Tholin

Tholin (dále starořecká θολός / Tholos „  chobotnice inkoust  “ v odkazu na vzhled a barva), nebo někdy tholine , je více nebo méně dusíkatá organická látka molekulová hmotnost vysoká (asi 8  kDa ), z červenohnědé barvy někdy nafialovělé ( sépie ) a špatně známé struktury, vyrobené v laboratoři v průběhu Miller-Urey experimentů a které by byly přítomny na povrchu mnoha hvězd z vnější sluneční soustavy , nebo i mimo ni. Tholin se skládá z různých molekul , což znamená, že je také psáno v množném čísle: tholiny , s odkazem na sloučeniny nebo molekuly, které jej tvoří.

Anglický termín tholin zavedli v roce 1979 Carl Sagan a Bishun Khare, aby popsali látky, které získali z plynů identifikovaných v atmosféře Titanu , s jinou etymologií (odkazovali na řecký θόλος tím, že mu dávali význam „zablácený“) a následující popis:

"V uplynulém desetiletí jsme v naší laboratoři vyrobili řadu komplexních organických pevných látek ze směsí plynů hojných ve vesmíru: CH 4, C 2 H 6, NH 3, H 2 O, HCHO a H 2 S. Produkt, syntetizovaný ultrafialovým (UV) světlem nebo úrazem elektrickým proudem , je hnědý zbytek, někdy lepkavý, který byl kvůli své odolnosti vůči konvenční analytické chemii označován jako „odporný polymer“. Nedávno se nám však podařilo částečně určit složení tohoto materiálu sekvenční a nesekvenční pyrolýzou následovanou plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií (GC-MS). Zjevně to není polymer - opakování stejné monomerní jednotky - a je zapotřebí jiný termín. (...) Navrhujeme jako bezprecedentní popisný termín „tholiny“ (ze starořeckého ϴὸλος, zablácené; ale také ϴoλòς, klenba nebo kupole), i když nás lákalo výrazem „hvězdný dehet“. Vlastnosti tholinů závisí na použitém zdroji energie a počátečním množství prekurzorů , ale je zřejmá obecná fyzikální a chemická podobnost mezi různými tholiny. "

-  Carl Sagan a Bishun Khare , Příroda , 1979.

Někteří vědci však raději vyhrazují tento název pro sloučeniny vyrobené v laboratoři, zejména proto, že není známo, zda jsou tyto látky skutečně těmi, které jsou přítomny na povrchu hvězd. Tholiny nejsou definované chemické sloučeniny, ale jsou obecným pojmem pro řadu molekul, včetně heteropolymerů , o nichž se předpokládá, že pokrývají povrch některých planet červenavým organickým povlakem. Jsou to složité makromolekuly vytvořené opakováním zbytků spojených dohromady kombinací různých funkčních skupin .

Přesné mechanismy tvorby tholinu nejsou známy, ale vytvářejí se působením ultrafialového záření na jednoduché organické sloučeniny , jako jsou lehké uhlovodíky ( methan CH 4, Ethan C 2 H 6, Ethylen- C 2 H 4, Atd.), Za přítomnosti dusíku N 2a / nebo ve vodě H 2 O. Tholiny pouze tvořit v redukčním médiu , které jsou již k dispozici na povrchu Země , ale naopak, že by nalézt v hojnosti na satelitech z obřích planet , stejně jako nepochybně na trpasličích planet. A malá tělesa sluneční soustavy . Příbuzné látky byly rovněž zjištěny v hvězdném systému z dvojhvězdné HR 4796 s využitím NICMOS přístroj na HST .

Různé tholiny

Tholiny mají obvykle hnědou nebo načervenalou barvu a mají obtížně charakterizovatelnou molekulární strukturu, protože zbytky jsou v podstatě nerozpustné .

K tholiny z Titan a Triton , satelity Saturn a Neptune respektive , jsou organické látky bohaté na dusík , v důsledku působení ultrafialového záření na směsi dusíku N 2a metan CH 4 : Atmosféra Titanu je skutečně složena z dusíku s 1,4% metanu ve stratosféře , rychlost se zvyšuje s přiblížením k zemi a dosahuje 4,9% pod 8  km nadmořské výšky, kde také nacházíme stopy jiných lehkých uhlovodíků, jako je ethan C 2 H 6, Butadiin C 4 H 2, Methylacetylen C 3 H 4, acetylen C 2 H 2a propan C 3 H 8, Jakož i cyanoacetylene HC 3 N, kyanovodík HCNa různé jiné plyny; atmosféra Triton , pro jeho část, je trochu méně dobře známý, a zdá se, že se skládá převážně z dusíku N 2se stopami metanu CH 4.

Naopak , je výsledek tholiny led z ozáření klatráty z metanu CH 4a ethan C 2 H 6v ledu do vody, a proto neobsahuje dusík  ; plutino Ixion je obzvláště bohatá na těchto sloučenin.

Výskyt ve vesmíru

Tholiny, ať už se říká, že led , Triton nebo Titanu , zdá se, že existují v hojnosti na objektech vnější sluneční soustavy , zejména na ledových satelitů z obřích planet , a se vší pravděpodobností o trpasličí planety a malých těl Sluneční soustava, jako jsou kentauri , ti v Kuiperově pásu a komety . Bylo také prokázáno, že dávky kosmického záření přijaté z mezihvězdných prachových zrn , i když jsou daleko od ultrafialového záření z hvězd , jsou dostatečné k převedení ledové vody naplněný uhlíku na složitých organických sloučenin v průběhu průměrné životnosti typický mezihvězdný mrak .

Výcvik

Tholiny jsou možná důležitou složkou mezihvězdného média . Na Titanu začíná jejich tvorba ve vysoké nadmořské výšce a přispívá k tvorbě pevných organických částic . Jsou složeny převážně z uhlíku , dusíku a vodíku . Infračervená spektroskopie z tholiny laboratorních produktů potvrdila identifikace nejstarší funkční skupiny , jako jsou skupiny primárního aminu -NH 2a nitril -C = N se alkylové jednotky -CH 2- a –CH 3formování neuspořádaných makromolekul . Experimenty odvozené od těch Miller-Urey bylo možné získat komplexní pevných látek ze studené plazmy z dusíku N 2a metan CH 4vystaven úrazu elektrickým proudem .

Jak je znázorněno na obrázku vpravo, tholiny by se přirozeně tvořily řetězci reakcí zahrnujících pyrolýzu a radiolýzu . Začíná disociace a ionizace z dusíku N 2a metan CH 4pomocí energetických částic z kosmického záření a slunečního záření . To vede k tvorbě ethanu C 2 H 6, Ethylen- C 2 H 4, acetylen C 2 H 2, kyanovodík HCN a další malé jednoduché molekuly a kladně nabité ionty . Pak získáme benzen C 6 H 6a další organické molekuly, jejichž polymerace vede k tvorbě aerosolů větších molekul, které kondenzují a sráží se na povrchu planety. Překvapení přinesl objev velkých kationtů a aniontů v aerosolech v nízkých nadmořských výškách. Předpokládá se , že ionty hrají důležitou roli při tvorbě tholinů. Posledně jmenované, záporně nabité, mají molekulovou hmotnost přibližně 8  kDa a říká se, že jsou tvořeny z nabitých meziproduktů, jejichž hmotnost je mezi 80 a 350  Da . Tholiny produkované za nízkého tlaku mají tendenci začleňovat dusík do středu svých molekul, zatímco ty produkované za vysokého tlaku mají tendenci začleňovat dusík na koncích svých molekul.

Tyto sloučeniny atmosférického původu, jsou odlišné od těch, nazvaný led tholiny II , které jsou vytvořeny pomocí ozáření (radiolýzy) ze vodních klatráty a organických sloučenin, jako je methan CH 4a ethan C 2 H 6.

Vlastnosti

Někteří vědci navrhli myšlenku, že Země mohla být naočkována velmi brzy ve své historii organickými sloučeninami z komet bohatých na tholiny, které by poskytly surovinu nezbytnou pro vznik života (viz experiment Miller-Urey , jehož předpoklady se však již ukázaly jako neslučitelné s nejnovějšími modely primitivní atmosféry Země). Tholiny již na zemském povrchu neexistují kvůli jeho oxidační atmosféře od Velké oxidace před 2,4 miliardami let.

Laboratorní studie naznačují, že tholiny v blízkosti velkých útvarů kapalné vody, které mohly přetrvávat tisíce let, mohly usnadnit hromadění prebiotické chemie a mohly by se podílet na nástupu života na Zemi a možná i na jiných planetách. Kromě toho vytvářením částic v atmosféře ovlivňují tholiny difúzi světla a působí jako clony omezující expozici povrchu planet ultrafialovým paprskům, což ovlivňuje obyvatelnost těchto planet. Laboratorní simulace umožnily pozorovat deriváty aminokyselin a močoviny , což má důležité důsledky v exobiologii .

Na Zemi , široká škála půdních bakterií jsou schopny metabolizovat tholiny vyrobené v laboratoři elektrickým proudem ve směsi CH 4 methanu., Amoniak NH 3a vodní pára H 2 O. Tholiny tak mohly být „potravou“ prvních heterotrofních organismů, které se objevily na naší planetě.

Poznámky a odkazy

Poznámky

  1. Původní text: „  nepoddajný polymer  “.
  2. Původní text: „  star-tar  “.

Reference

  1. Anatole Bailly , „  Abrégé du Dictionnaire GREC-Francais  “ [PDF] (zobrazena April 30, 2019 )  : „  θολός , οῦ (ὁ): zataženo louh odmítnuto některých ryb ( chobotnice , sépie ,  atd. ),“ , Str.  422.
  2. (en) Carl Sagan a Bishun N. Khare , „  Tholins: organická chemie mezihvězdných zrn a plynu  “ , Nature , sv.  277, n O  5692, 11. ledna 1979, str.  102-107 ( DOI  10.1038 / 277102a0 , Bibcode  1979Natur.277..102S , číst online )
  3. (cs) Sarah Hörst, „  Co na světě jsou tholiny?  » , Na adrese http://www.planetary.org/ , Planetární společnost , 22. července 2015(zpřístupněno 30. dubna 2019 ) .
  4. (en) David Dubois, Nathalie Carrasco, Marie Petrucciani, Ludovic Vettier, Sarah Tigrine a Pascal Pernot , „  Vyšetřování in situ neutrálních látek podílejících se na tvorbě titanových tholinů  “ , Icarus , sv.  317, ledna 2019, str.  182-196 ( DOI  10.1016 / j.icarus.2018.07.006 , Bibcode  2019Icar..317..182D , arXiv  1807.04569 , číst online )
  5. (in) H. James Cleaves, Catherine Neish, Michael P. Callahan, Eric Parker, Facundo Fernández a Jason P. Dworkin , „  Aminokyseliny generované z hydratovaných titanových tholinů: srovnání s produkty elektrického výboje Miller-Urey  “ , Icarus , sv. .  237, 15. července 2014, str.  182-189 ( DOI  10.1016 / j.icarus.2014.04.042 , Bibcode  2014Icar..237..182C , číst online )
  7. (en) Gene D. McDonald, Linda J. White, Cynthia DeRuiter, Bishun N. Khare, Archita Patnaik a Carl Sagan , „  Výroba a chemická analýza kometárních ledových tholinů  “ , Icarus , sv.  122, n o  1, Červenec 1996, str.  107-117 ( DOI  10.1006 / icar.1996.0112 , Bibcode  1996Icar..122..107M , číst online )
  8. (in) „  Simulation Titan smog-Like  “ na serveru https://www.nasa.gov/ , NASA , 4. srpna 2010(zpřístupněno 8. května 2019 ) .
  9. (in) Olivier Poch, Antoine Pommerol Bernhard Jost, Nathalie Carrasco Cyril Szopa a Nicolas Thomas , „  sublimace vodního ledu smíchaného s křemičitany a tholiny: vývoj povrchové textury a spektra odrazivosti s důsledky pro komety  “ , Icarus , létání.  267, 15. března 2016, str.  154-173 ( DOI  10.1016 / j.icarus.2015.12.017 , Bibcode  2016Icar..267..154P , číst online )
  11. (in) S. Marchi, A. Raponi, TH Prettyman, MC De Sanctis J. Castillo-Rogez, CA Raymond E. Ammannito T. Bowling, pan Ciarniello H. Kaplan, E. Palomba, CT Russell, V. Vinogradoff a N. Yamashita , „  Aqueically altered carbon-rich Ceres  “ , Nature Astronomy , sv.  3, ledna 2019, str.  140-145 ( DOI  10.1038 / s41550-018-0656-0 , Bibcode  2019NatAs ... 3..140M , číst online )
  12. (in) A. Pommerol, N. Thomas, R. El-Maarry, pan Pajola O. Groussin, A.-T. Auger, N. Oklay, S. Fornasier, C. Feller, B. Davidsson, A. Gracia-Berná, B. Jost, R. Marschall, O. Poch, MA Barucci, J.-L. Bertaux, F. La Forgia , HU Keller, E. Kührt, SC Lowry, S. Mottola, G. Naletto, H. Sierks, C. Barbieri, PL Lamy, R. Rodrigo, D. Koschny, H. Rickman, J. Agarwal, MF A'Hearn , I. Bertini, S. Boudreault, G. Cremonese, V. Da Deppo, M. De Cecco, S. Debei, C. Güttler, M. Fulle, PJ Gutierrez, SF Hviid, W.-H. Ip, L. Jorda, J. Knollenberg, G. Kovacs, J.-R. Kramm, E. Küppers, L. Lara, M. Lazzarin, JL Lopez Moreno, F. Marzari, H. Michalik, F. Preusker, F. Scholten, C. Tubiana a J.-B. Vincent , „  OSIRIS Observations of meter - expozice H 2 O led na povrchu 67P / Churyumov-Gerasimenko a interpretace pomocí laboratorních experimentů  “ , Astronomy & Astrophysics , sv.  583,listopadu 2015, Článek n o  A25 ( DOI  10,1051 / 0004 až 6361/201525977 , bibcode  2015A & A ... 583A..25P , číst on-line )
  13. (in) IP Wright, S. Sheridan, SJ Barber GH Morgan, DJ Andrews a AD Morse , „  Organické sloučeniny nesoucí CHO v oblasti 67P / Churyumov-Gerasimenko odhalil Ptolemaios  “ , Science , sv.  349, n O  6247, 31. července 2015, Článek n o  aab0673 ( PMID  26228155 , DOI  10,1126 / science.aab0673 , bibcode  2015Sci ... 349b0673W , číst on-line )
  14. (in) Humberto Campins, Kelsey Hargrove Noemi Pinilla-Alonso, Ellen S. Howell, Michael S. Kelley, Javier Licandro T. Mothé-Diniz, Y. Fernandez a Julie Ziffer , „  Vodní led a organické látky na povrchu asteroid 24 Themis  “ , Nature , roč.  464, n O  7293, dubna 2010, str.  1320-1321 ( DOI  10.1038 / nature09029 , Bibcode  2010Natur.464.1320C , číst online )
  15. (in) Andrew S. Rivkin a Joshua Emery P. , „  Detekce ledu a organických látek je asteroidním povrchem  “ , Nature , sv.  464, n O  7293, dubna 2010, str.  1322-1323 ( PMID  20428165 , DOI  10.1038 / nature09028 , Bibcode  2010Natur.464.1322R , číst online )
  16. (en) Jerome G. Borucki, Bishun Khare a Dale P. Cruikshank , „  Nový zdroj energie pro organickou syntézu na povrchovém ledu Evropy  “ , Journal of Geophysical Research (Planets) , sv.  107, n o  E11, Listopad 2002, Článek n o  5114 ( DOI  10,1029 / 2002JE001841 , bibcode  2002JGRE..107.5114B , číst on-line )
  17. (in) Dale P. Cruikshank, Tobias C. Owen, Cristina Dalle Ore, Thomas R. Geballe, Ted L. Roush, Catherine de Bergh, Scott A. Sandford, Francois Poulet, Gretchen K. Benedix a Joshua P Emery , „  Spektroskopická studie povrchů velkých Saturnových satelitů: H 2 O led, tholiny a vedlejší složky  “ , Icarus , sv.  175, n o  1,Květen 2005, str.  268-283 ( DOI  10.1016 / j.icarus.2004.09.003 , Bibcode  2005Icar..175..268C , číst online )
  18. (en) Gene D. McDonald, W. Reid Thompson, Michael Heinrich, Bishun N. Khare a Carl Sagan , „  Chemical Investigation of Titan and Triton Tholins  “ , Icarus , sv.  108, n o  1, Březen 1994, str.  137-145 ( PMID  11539478 , DOI  10.1006 / icar.1994.1046 , Bibcode  1994Icar..108..137M , číst online )
  19. (in) S. Derenne, C. Coelho, C. Anquetil C. Szopa, SA Rahman, PF McMillan F. Corà, CJ Pickard, E. a C. Bonhomme Quirico , „  Nové poznatky o struktuře a chemii titanových tholinů prostřednictvím 13 C a 15 N pevné fáze nukleární magnetické rezonanční spektroskopie  “ , Icarus , sv.  221, n O  2 Listopad - prosinec 2012, str.  844-853 ( DOI  10.1016 / j.icarus.2012.03.003 , Bibcode  2012Icar..221..844D , číst online )
  20. (in) Athena Coustenis a Frederic W. Taylor, Titan: Exploring an Earthlike World , World Scientific, 2008, str.  154–155 . ( ISBN  978-981-270-501-3 )
  21. (in) JH Waite Jr., DT Young, TE Cravens, AJ Coates, FJ Crary, B. Magee a J. Westlake , „  Proces formování cholinu v horní atmosféře Titanu  “ , Science , sv.  316, n O  5826, 11. května 2007, str.  870-875 ( PMID  17495166 , DOI  10.1126 / science.1139727 , JSTOR  20036227 , Bibcode  2007Sci ... 316..870W , číst online )
  22. (in) „  Pluto:„ Jiná „Červená planeta  “ na https://www.nasa.gov/ , NASA , 3. července 2015(zobrazena 1 st května je 2019 ) .
  23. (in) Jonathan Amos, „  New Horizons Pluto Probe zachytává modré opary  “ na https://www.bbc.co.uk/news/ , BBC News , 8. října 2015(zobrazena 1 st května je 2019 ) .
  24. (in) Carly Howett, „  New Horizons Probes the Mystery of Charon's Red Pole  “ na https://blogs.nasa.gov/ , NASA , 9. září 2015(zobrazena 1 st května je 2019 ) .
  25. (in) Jonah Engel Bromwich a Nicholas St. Fleur, „  Proč Plutův měsíc Charon nosí červenou čepici  “ na https://www.nytimes.com/ , The New York Times , 14. září 2016(zobrazena 1 st května je 2019 ) .
  26. (in) ME Brown, KM Barkume, GA Blake EL Schaller, DL Rabinowitz, HG Roe a CA Trujillo , „  Metan a Ethane na objektu Kuiperova pásu 2005 Bright FY9  “ , The Astronomical Journal , sv.  133, n o  1, ledna 2007, str.  284-289 ( DOI  10.1086 / 509734 , Bibcode  2007AJ .... 133..284B , číst online )
  27. (in) ME Brown, EL Schaller a Blake GA , „  Irradiation Dwarf Planet Makemake is Products  “ , The Astronomical Journal , sv.  149, n o  3, března 2015, Článek n o  105 ( DOI  10,1088 / 0004-6256 / 149/3/105 , bibcode  2015AJ .... 149..105B , číst on-line )
  28. (in) H. Boehnhardt, S. Bagnulo, K. Muinonen, MA Barucci, L. Kolokolova E. Dotto a GP Tozzi , „  Surface characterization of 28978 Ixion (2001 KX 76 )  “ , Astronomy and Astrophysics , sv.  415, n O  2 11. února 2004, str.  L21-L25 ( DOI  10.1051 / 0004-6361: 20040005 , Bibcode  2004A & A ... 415L..21B , číst online )
  29. (in) KM Barkume, ME Brown a EL Schaller , „  Near-Infrared Spectra of Kuiper Belt Objects and Centaurs  “ , The Astronomical Journal , sv.  135, n o  1, Leden 2008, str.  55-67 ( DOI  10.1088 / 0004-6256 / 135/1/55 , Bibcode  2008AJ .... 135 ... 55B , číst online )
  30. (in) Gy. Mr Szabó, Cs. Kiss, N. Pinilla-Alonso, EY Hsiao, GH Marion, J. Györgyey Ries, R. Duffard, A. Alvarez-Candal, K. Sárneczky a J. Vinkó , „  Surface Ice and Tholins on the Extreme Centaur 2012 DR 30  “ , The Astronomical Journal , sv.  155, n O  4, dubna 2018, Článek n o  170 ( DOI  10.3847 / 1538-3881 / aab14e , bibcode  2018AJ .... 155..170S , číst on-line )
  31. (in) Dale P. Cruikshank a Cristina M. Dalle Ore , „  Spektrální modely objektů Kuiperova pásu a kentaurů  “ , Země, Měsíc a planety , sv.  92, n o  1, Červen 2003, str.  315-330 ( DOI  10.1023 / B: MOON.0000031948.39136.7d , Bibcode  2003EM & P ... 92..315C , číst online )
  32. (in) Köhler I. Mann a Aigen Li , „  Složité organické materiály na disku HR 4796A?  ” , The Astrophysical Journal Letters , sv.  686, n O  2 října 2008, str.  L95 ( DOI  10.1086 / 592961 , Bibcode  2008ApJ ... 686L..95K , arXiv  0808.4113 , číst online )
  33. (in) „  SPHERE image the dust ring around the star HR 4796A  “ on https://www.eso.org/ , ESO ,4. června 2014(zpřístupněno 8. května 2019 ) .
  34. (in) Eric Quirico Gilles Montagna, Victoria Lees, Paul F. McMillan, Cyril Szopa, Guy Cernogora, Jean-Noël Rouzaud, Patrick Simon, Jean-Michel Bernard, Patrice Coll Nicolas Fray Robert D. Minard, François Raulin, Bruno Reynard a Bernard Schmitt , „  Nová experimentální omezení složení a struktury tholinů  “ , Icarus , sv.  198, Listopadu 2008, str.  218-231 ( DOI  10.1016 / j.icarus.2008.07.012 , Bibcode  2008Icar..198..218Q , číst online )
  35. (in) Megan D. McGuigan a Richard Sacks '  Komplexní dvourozměrná plynová chromatografie vzorků tolinu pomocí vstupu pyrolýzy a detekce TOF-MS  " na https://ca.pittcon.org , 3. září 2004(zobrazena 1 st května je 2019 ) .
  36. (in) Megan McGuigan, J. Hunter Waite, Hiroshi Imanaka a Richard D. Sacks , „  Analýza produktů pyrolýzy titanu a cholinu pomocí komplexní dvourozměrné plynové chromatografie - hmotnostní spektrometrie za letu  “ , Journal of Chromatography A , krádež .  1132, n os  1-2, 3. listopadu 2006, str.  280-288 ( PMID  16934276 , DOI  10.1016 / j.chroma.2006.07.069 , číst online )
  37. (in) Melissa G. Trainer , „  Atmospheric Chemistry and Organic Prebiotic Hazes  “ , Current Organic Chemistry , sv.  17, n o  16, srpen 2013, str.  1710-1723 ( PMID  24143126 , PMCID  3796891 , DOI  10.2174 / 13852728113179990078 , číst online )
  38. (in) „  Měsíc nad atmosférou Titanu  “ , 15. října 2006(přístup 2. května 2019 ) .
  39. (in) Marta Ruiz Bermejo, Luis A. Rivas, Arantxa Palacín César Menor-Salvan a Susana Osuna Esteban , „  Prebiotická syntéza protobiopolymerů za alkalických podmínek oceánu  “ , Origins of Life and Evolution of Biospheres , sv.  41, n O  4, srpna 2011, str.  331-345 ( PMID  21161385 , DOI  10.1007 / s11084-010-9232-z , Bibcode  2011OLEB ... 41..331R , číst online )
  40. (en) CR Stoker PJ Boston, RL Mancinelli, W. Segal, BN Khare a C. Sagan , „  Mikrobiální metabolismus Tholinu  “ , Icarus , sv.  85, n o  1, Květen 1990, str.  241-256 ( PMID  11538367 , DOI  10.1016 / 0019-1035 (90) 90114-O , Bibcode  1990Icar ... 85..241S , číst online )

Dodatky

Související články

externí odkazy