ثولين Tholin (عن اليونانية θολός ( tholós ) "ضبابي" أو "موحل" ؛ [2] من الكلمة اليونانية القديمة التي تعني "حبر بني داكن") عبارة عن مجموعة متنوعة من المركبات العضوية التي تشكلت بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية أو الأشعة الكونية على مركبات بسيطة تحتوي على الكربون مثل ثاني أكسيد الكربون ، و الميثانCH4 أو الإيثانC2H6 ، غالبًا بالاشتراك مع النيتروجينN2 أو الماءH2O.[3][4] الثولين عبارة عن مواد شبيهة بالبوليمر غير مرتبة ، مصنوعة من سلاسل متكررة لوحدات فرعية مرتبطة ،ومجموعات معقدة من المجموعات الوظيفية ، مثل النتريلوالهيدروكربونات وأشكالها المتحللة كالأميناتوالفينيل . لا يتشكل الثولين بشكل طبيعي على الأرض في العصر الحديث ، ولكنها توجد بكثرة على أسطح الأجرام الجليدية في النظام الشمسي الخارجي ، وكهباء ضارب إلى الحمرة في الغلاف الجوي للكواكب والأقمار الخارجية للنظام الشمسي.
في وجود الماء ، يمكن أن تكون الثولينات مواد خام لكيمياء البريبايوتيك (أي الكيمياء غير الحية التي تشكل المواد الكيميائية الأساسية التي تتكون منها الحياة). وجودها له آثار على أصول الحياة على الأرض وربما على الكواكب الأخرى. كجسيمات في الغلاف الجوي ، تشتت الثولينات الضوء ، ويمكن أن تؤثر على القابلية للسكنى .
يمكن إنتاج الثولينات في المختبر ، وعادة ما تتم دراستها كمزيج غير متجانس من العديد من المواد الكيميائية مع العديد من الهياكل والخصائص المختلفة. باستخدام تقنيات مثل التحليل الحراري الوزني ، يقوم علماء الكيمياء الفلكية بتحليل تكوين خلائط الثولينات هذه ، و تعيين الخواص الدقيقة للمواد الكيميائية الفردية داخلها.[5]
نظرة عامة
مصطلح "ثولين" صاغه عالم الفلك كارل ساجان وزميله بيشون خير لوصف المواد التي يصعب وصفها التي حصلوا عليها في تجارب ميلر-أوري على مخاليط الغاز المحتوية على الميثان مثل تلك الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب لتيتان.[2] رسالتهم العلمية اقترحت اسم "ثولين":
على مدار العقد الماضي ، كنا ننتج في مختبرنا مجموعة متنوعة من المواد الصلبة العضوية المعقدة من مخاليط الغازات الوفيرة كونيًا CH4 ، و C2H6 ، و NH3 ، و H2O و HCHO و H2S . المنتج الذي يتم تصنيعه بواسطة الضوء فوق البنفسجية (UV) أو التفريغ الكهربي يكون عبارة عن بقايا بنية وأحيانًا لزجة ، وقد اختير تسميتها هكذا بسبب مقاومتها للكيمياء التحليلية التقليدية ، إنها "بوليمر مستعص على الحل". [. . . ] نقترح ، كمصطلح وصفي مبدئي ، ثولينات"tholins" (Gk Θὸλος ،عن اليونانية بمعنى "موحل" ؛ ولكن أيضًا Θoλòς ، "قبو" أو "قبة") ، على الرغم من إغراءنا بعبارة "star-tar".[2][4]
الثولينات ليس مركبًا واحدًا محددًا ولكنه بالأحرى وصف لمجموعة من الجزيئات ، بما في ذلك البوليمرات غير المتجانسة ، [6][7] التي تعطي سطحًا عضويًا ضارب إلى الحمرة على أسطح كوكبية معينة. الثولينات عبارة عن مواد شبيهة بالبوليمر غير مرتبة مصنوعة من سلاسل متكررة لوحدات فرعية مرتبطة ومجموعات معقدة من المجموعات الوظيفية في الكيمياء. ملاحظة "ساجان" و "خاره" "ستعتمد خصائص الثولين على مصدر الطاقة المستخدمة، والوفرة الأولية للسلائف ، ولكن من الواضح وجود تشابه فيزيائي وكيميائي عام بين مختلف الثولينات." [2]
يفضل بعض الباحثين في هذا المجال تعريفًا ضيقًا للثولين ، على سبيل المثال كتب إس. هورست :"أنا شخصياً أحاول استخدام كلمة "tholins" فقط عند وصف العينات المنتجة في المختبر ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أننا لا نعرف حتى الآن مدى تشابه المواد التي ننتجها في المختبر مع المواد الموجودة في أماكن مثل Titan أو Triton ( أو بلوتو). " [4] يستخدم الباحثون الفرنسيون أيضًا مصطلح الثولين فقط عند وصف العينات المنتجة في المختبر بأنها نظائرها.[8] كما يفضل علماء ناسا أيضًا كلمة "ثولين" لمنتجات المحاكاة المعملية ، ويستخدمون مصطلح "مترسبات حرارية" للمشاهدات الفعلية لأجسام فلكية.
تشكيلها
قد تكون الثولينات مكونًا رئيسيًا للوسط النجمي .[2] على تيتان ، بدأت الكيمياء الخاصة بهم على ارتفاعات عالية وتشارك في تكوين الجسيمات العضوية الصلبة.[8] عناصرها الأساسية هي الكربون والنيتروجين والهيدروجين. أكد التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء في المختبر للثيولين المركب تجريبياً التعريفات السابقة للمجموعات الكيميائية الموجودة ، بما في ذلك الأمينات الأولية ، والنيتريل ، وأجزاء الكيل مثل CH2 / CH3 تشكيل المواد الصلبة الجزيئية المعقدة . أنتجت الاختبارات المعملية مواد صلبة معقدة تكونت من تعرض N2 : CH4 مخاليط غازية للتفريغ الكهربائي في ظروف البلازما الباردة ، تذكرنا تجربة ميلر-أوريUrey الشهيرة التي أجريت عام 1952.[9]
كما هو موضح إلى اليمين ، يُعتقد أن الثولين يتشكل في الطبيعة من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية المعروفة باسم الانحلال الحراري والانحلال الإشعاعي . يبدأ هذا بتفككوتأينالنيتروجين الجزيئي ( N2 ) والميثان ( CH4 ) بواسطة الجسيمات النشطة والإشعاع الشمسي. يتبع ذلك تكوين الإيثيلينوالإيثانوالأسيتيلينوسيانيد الهيدروجين وجزيئات بسيطة أخرى وأيونات موجبة صغيرة. تشكل التفاعلات الإضافية البنزين والجزيئات العضوية الأخرى ، وتؤدي بلمرتها إلى تكوين رذاذ من جزيئات أثقل ، والتي تتكثف بعد ذلك وتترسب على سطح الكوكب .[10] تميل الثولينات المتكونة عند ضغط منخفض إلى احتواء ذرات النيتروجين في الجزء الداخلي من جزيئاتها ، في حين أن الثولينات المتكونة عند ضغط مرتفع من المرجح أن تحتوي على ذرات نيتروجين تقع في مواضع نهائية من الجزيئات .[11][12]
تختلف هذه المواد المشتقة من الغلاف الجوي عن Ice tholin II ، والتي تتشكل بدلاً من ذلك عن طريق التشعيع ( التحلل الإشعاعي) لمركبات clathrates من الماء والمركبات العضوية مثل الميثان ( CH4 ) أو الإيثان ( C2H6 ).[3][13] لا يعتمد التحضير الناجم عن الإشعاع على الجليد على درجة الحرارة.[3]
الأهمية البيولوجية
يعتقد بعض الباحثين بأن الأرض قد تكون قد "بـُذرت" بالمركبات العضوية في وقت مبكر من تطورها بواسطة المذنبات الغنية بالثولين ، مما يوفر المواد الخام اللازمة لتطور الحياة [2][3] (انظر تجربة ميلر-أوري للمناقشة المتعلقة بهذا) . لا توجد الثولين بشكل طبيعي على الأرض الحالية بسبب الخصائص المؤكسدة لمكون الأكسجين الحر في غلافها الجوي منذ حدث الأكسجة العظيم منذ حوالي 2.4 مليار سنة.[14]
على الأرض يمكن لمجموعة متنوعة من بكتيريا التربة استخدام الثولين المنتج في المختبر كمصدر وحيد للكربون. يمكن أن يكون الثولين أول غذاء ميكروبي للكائنات الدقيقة غيرية التغذية قبل أن يتطور الضمور الذاتي.[19][20]
الحدوث
لاحظ "ساجان" و "كاره" وجود الثولين في مواقع متعددة: "كمكوِّن لمحيطات الأرض البدائية وبالتالي ذات صلة بأصل الحياة ؛ وكمكون من الهباء الجوي الأحمر في الأغلفة الجوية للكواكب الخارجية وتيتان ؛ وموجودة في المذنبات ، والكويكبات الكوندريتية الكربونية carbonaceous chondrites ، والسدم الشمسية وما كان قبل الكواكب ؛ وكمكون رئيسي للوسط النجمي . " [2] أسطح المذنبات ، والقنطور ، والعديد من الأقمار الجليدية وأجسام حزام كايبر في النظام الشمسي الخارجي غنية برواسب الثولينات.[21]
أقمار
تيتان
ثولينات تيتان هي مواد عضوية غنية بالنيتروجين [22][23] تنتج عن طريق تشعيع الخلائط الغازية من النيتروجين والميثان الموجودة في الغلاف الجوي وسطح تيتان. يتكون الغلاف الجوي لتيتان من 97٪ نيتروجين ،و 2.7 ٪ ميثان ،وكميات قلية جدا المتبقية من الغازات الأخرى.[24] في حالة تيتان ، يُعتقد أن كلا من الضباب واللون البرتقالي الأحمر لغلافه الجوي ناتجا عن وجود الثولينات.[10][25]
القمر أوروبا
يُعتقد أن المناطق الملونة على قمر المشتري أوروبا هي ثولينات.[16][26][27][28] يشير الشكل المورفولوجي للحفر والتلال الناتجة عن تأثير أوروبا إلى تسرب المواد المميعة من الكسور حيث يحدث الانحلال الحراري والانحلال الإشعاعي . من أجل توليد الثولينات الملونة على أوروبا ، يجب أن يكون هناك مصدر للمواد (الكربون والنيتروجين والماء) ، ومصدر للطاقة لتحريك التفاعلات. يُفترض أن الشوائب الموجودة في قشرة الجليد المائي في أوروبا تظهر من الداخل كأحداث بركانية جليدية تطفو على السطح من جديد للجسم ، وتتراكم من الفضاء على شكل غبار بين الكواكب.[16]
ريا
يُعتقد أن المناطق المظلمة الواسعة في نصف الكرة المتعرج لقمر زحل ريا قد ترسبت بالثولينات.[29]
تريتون
لوحظ أن قمر نبتون تريتون له خاصية اللون المحمر التي تميز الثولينات.[30] يتكون الغلاف الجوي لتريتون في الغالب من النيتروجين ، مع كميات ضئيلة من الميثان وأول أكسيد الكربون.[31][32]
أقزام كوكبية
بلوتو
توجد الثولينات على كوكببلوتو القزم [33] وهي مسؤولة عن الألوان الحمراء [34] بالإضافة إلى الصبغة الزرقاء للغلاف الجوي لبلوتو .[35] يُعتقد أن الغطاء البني المحمر للقطب الشمالي لشارون ، وهو الأكبر من بين خمسة أقمار لبلوتو ، يتكون من ثولينات ، ينتج من [36] والنيتروجين والغازات ذات الصلة المنبعثة من الغلاف الجوي لبلوتو والتي انتقلت مسافة أكثر من 19,000 كـم (12,000 ميل) إلى القمر الذي يدور حوله.[37][38]
سيريس
تم اكتشاف ثولينات على الكوكب القزم سيريس بواسطة مهمة Dawn .[39][40] معظم سطح الكوكب غني للغاية بالكربون ، مع وجود ما يقرب من 20٪ من الكربون بالكتلة في سطحه القريب.[41][42] محتوى الكربون أعلى بخمس مرات من النيازك الكربونية الكوندريتية التي تم تحليلها على الأرض.[42]
تُظهر النماذج أنه حتى عندما تكون بعيدة عن الأشعة فوق البنفسجية للنجم ، قد تكون جرعات الأشعة الكونية كافية تمامًا لتحويل حبيبات الجليد المحتوية على الكربون بالكامل إلى مواد عضوية معقدة في أقل من عمر السحابة البينجمية النموذجية.[57]
أنظر أيضا
Abiogenesis – Natural process by which life arises from non-living matter
Asphaltene – Heavy organic molecular substances that are found in crude oil
Hemolithin – Protein claimed to be of extraterrestrial origin
Kerogen – Solid organic matter in sedimentary rocks
PAH world hypothesis – Hypothesis about the origin of life
Pseudo-panspermia – Supported hypothesis for the origin of life
^ ابNna-Mvondo، Delphine؛ de la Fuente، José L.؛ Ruiz-Bermejo، Marta؛ Khare، Bishun؛ McKay، Christopher P. (سبتمبر 2013). "Thermal characterization of Titan's tholins by simultaneous TG–MS, DTA, DSC analysis". Planetary and Space Science. ج. 85: 279–288. Bibcode:2013P&SS...85..279N. DOI:10.1016/j.pss.2013.06.025.
^Cleaves، H. James؛ Neish، Catherine؛ Callahan، Michael P.؛ Parker، Eric؛ Fernández، Facundo M.؛ Dworkin، Jason P. (2014). "Amino acids generated from hydrated Titan tholins: Comparison with Miller–Urey electric discharge products". Icarus. ج. 237: 182–189. Bibcode:2014Icar..237..182C. DOI:10.1016/j.icarus.2014.04.042.
^ ابDubois، David؛ Carrasco، Nathalie؛ Petrucciani، Marie؛ Vettier، Ludovic؛ Tigrine، Sarah؛ Pernot، Pascal (2019). "In situ investigation of neutrals involved in the formation of Titan tholins". Icarus. ج. 317: 182–196. arXiv:1807.04569. Bibcode:2019Icar..317..182D. DOI:10.1016/j.icarus.2018.07.006.
^Eric Quirico, Gilles Montagnac, Victoria Lees, Paul F. McMillan, Cyril Szopa, Guy Cernogora, Jean-Noël Rouzaud, Patrick Simon, Jean-Michel Bernard, Patrice Coll, Nicolas Fray, Robert D. Minardi, François Raulin, Bruno Reynard, Bernard Schmitt (نوفمبر 2008). "New experimental constraints on the composition and structure of tholins". Icarus. ج. 198 ع. 1: 218–231. Bibcode:2008Icar..198..218Q. DOI:10.1016/j.icarus.2008.07.012.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
^ ابWaite، J.H.؛ Young، D.T.؛ Cravens، T.E.؛ Coates، A.J.؛ Crary، F.J.؛ Magee، B.؛ Westlake، J. (2007). "The process of tholin formation in Titan's upper atmosphere". Science. ج. 316 ع. 5826: 870–5. Bibcode:2007Sci...316..870W. DOI:10.1126/science.1139727. PMID:17495166.
^ ابColl، P. J.؛ Poch، O.؛ Ramirez، S. I.؛ Buch، A.؛ Brassé، C.؛ Raulin، F. (2010). "Prebiotic chemistry on Titan ? The nature of Titan's aerosols and their potential evolution at the satellite surface". AGU Fall Meeting Abstracts. ج. 2010: P31C–1551. Bibcode:2010AGUFM.P31C1551C.
^ ابجBorucki، Jerome G.؛ Khare، Bishun؛ Cruikshank، Dale P. (2002). "A new energy source for organic synthesis in Europa's surface ice". Journal of Geophysical Research: Planets. ج. 107 ع. E11: 24-1–24-5. Bibcode:2002JGRE..107.5114B. DOI:10.1029/2002JE001841.
^Ruiz-Bermejo، M.؛ Rivas، L. A.؛ Palacín، A.؛ Menor-Salván، C.؛ Osuna-Esteban، S. (2011). "Prebiotic synthesis of protobiopolymers under alkaline ocean conditions". Origins of Life and Evolution of the Biosphere. ج. 41 ع. 4: 331–45. Bibcode:2011OLEB...41..331R. DOI:10.1007/s11084-010-9232-z. PMID:21161385.
^Poch، Olivier؛ Pommerol، Antoine؛ Jost، Bernhard؛ Carrasco، Nathalie؛ Szopa، Cyril؛ Thomas، Nicolas (2016). "Sublimation of water ice mixed with silicates and tholins: Evolution of surface texture and reflectance spectra, with implications for comets". Icarus. ج. 267: 154–173. Bibcode:2016Icar..267..154P. DOI:10.1016/j.icarus.2015.12.017.
^Whalen، Kelly؛ Lunine، Jonathan I.؛ Blaney، Diana L. (2017). "MISE: A Search for Organics on Europa". American Astronomical Society Meeting Abstracts. ج. 229: 138.04. Bibcode:2017AAS...22913804W.
^Khare، B. N.؛ Nna Mvondo، D.؛ Borucki، J. G.؛ Cruikshank، D. P.؛ Belisle، W. A.؛ Wilhite، P.؛ McKay، C. P. (2005). "Impact Driven Chemistry on Europa's Surface". Bulletin of the American Astronomical Society. ج. 37: 753. Bibcode:2005DPS....37.5810K.
^"Pluto: The 'Other' Red Planet". NASA. 3 يوليو 2015. مؤرشف من الأصل في 2023-02-07. اطلع عليه بتاريخ 2015-07-06. Experts have long thought that reddish substances are generated as a particular color of ultraviolet light from the sun, called Lyman-alpha, strikes molecules of the gas methane (CH4) in Pluto's atmosphere, powering chemical reactions that create complex compounds called tholins.
^Pommerol، A.؛ وآخرون (2015). "OSIRIS observations of meter-sized exposures of H2O ice at the surface of 67P/Churyumov-Gerasimenko and interpretation using laboratory experiments". Astronomy & Astrophysics. ج. 583: A25. Bibcode:2015A&A...583A..25P. DOI:10.1051/0004-6361/201525977.
^Wright، I. P.؛ Sheridan، S.؛ Barber، S. J.؛ Morgan، G. H.؛ Andrews، D. J.؛ Morse، A. D. (2015). "CHO-bearing organic compounds at the surface of 67P/Churyumov-Gerasimenko revealed by Ptolemy". Science. ج. 349 ع. 6247: aab0673. Bibcode:2015Sci...349b0673W. DOI:10.1126/science.aab0673. PMID:26228155.
^Campins، Humberto؛ Hargrove، K؛ Pinilla-Alonso، N؛ Howell، ES؛ Kelley، MS؛ Licandro، J؛ Mothé-Diniz، T؛ Fernández، Y؛ Ziffer، J (2010). "Water ice and organics on the surface of the asteroid 24 Themis". Nature. ج. 464 ع. 7293: 1320–1. Bibcode:2010Natur.464.1320C. DOI:10.1038/nature09029. PMID:20428164.