土卫六是土星最大的卫星（图中是土星的中央部分），左侧这张自然色的图像中，可以看到土卫六大气中的雾霾。

土星最大的卫星土卫六，又名泰坦星，在太阳系的所有卫星中是独一无二的，因为它稠密且富含氮的大气中也含有碳氢化合物和其他化合物，而这种丰富的化学混合物背后的成因和演化过程一直是科学界争论的焦点。据《自然·天文学》（Nature Astronomy）10月8日刊发的一篇研究论文称，一个以美国能源部下属劳伦斯·伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，简称伯克利实验室）化学科学部门研究人员为主的科学家协作团队已经将目光锁定在一种或促成多环分子形成的低温化学机制上，而这种多环分子是目前在土卫六的棕橘色霾层中发现的，更为复杂的化学物质的前体。因此这种机制或有助于解释构成土卫六周围富氮霾层的复杂分子化合物。该研究结果与目前的科学理论相悖，因为之前的理论认为，人造卫星探测器在土卫六大气中所观测到的化学物质构成必须是在高温反应机制的条件下才能产生的。

除了伯克利实验室的科学家，该研究小组还包括来自美国夏威夷大学马诺亚分校（University of Hawaii at Manoa）、俄罗斯萨马拉大学（Samara University）和美国佛罗里达国际大学（Florida International University）的其他研究人员。研究小组在伯克利实验室的先进光源（ALS）上进行了真空紫外线实验，并通过计算机模拟实验和建模演绎，还原展示了促使形成当今土卫六大气化学构成的化学反应过程。

伯克利实验室化学科学部门的科学家、ALS研究项目的联合负责人穆萨希德·艾哈迈德（Musahid Ahmed）介绍道：“我们为（能形成这类化合物的）低温反应途径的存在提供了证据，而这是人们之前从未料想到的。这将填补土卫六化学形成史中的一个缺失环节。”他解释说，土卫六可能会为科学家认识和理解包括地球在内的其他卫星和行星上复杂化学物质的形成和演化提供线索。他指出：“人们可以利用土卫六来思考‘生命起源前’的地球——那时地球的大气中氮元素占有更大的比例。”科学家在土卫六上发现了苯，这种简单的碳氢化合物具有六碳单环的分子结构，并被认为是构成更大的碳氢化合物分子的基石，这些更大分子具有两环和三环的结构，进而形成了土卫六今天大气中存在的其他的碳氢化合物和气雾悬浮微粒——这些多环碳氢化合物分子被称为多环芳烃（PAHs）。

该项研究的联合领导人夏威夷大学马努亚分校的拉尔夫·凯泽（Ralf Kaiser）补充道：“我们的研究表明，多环芳烃的传播范围比预期的要广，因为它们不需要碳恒星周围的高温条件。我们预计这种正在被探索的机制是多功能的，甚至有可能导致生成更为复杂的多环芳烃化合物。科学家认为，多环芳烃是形成分子云的前体，这个所谓的“分子工厂”能产生更复杂的有机分子，包括我们所知道的生命前体。凯泽继续解释道：“这可能开启引出新的理论和模型来解释外层深空和太阳系行星及其卫星的丰富大气层中含碳物质的孕育过程和起源。”该研究的联合负责人、佛罗里达国际大学的化学教授亚历山大·M·梅贝尔（Alexander M. Mebel）通过计算发现，这类反应物可以在非常低的温度下自然地结合在一起，形成新的化合物。他说：“我们的计算结果揭示出了其中的反应机制。我们证明，你可以不需要任何能量来驱动环烷和乙烯乙炔的反应，所以即使在土卫六上低温低压的大气条件下，这些反应也应该是有效的。”

编译：朱明逸 审稿：阿淼 责编：张梦

期刊来源： 《自然·天文学》

原文链接： https://www.sciencedaily.com/releases/2018/10/181008114619.htm

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