Uvnitř ledových jezer z kapalných uhlovodíků — metanu a ethanolu — se v extrémním chladu kolem –180 °C vytváří tuhé krystaly z kyseliny kyanovodíkové (HCN) smíšené s methanem či ethanem. Konkrétně tyto látky, jakkoliv se běžně „neberou“, nacházejí společnou mřížku uvolňující se v strukturách nazývaných ko-krystaly.. Tato kombinace je zásadním vyvrácením známého chemického principu „like dissolves like“ — tedy že látky se podobné povahou rozpouštějí navzájem.

Výzkumný tým vedený chemikem Martin Rahm z univerzity Chalmers University of Technology ve Švédsku spolupracoval s laboratoří NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) na experimentech, kdy v komůrce simulovali titanovské podmínky. Podchlazený plyn HCN tvořil krystalickou strukturu, do níž se vkládal metan či ethan, což bylo měřeno technikou Ramanovy spektroskopie a potvrzeno výpočetním modelováním. Výsledkem bylo, že tyto „molekulární jim nevyhovující“ látky vstřebaly – což vedlo k závěru, že v tak extrémních podmínkách může chemie jednat jinak, než jsme čekali.

Z hlediska geologie a astrochemie je tento objev klíčový: Titan je jediným známým tělesem ve Sluneční soustavě, mimo Zemi, kde existují stabilní kapaliny na povrchu. Jezera z kapalného metanu a ethanolu, písečné duny, hustá atmosféra a extrémní podmínky vytvářejí laboratoř prebiotické chemie — což znamená, že se můžeme učit o vzniku života i tam, kde teplastické podmínky připomínají spíše hluboký vesmír než Zemi.

Co přesně v laboratoři objevili? Při simulaci při –180 °C byly molekuly HCN v kapalném médiu vystaveny metanu či ethanolu. Analýzy změn vibrací ukázaly, že do krystalu pronikaly uhlovodíky, a modelování naznačilo, že tyto atomy buď vyplňují mezery mřížky nebo narušují vodíkové vazby HCN. „K tomu by za běžných teplot a tlaků nikdy nedošlo,“ říká Rahm.

Důsledky? Kromě fascinace tím, že chemie, jak ji známe, může mít výjimky, to znamená i změnu v tom, jak uvažujeme o celém tělese. Pokud krystaly zahrnují metan a ethan v pevné formě, mohou ovlivnit například hustotu jezer, schopnost odpařování či složení povrchu Titanu — a tím i interpretaci dat z budoucí mise Dragonfly (plánované přistání na Titan v roce 2034).

Vědci zároveň upozorňují, že je otázkou, zda jde o ojedinělý jev nebo rozšířený, jak v povrchových jezerech, tak ve spodních vrstvách. Pokud je to rozšířený proces, znamená to, že Titan by mohl být chemickým zředěníkem nových forem pevných látek — materiálů, které si koloniální chemie nedovede vysvětlit. „Je to připomínka, že chemie není univerzální v tom smyslu, že by všechno fungovalo stejně v každém prostředí,“ dodává Rahm.

V širším vědeckém rámci jde o kontakt s teorii abiogeneze (vznik života bez biologického předchůdce). Kyselina kyanovodíková je považována za stavební kámen pro aminokyseliny, nukleobáze či jiné prebiotické látky. Pokud se tedy na Titanu tvoří nová, neočekávaná krystalická forma HCN + uhlovodíky, mohl by to být krok k porozumění cesty, kterou se chemie vydává, když opustí bezpečí Země.

Na druhou stranu, pozemské učebnice molekulární chemie zatím tyto combinace neobsahují. Pravidlo „podobné se rozpouští“ je jedním z filozofických pilířů chemického uvažování. To, že ho Titan „zrušil“, neznamená, že celý obor padá — ale že planetární podmínky mohou měnit základy toho, co považujeme za neměnné. Jak vědci říkají: „Je to vzácná výjimka, ne nový zákon“.

Budoucí kroky zahrnují další simulace i návrhy mini-laboratoří na palubě kosmické sondy, které by mohly přímo na Titanu ověřit přítomnost těchto krystalů. Kromě toho se sleduje možnost, zda podobné jevy nastávají i na jiných tělesech — například v ledových měsících Jupitera či v exoplanetárních atmosférách. Jeho existence tedy rozšíří pole astromateriálu — vetřelce v katalogu chemie.

Čtěme proto Titan nejen jako měsíc s jezery z metanu a ethanu, ale jako planetu-laboratoř, která nám ukazuje, že i ty nejzákladnější pravidla mohou mít „záložní plán“. A zatímco kosmické sondy stále startují a detektory čtou, my můžeme začít přepisovat představy o tom, co může být „pevnou látkou“.