑ Жизнь на Титане: еще не все потеряно. Элементы.ру (25 июля 2005). — По материалам New Scientist SPACE. Дата обращения: 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. — IOP Publishing, 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. — IOP Publishing, 2008. — Vol. 686, no. 2. — P. L95—L98. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/592961. — arXiv:0808.4113v1..

Ссылки

править
Источник — https://ru.wiki.x.io/w/index.php?title=Толины&oldid=134819755