泰坦衛星化學規則大翻盤！氫氰酸冰竟能與液態甲烷混合 顛覆科學常識

記者林育如／編譯

科學家最新發現，土星最大衛星泰坦（Titan）上的化學現象恐將改寫教科書——在極度寒冷的環境下，凍結的氫氰酸（hydrogen cyanide）晶體竟能與液態碳氫化合物如甲烷（methane）和乙烷（ethane）混合，打破「極性分子與非極性分子不相溶」的化學基本定律。

這項驚人發現來自美國NASA噴射推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory, JPL）和瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）合作的研究，科學家們利用低溫實驗與電腦模擬，揭示了泰坦海洋與湖泊中的液態乙烷和甲烷分子，如何能滲透進凍結的氫氰酸晶格，形成一種全新的「共晶體」（co-crystal）結構，穩定存在於零下179度的極端環境中。

氫氰酸是一種極性分子，分子一端帶正電，一端帶負電，理論上只會與其他極性分子相互吸引；而甲烷與乙烷是非極性分子，電荷分佈均勻，通常無法與極性分子混合。過去科學界認為，這兩類物質應該無法共存，類似油水分離的現象。

研究團隊表示，泰坦大氣中的氫氰酸是由紫外線照射分解碳氫化合物後生成的。實驗中，當他們在極低溫度下混合氫氰酸和甲烷乙烷，竟然觀察到這兩種本不相容的物質結合成穩定晶體，令研究團隊難以置信。

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查爾姆斯大學化學家馬丁·拉姆（Martin Rahm）表示：「我們一開始也覺得這個想法瘋狂，但電腦模擬證實了甲烷和乙烷能嵌入氫氰酸晶體中，形成新穩定結構，並且模擬出的光譜與NASA的實驗數據高度吻合。」

泰坦是太陽系唯一擁有厚重大氣層的衛星，其碳氫化合物化學組成與早期地球的「原始湯」（primordial soup）極為相似，後者指的是早期地球海洋中富含有機分子，提供了生命起源的化學溫床。雖然極低溫度阻礙了生命化學反應的發生，氫氰酸卻是氨基酸及RNA、DNA核苷酸的前驅物，對研究生命起源具有重要意義。

拉姆表示：「氫氰酸在宇宙中廣泛存在，如塵埃雲、行星大氣和彗星中，我們的發現或有助於理解宇宙寒冷環境中的化學過程，並探究其他非極性分子是否也能進入氫氰酸晶體。」

這項研究發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）。未來，NASA預計在2034年發射的旋翼探測器「龍飛號」（Dragonfly）將親赴泰坦，實地採樣氫氰酸冰，驗證這些突破性發現，並繼續探索更多意想不到的化學奧秘。

資料來源：Space.com、ScienceDaily、SciTechDaily、Earth.com