Penemuan tentang bulan Saturnus, Titan, telah menantang apa yang selama ini dianggap para ilmuwan sebagai aturan dasar kimia.
Di dunia beku itu, dalam suhu yang sangat rendah, beberapa molekul yang dianggap tidak kompatibel secara mendasar ternyata dapat bergabung membentuk padatan yang belum pernah terlihat sebelumnya di Tata Surya.
Melansir infoInet, temuan mengejutkan ini diungkap dalam penelitian terbaru yang melibatkan kolaborasi antara ilmuwan dari Chalmers University of Technology di Swedia dan Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA.
Tim yang dipimpin oleh ahli kimia Fernando Izquierdo-Ruiz dari Chalmers University menyimpulkan bahwa materi asing ini kemungkinan besar melimpah di permukaan Titan.
“Ini adalah temuan yang sangat menarik yang dapat membantu kita memahami sesuatu dalam skala yang sangat besar, bulan Titan sebesar planet Merkurius,” kata ahli kimia lainnya dari Chalmers University of Technology, Martin Rahm, dikutip dari Science Alert.
Titan dikenal sebagai salah satu dunia paling menarik di Tata Surya. Bulan ini memiliki danau metana dan hidrokarbon cair yang mengandung senyawa kimia kompleks, sangat mirip dengan senyawa kimia prebiotik yang diperlukan untuk memicu kehidupan.
Kondisi tersebut bukan berarti kehidupan mungkin ada di sana, namun memberikan peluang bagi para ilmuwan untuk memahami bagaimana kehidupan bisa muncul dalam kondisi tertentu.
Salah satu unsur penting dalam kimia prebiotik adalah hidrogen sianida, senyawa yang dalam kondisi tepat dapat membentuk bahan penyusun kehidupan seperti nukleobasa dan asam amino. Zat ini diketahui sangat melimpah di Titan.
Namun, hidrogen sianida merupakan molekul yang sangat polar, memiliki distribusi elektron tidak merata sehingga menghasilkan muatan yang tidak seimbang. Sebaliknya, metana dan etana di Titan bersifat nonpolar. Biasanya, kedua jenis molekul ini saling menolak.
Energi yang dibutuhkan untuk menyatukan keduanya jauh lebih besar daripada energi yang memisahkannya. Mekanisme inilah yang menjelaskan mengapa air (polar) tidak dapat bercampur dengan minyak (nonpolar).
Penelitian tentang perilaku hidrogen sianida di Titan dimulai ketika para ilmuwan di Jet Propulsion Laboratory NASAmencoba memahami apa yang terjadi setelah molekul tersebut terbentuk di atmosfer Titan.
Mereka melakukan eksperimen pada suhu sekitar -180 derajat Celsius, yang sesuai dengan suhu permukaan bulan tersebut. Pada kondisi sedingin ini, hidrogen sianida berbentuk kristal, sementara metana dan etana tetap cair.
Setelah percobaan dijalankan dan hasilnya dianalisis, para peneliti NASA menemukan adanya perubahan pada campuran tersebut, tetapi mereka belum tahu pasti apa yang terjadi. Untuk menjawab misteri itu, mereka kemudian menggandeng tim ahli kimia di Chalmers University.
“Hal ini menghasilkan kolaborasi teoretis dan eksperimental yang menarik antara Chalmers dan NASA,” ujar Rahm.
“Pertanyaan yang kami ajukan agak gila, bisakah pengukuran ini dijelaskan oleh struktur kristal di mana metana atau etana dicampur dengan hidrogen sianida? Ini bertentangan dengan aturan kimia, ‘sejenis larut seperti’, yang pada dasarnya berarti bahwa seharusnya tidak mungkin untuk menggabungkan zat-zat polar dan non-polar ini,” urainya.
Dalam pengaturan eksperimen, para peneliti menurunkan suhu ruangan hingga sekitar -180 derajat Celsius dan menumbuhkan kristal hidrogen sianida. Ke dalam lingkungan tersebut, mereka kemudian menambahkan metana, etana, propana, dan butana.
Dengan menggunakan spektroskopi Raman, mereka merekam getaran molekul-molekul tersebut. Hasilnya menunjukkan pergeseran kecil namun jelas dalam osilasi hidrogen sianida setelah terkena paparan metana dan etana.
Temuan itu menandakan bahwa zat-zat yang tidak kompatibel tersebut tidak hanya berada berdekatan, tetapi juga berinteraksi satu sama lain.
Arah pergeseran ini menunjukkan bahwa ikatan hidrogen dalam hidrogen sianida diperkuat, dibengkokkan, dan diregangkan oleh kehadiran metana dan etana.
Untuk memastikan hasil tersebut, tim peneliti kemudian beralih ke pemodelan komputer. Hasil simulasi menunjukkan bahwa metana dan etana menyelinap di antara celah dalam kisi kristal hidrogen sianida, membentuk struktur baru yang dikenal sebagai ko-kristal, padatan gabungan yang stabil pada suhu seperti di Titan.
Dalam kondisi ekstrem seperti di bulan tersebut, molekul tidak banyak berguncang secara termal sebagaimana terjadi pada suhu yang lebih tinggi. Kondisi ini memungkinkan metana dan etana menembus hidrosianida, menunjukkan bahwa molekul yang biasanya saling menolak ternyata bisa berinteraksi dan bergabung.
“Penemuan interaksi tak terduga antara zat-zat ini dapat memengaruhi cara kita memahami geologi Titan dan bentang alamnya yang aneh berupa danau, laut, dan bukit pasir,” kata Rahm.
Meski hasil ini membuka wawasan baru tentang kimia di dunia lain, para ilmuwan masih harus menunggu bertahun-tahun untuk memastikan kebenarannya. Wahana Dragonfly, yang dirancang untuk menjelajahi permukaan Titan, baru dijadwalkan mendarat pada tahun 2034.
“Sampai saat itu, struktur-struktur ini merupakan pengingat yang merendahkan hati tentang betapa mengejutkannya kimia fundamental,” tulis para peneliti.
Dalam penelitian selanjutnya, tim berharap dapat menemukan zat nonpolar lain yang mungkin juga dapat bergabung dengan hidrogen sianida dalam kondisi serupa.
Artikel ini sudah tayang di infoInet
