第12章：土卫六大气中通过光化学作用进行的氮固定及其对前生物化学的意义...

研究背景

在地球上，大气分子氮(N2)是最丰富的氮源，但其化学惰性使得很少有自然过程能将其转化为化合物。现在，大多数N2通过固氮细菌和闪电自然地固定为其氧化或还原形式。然而，我们忽略了在生命出现之前原始地球大气中可能的氮固定机制，因为那时既没有生物产生的氧气(闪电后固定氮为NO所必需)，也没有固氮细菌。此外，我们星球在其形成后的头五十亿年里发生了什么，以及N2本身目前大量存在的起源，都是一个争议的话题。因此，在非生物环境如原始地球大气中进行的氮固定仍然是一个有待解决的开放问题。在缺乏关于原始地球大气组成和化学进化的信息的情况下，一个有效的科学方法依赖于研究与原始地球具有共同特征的行星的大气化学。关于类地系外行星的数据可能很快就会出现，但在那之前，最好的邻居是土卫六，它是土星的一个大卫星，因为它有一个以N2为主的密集大气和非常活跃的化学反应。土卫六的大气可以被认为在某种程度上让人想起地球的原始大气。这个工作假设有助于理解在生命出现之前，地球上前生物含氮分子的合成路线。前生物分子是在非生物过程中自然合成的有机分子，但具有一些复杂性和所有适当的“成分”，可以作为生物分子的前身，例如糖、氨基酸、核碱基等。

研究主旨

该论文探讨了土卫六大气中氮元素如何通过光化学作用从N2转化为各种含氮有机分子的过程。土卫六的高层大气中，N(2D)状态的原子氮与碳氢化合物发生反应，生成了腈、亚胺等分子。这些分子可能进一步通过聚合和共聚反应形成富含氮的有机气溶胶，类似于土卫六大气中的硫醇。这一过程对于理解前生物化学，即生命出现之前的化学演化，具有重要意义。

研究特点

由“惠更斯号”探测器上的气溶胶收集器和裂解器(ACP)确定的含氮有机分子的存在和气溶胶薄雾的组成表明，在土卫六的高层大气中存在涉及活性氮形式和碳氢化合物的某些化学反应。原子氮的第一电子激发态N(2D)与小碳氢化合物之间的中性-中性反应是形成腈、亚胺和其他简单含氮有机分子的最显著途径之一。封闭壳产物甲亚胺、乙亚胺、酮亚胺、2H-氮杂环丙烯和自由基产物CH3N、HCCN和CH2NCH可能是通过加成反应、聚合和共聚形成土卫六的富氮有机气溶胶以及在模拟土卫六大气的批量反应器中的硫醇的主要中间分子物种。

文章出处 第12章：土卫六大气中通过光化学作用进行的氮固定及其对前生物化学的意义