โทลินส์ (ตามคำภาษากรีก θολός ( tholós ) ซึ่งแปลว่า "ขุ่นมัว" หรือ "เป็นโคลน" ^{[ 1 ]}มาจาก คำภาษา กรีกโบราณ ที่แปลว่า "หมึกสีน้ำตาล") เป็น สารประกอบอินทรีย์หลากหลายชนิด ที่เกิดจากการฉาย รังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์หรือ รังสีคอสมิก ของสารประกอบที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบอย่างง่าย เช่นคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO₂)), มีเทน ( CH )) หรืออีเทน ( C )ชม) มักใช้ร่วมกับไนโตรเจน ( N)) หรือน้ำ ( H )O ). ^{[ 2 ] [ 3 ]}โทลินเป็นวัสดุคล้ายพอลิเมอร์ ที่ไม่เป็นระเบียบซึ่งประกอบด้วยโซ่ซ้ำๆ ของหน่วยย่อยที่เชื่อมต่อกันและการผสมผสานที่ซับซ้อนของกลุ่มฟังก์ชัน โดยทั่วไปคือ ไนไตรล์และไฮโดรคาร์บอนและรูปแบบที่เสื่อมสภาพ เช่นเอมีนและฟีนิล โทลินไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบน โลกในปัจจุบันแต่พบได้ในปริมาณมากบนพื้นผิวของวัตถุที่เป็นน้ำแข็งในระบบสุริยะ ชั้นนอก และในรูปของ ละอองลอยสีแดงในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และดวงจันทร์ในระบบสุริยะชั้นนอก

ในสภาวะที่มีน้ำ โทลินอาจเป็นวัตถุดิบสำหรับเคมีก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิต (เช่น เคมีที่ไม่มีชีวิตซึ่งเป็นส่วนประกอบของสารเคมีพื้นฐานที่สิ่งมีชีวิตสร้างขึ้น) การมีอยู่ของโทลินมีนัยสำคัญต่อต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกและอาจรวมถึงดาวเคราะห์ดวงอื่นด้วย ในฐานะอนุภาคในชั้นบรรยากาศ โทลินจะกระจายแสงและอาจส่งผลต่อสภาพที่เอื้อต่อการดำรงชีวิต

โทลินอาจผลิตได้ในห้องปฏิบัติการ และโดยทั่วไปจะศึกษาในฐานะส่วนผสมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของสารเคมีหลายชนิดที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติที่แตกต่างกันมากมาย โดยใช้เทคนิคต่างๆ รวมถึงการวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริกนักเคมีดาราศาสตร์จะวิเคราะห์องค์ประกอบของส่วนผสมโทลินที่ผลิตในห้องปฏิบัติการและลักษณะที่แน่นอนของสารเคมีแต่ละชนิดภายในนั้น^{[ 4 ]}

คำว่า "tholin" ถูกบัญญัติโดยนักดาราศาสตร์Carl Saganและเพื่อนร่วมงานของเขาBishun Khareเพื่ออธิบายสารที่ยากต่อการระบุลักษณะที่พวกเขาได้รับจากการทดลองประเภท Miller–Urey ของเขา เกี่ยวกับส่วนผสมของก๊าซที่มีมีเทน เช่นที่พบในชั้นบรรยากาศของไททัน^{[ 1 ]}บทความของพวกเขาที่เสนอชื่อ "tholin" กล่าวว่า:

ตลอดทศวรรษที่ผ่านมา เราได้ผลิตสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อนหลากหลายชนิดในห้องปฏิบัติการของเรา โดยใช้ส่วนผสมของก๊าซCH ที่มีอยู่มากมายในอวกาศ, ซีชม, NH, ชมO , HCHO และHS.ผลิตภัณฑ์ที่สังเคราะห์โดยแสงอัลตราไวโอเลต (UV) หรือการปล่อยประกายไฟ เป็นสารตกค้างสีน้ำตาล บางครั้งเหนียว ซึ่งถูกเรียกว่า "พอลิเมอร์ที่ยากต่อการวิเคราะห์" เนื่องจากความต้านทานต่อเคมีวิเคราะห์แบบดั้งเดิม [...] เราเสนอให้ใช้คำว่า 'tholins' (ภาษากรีก Θολός แปลว่า โคลน แต่ยังหมายถึง Θόλος แปลว่า โดมหรือเพดานโค้ง) เป็นคำอธิบายที่ไม่ขึ้นกับแบบจำลอง แม้ว่าเราจะสนใจวลี 'star-tar' ก็ตาม^{[ 3 ] [ 1 ]}

โทลินไม่ใช่สารประกอบเฉพาะเจาะจง แต่เป็นการอธิบายถึงสเปกตรัมของโมเลกุล รวมถึงเฮเทอโรพอลิเมอร์ [ ^{5 ] [ 6 ] ซึ่งทำให้ เกิด}พื้นผิวอินทรีย์สีแดงปกคลุมบนพื้นผิวของดาวเคราะห์บางดวง โทลินเป็นวัสดุคล้ายพอลิเมอร์ที่ไม่เป็นระเบียบซึ่งประกอบด้วยโซ่ที่ซ้ำกันของหน่วยย่อยที่เชื่อมต่อกันและการรวมกันที่ซับซ้อนของกลุ่มฟังก์ชัน^{[ 7 ]} Sagan และ Khare ตั้งข้อสังเกตว่า "คุณสมบัติของโทลินจะขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่ใช้และความอุดมสมบูรณ์เริ่มต้นของสารตั้งต้น แต่ความคล้ายคลึงกันทางกายภาพและเคมีโดยทั่วไประหว่างโทลินต่างๆ นั้นเห็นได้ชัด" ^{[ 1 ]}

นักวิจัยบางคนในสาขานี้ชอบใช้คำจำกัดความที่แคบลงของโทลิน ตัวอย่างเช่น S. Hörst เขียนว่า: "ส่วนตัวแล้ว ผมพยายามใช้คำว่า 'โทลิน' เฉพาะเมื่ออธิบายตัวอย่างที่ผลิตในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเรายังไม่รู้แน่ชัดว่าวัสดุที่เราผลิตในห้องปฏิบัติการนั้นมีความคล้ายคลึงกับวัสดุที่พบในสถานที่ต่างๆ เช่น ไททันหรือไทรทัน (หรือพลูโต!) มากน้อยเพียงใด" ^{[ 3 ]}นักวิจัยชาวฝรั่งเศสก็ใช้คำว่าโทลินเฉพาะเมื่ออธิบายตัวอย่างที่ผลิตในห้องปฏิบัติการในฐานะแบบจำลองเช่นกัน^{[ 8 ]}นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ก็ชอบใช้คำว่า 'โทลิน' สำหรับผลิตภัณฑ์จากการจำลองในห้องปฏิบัติการ และใช้คำว่า 'สารตกค้างที่ทนความร้อน' สำหรับการสังเกตการณ์จริงบนวัตถุทางดาราศาสตร์^{[ 7 ]}

องค์ประกอบหลักของโทลิน ได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดในห้องปฏิบัติการของโทลินที่สังเคราะห์ขึ้นในห้องทดลองได้ยืนยันการระบุกลุ่มทางเคมีที่พบก่อนหน้านี้ ซึ่งรวมถึงเอมีน ปฐม ภูมิไนไตรล์และ ส่วน อัลคิลเช่นCH/ CHก่อให้เกิดของแข็งโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างซับซ้อนและไม่เป็นระเบียบ การทดสอบในห้องปฏิบัติการได้สร้างของแข็งที่ซับซ้อนซึ่งเกิดจากการสัมผัสกับไนโตรเจน: CHส่วนผสมของก๊าซไปสู่การปล่อยประจุไฟฟ้าในสภาวะพลาสมาเย็น ชวนให้นึกถึงการทดลอง Miller–Urey อันโด่งดัง ที่ดำเนินการในปี พ.ศ. 2495 ^{[ 9 ]}

ดังที่แสดงในภาพ เชื่อกันว่าโทลินเกิดขึ้นในธรรมชาติผ่านปฏิกิริยาเคมีต่อเนื่องที่เรียกว่าการสลายตัวด้วยความร้อนและการสลายตัวด้วยรังสีโดยเริ่มต้นจากการแตกตัวและการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลไนโตรเจน ( N)) และมีเทน ( CH )) โดยอนุภาคพลังงานสูงและรังสีจากดวงอาทิตย์ ตามมาด้วยการก่อตัวของเอทิลีนอีเทนอะเซทิลีนไฮโดรเจนไซยาไนด์และโมเลกุลขนาดเล็กอื่นๆ รวมถึงไอออนบวกขนาดเล็ก ปฏิกิริยาเพิ่มเติมก่อให้เกิดเบนซีนและโมเลกุลอินทรีย์อื่นๆ และการเกิดพอลิเมอไรเซชันของโมเลกุลเหล่านี้จะนำไปสู่การก่อตัวของละอองลอยของโมเลกุลที่หนักกว่า ซึ่งจะควบแน่นและตกตะกอนลงบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ด้านล่าง^{[ 10 ]}

โทลินที่เกิดขึ้นที่ความดันต่ำมักจะมีอะตอมไนโตรเจนอยู่ภายในโมเลกุล ในขณะที่โทลินที่เกิดขึ้นที่ความดันสูงมีแนวโน้มที่จะมีอะตอมไนโตรเจนอยู่ที่ตำแหน่งปลาย^{[ 11 ] [ 12 ]}

โทลินอาจเป็นองค์ประกอบหลักของตัวกลางระหว่างดาว^{[ 1 ]}บนไททัน ปฏิกิริยาเคมีของพวกมันเริ่มต้นที่ระดับความสูงมากและมีส่วนร่วมในการก่อตัวของอนุภาคอินทรีย์แข็ง^{[ 8 ]}

สารที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศเหล่านี้แตกต่างจากไอซ์โทลิน IIซึ่งเกิดจากการฉายรังสี ( เรดิโอไลซิส ) ของแคลทเรตของน้ำและสารประกอบอินทรีย์ เช่น มีเทน ( CH₄)) หรืออีเทน ( C )ชม). ^{[ 2 ] [ 13 ]}การสังเคราะห์ที่เกิดจากรังสีบนน้ำแข็งไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ^{[ 2 ]}

แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าแม้จะอยู่ห่างจากรังสี UV ของดาวฤกษ์ ปริมาณ รังสีคอสมิกอาจเพียงพอที่จะเปลี่ยนเม็ดน้ำแข็งที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบทั้งหมดให้กลายเป็นสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนได้ภายในเวลาไม่ถึงอายุขัยของ^เมฆระหว่างดาวฤกษ์ ทั่วไป [ ^{2 ]}

นักวิจัยบางคนคาดการณ์ว่าโลกอาจได้รับการเพาะเลี้ยงด้วยสารประกอบอินทรีย์ในช่วงต้นของการพัฒนาโดยดาวหางที่อุดมไปด้วยโทลิน ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาสิ่งมีชีวิต^{[ 1 ] [ 2 ]} (ดูการทดลองของมิลเลอร์-ยูเรย์เพื่อการอภิปราย) โทลินไม่มีอยู่ตามธรรมชาติบนโลกในปัจจุบันเนื่องจากคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ขององค์ประกอบออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศนับตั้งแต่เหตุการณ์การเพิ่มออกซิเจนครั้งใหญ่เมื่อประมาณ 2.4 พันล้านปีก่อน^{[ 14 ]}

การทดลองในห้องปฏิบัติการ^{[ 15 ]}ชี้ให้เห็นว่าโทลินที่อยู่ใกล้แอ่งน้ำขนาดใหญ่ที่อาจคงอยู่ได้นานหลายพันปี อาจช่วยอำนวยความสะดวกในการเกิดเคมีก่อนกำเนิดสิ่งมีชีวิต^{[ 16 ] [ 3 ]}และมีนัยสำคัญต่อต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกและอาจรวมถึงดาวเคราะห์ดวงอื่น ด้วย ^{[ 3 ] [ 14 ]}นอกจากนี้ ในฐานะอนุภาคในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบโทลินยังส่งผลต่อการกระเจิงของแสงและทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันพื้นผิวของดาวเคราะห์จากรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งส่งผลต่อ ความสามารถในการอยู่อาศัย [ ^{3 ] [ 17 ] การ}จำลองในห้องปฏิบัติการพบสารตกค้างที่เกี่ยวข้องกับกรดอะมิโนรวมถึงยูเรีย ซึ่งมี นัยสำคัญทางด้านดาราชีววิทยา^{[ 14 ] [ 15 ] [ 18 ]}

บนโลก แบคทีเรียในดินหลากหลายชนิดสามารถใช้โทลินที่ผลิตในห้องปฏิบัติการเป็นแหล่งคาร์บอนเพียงอย่างเดียวได้ โทลินอาจเป็นอาหารจุลินทรีย์ชนิดแรกสำหรับจุลินทรีย์เฮเทอโรโทรฟิก ก่อนที่ ออโตโทรฟีจะวิวัฒนาการ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Sagan และ Khare สังเกตเห็นการมีอยู่ของโทลินในหลายตำแหน่ง: "ในฐานะองค์ประกอบของมหาสมุทรดั้งเดิมของโลกและเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดของชีวิตในฐานะองค์ประกอบของละอองลอยสีแดงในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ชั้นนอกและไททัน พบได้ในดาวหางอุกกาบาตคาร์บอนเนเชียสคอนไดรต์ และเนบิวลาสุริยะก่อนดาวเคราะห์ และในฐานะองค์ประกอบหลักของสสารระหว่างดาว " ^{[ 1 ]}พื้นผิวของดาวหางเซนทอร์และดวงจันทร์น้ำแข็งจำนวนมากและ วัตถุใน แถบไคเปอร์ในระบบสุริยะชั้นนอกอุดมไปด้วยแหล่งสะสมของโทลิน^{[ 21 ]}

โทลิน ของไททัน เป็น สารอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนสูง^{[ 22 ] [ 23 ] ซึ่งเกิดจากการฉายรังสีของส่วนผสมก๊าซไนโตรเจนและมีเทนที่พบในชั้นบรรยากาศและพื้นผิวของไททัน ชั้นบรรยากาศของไททันประกอบด้วยไนโตรเจนประมาณ 97% มีเทน 2.7±0.1% และก๊าซอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย [ 24 ]}ในกรณีของไททัน เชื่อกันว่าหมอกและสีส้มแดงของชั้นบรรยากาศเกิดจากการมีอยู่ของโทลิน^{[ 10 ] [ 25 ]}

บริเวณที่มีสีสันบนยูโรปา ซึ่งเป็นดาวบริวารของดาวพฤหัสบดี นั้น เชื่อกันว่าเป็นโทลิน^{[ 16 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของหลุมอุกกาบาตและสันเขาบนยูโรปา บ่งชี้ว่าวัสดุที่เป็นของเหลวไหลขึ้นมาจากรอยแตกซึ่ง เกิด การสลายตัวด้วยความร้อนและการสลายตัวด้วยรังสีในการสร้างโทลินที่มีสีสันบนยูโรปา จะต้องมีแหล่งวัสดุ (คาร์บอน ไนโตรเจน และน้ำ) และแหล่งพลังงานเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยา สันนิษฐานว่าสิ่งเจือปนในเปลือกน้ำแข็งของยูโรปาเกิดขึ้นจากภายในในรูปของ เหตุการณ์ ภูเขาไฟน้ำแข็งที่ผุดขึ้นมาบนพื้นผิว และสะสมมาจากอวกาศในรูปของฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์^{[ 16 ]}

เชื่อกันว่า บริเวณสีเข้มขนาดใหญ่บนซีกโลกด้านท้ายของดวงจันทร์เรีย ของดาวเสาร์ เกิดจากการสะสมของโทลิน^{[ 13 ]}

สังเกตพบว่าดวงจันทร์ ไทรทันของดาวเนปจูนมีสีแดงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของโทลิน^{[ 22 ]}บรรยากาศของไทรทันส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจน โดยมีมีเทนและคาร์บอนมอนอกไซด์ในปริมาณเล็กน้อย^{[ 29 ] [ 30 ]}

โทลินส์พบได้บนดาวเคราะห์แคระพลูโต^{[ 31 ]}และเป็นสาเหตุของสีแดง^{[ 32 ]}รวมถึงสีฟ้าอ่อนของชั้นบรรยากาศของพลูโต [ ^{33 ] เชื่อ} กันว่า ส่วนยอดสีน้ำตาลแดงของขั้วเหนือของชารอน [ ^{3 ] ซึ่ง เป็น} ดวงจันทร์ ที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาดวงจันทร์ทั้งห้าของพลูโตนั้นประกอบด้วยโทลินส์ ซึ่งเกิดจากมีเทน ไนโตรเจน และก๊าซที่เกี่ยวข้องที่ปล่อยออกมาจากชั้นบรรยากาศของพลูโตและถูกส่งผ่านระยะทางประมาณ 19,000 กม. (12,000 ไมล์) ไปยังดวงจันทร์ที่โคจรอยู่^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}

โทลินถูกตรวจพบในดาวเคราะห์แคระเซเรสโดยภารกิจดอว์น [ ^{37 ] [ 38 ] พื้น}ผิวส่วนใหญ่ของดาวเคราะห์อุดมไปด้วยคาร์บอนอย่างมาก โดยมีคาร์บอนประมาณ 20% โดยมวลในบริเวณใกล้พื้นผิว^{[ 39 ] [ 40 ]} ปริมาณคาร์บอนสูงกว่าในอุกกาบาต คาร์บอนเนเชียสคอนไดรต์ที่วิเคราะห์บนโลกมากกว่าห้าเท่า^{[ 40 ]}

Makemakeแสดงให้เห็นมีเทนอีเทน และโทลิน ในปริมาณมากรวมถึงเอทิลีนอะเซทิลีนและแอลเคนมวล มากในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งน่าจะเกิดจากการสลายด้วยแสงของมีเทนโดยรังสีจากดวงอาทิตย์^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

สีแดงอมส้มซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของโทลินส์เป็นลักษณะเฉพาะของวัตถุนอกเนปจูน จำนวนมาก รวมถึงพลูติโนในระบบสุริยะชั้นนอก เช่น28978 Ixion [ ^{44 ] การ}สะท้อนแสงสเปกตรัมของเซนทอร์ยังบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของโทลินส์บนพื้นผิวของพวกมัน^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}การสำรวจวัตถุในแถบไคเปอร์แบบคลาสสิก486958 Arrokoth โดยยาน New Horizonsเผยให้เห็นสีแดงอมส้มที่พื้นผิว ซึ่งบ่งชี้ถึงโทลินส์^{[ 7 ] [ 48 ]}

โทลินถูกตรวจพบในสถานที่โดย ภารกิจ โรเซตตาไปยังดาวหาง67P/Churyumov–Gerasimenko [ ^{49 ] [ 50 ] โท} ลินไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของดาวเคราะห์น้อยในแถบหลัก แต่ถูกตรวจพบในดาวเคราะห์น้อย24 Themis ^{[ 51 ] [ 52 ]}

อาจตรวจพบ Tholins ในระบบดาวฤกษ์ของดาวฤกษ์อายุน้อยHR 4796Aโดยใช้กล้องอินฟราเรดใกล้และสเปกโตรมิเตอร์หลายวัตถุ (NICMOS)บนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล^{[ 53 ]}ระบบHR 4796อยู่ห่างจากโลกประมาณ 220 ปีแสง^{[ 54 ]}

• อบิโอเจเนซิส  – การกำเนิดสิ่งมีชีวิตจากสสารที่ไม่มีชีวิต
• แอสฟัลทีน  – สารอินทรีย์โมเลกุลหนักที่พบในน้ำมันดิบ
• เฮโมลิธิน  – โปรตีนที่อ้างว่ามีต้นกำเนิดจากนอกโลก
• เคโรเจน  – สารอินทรีย์แข็งในหินตะกอน
• สมมติฐานโลก PAH  – สมมติฐานเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต
• สมมติฐานการกำเนิดชีวิต จากอสุจิเทียม (Pseudo-panspermia)  – สมมติฐานที่ได้รับการสนับสนุนเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิต