شیمی کیهان و تفاوت آن با اختر شیمی

شیمی کیهان چیست؟

شیمی کیهان یا کیهان شیمی از دیدگاه شیمیایی مطالعه ترکیب شیمیایی ماده در جهان و همچنین فرآیندهایی است که منجر به تولید این ترکیبات شده است. این دانش در ابتدا از طریق مطالعه بر روی ترکیب شیمیایی شهاب سنگ ها و سایر نمونه های فیزیکی به وجود آمد. با توجه به اینکه  سیارک ها و شهاب‌سنگ‌ها از اولین مواد جامدی بودند که در سحابی خورشیدی اولیه متراکم شدند، شیمی کیهان‌شناسان عموماً، به این اجسام موجود در سامانه خورشیدی توجه دارند.

در سال 1938 ویکتور گلدشمیت، کانی شناس سوئیسی و همکارانش فهرستی از آنچه را که «فراوانی کیهانی» نامیدند، بر اساس تجزیه و تحلیل خود از چندین نمونه خاکی و شهاب سنگ تهیه کردند. گلداشمیت گنجاندن داده‌های ترکیب شهاب‌سنگ‌ها در جدول خود را با این ادعا که سنگ‌های زمینی به دلیل فرآیندهای ذاتی زمین و جو در معرض تغییرات شیمیایی قابل توجهی قرار گرفته‌اند، توجیه کرد. این بدان معناست که فقط مطالعه سنگ های زمینی تصویر کلی دقیقی از ترکیب شیمیایی کیهان به دست نمی دهد. بنابراین، گلداشمیت به این نتیجه رسید که برای تولید داده‌های دقیق‌تر و قوی‌تر، باید مواد فرازمینی نیز گنجانده شود. این تحقیق به عنوان پایه و اساس شیمی کیهان مدرن در نظر گرفته می شود.

در طول دهه های 1950 و 1960، شیمی کیهان بیشتر به عنوان یک علم پذیرفته شد. هارولد اوری، که به طور کلی به عنوان یکی از پدران شیمی کیهان شناخته می شود، زیرا او درگیر پژوهش هایی بود که در نهایت به درک منشأ عناصر و فراوانی شیمیایی ستارگان منجر شد. در سال 1956، یوری و همکار آلمانی او هانس سوس، اولین جدول فراوانی کیهانی را منتشر کردند که شامل ایزوتوپ ها بر اساس تجزیه و تحلیل شهاب سنگی بود.

پیشرفت و اصلاح مداوم ابزارهای تجزیه ای در طول دهه 1960، به ویژه طیف سنجی جرمی، به شیمی کیهان شناسان اجازه داد تا تجزیه و تحلیل های دقیقی از فراوانی ایزوتوپی عناصر درون شهاب سنگ ها انجام دهند. در سال 1960، جان رینولدز، از طریق تجزیه و تحلیل هسته‌های اتم هایی با طول عمر کوتاه در شهاب‌سنگ‌ها، تعیین کرد که عناصر سامانه خورشیدی پیش از خود سامانه خورشیدی شکل گرفته‌اند و سپس شروع به ایجاد یک جدول زمانی از فرآیندهای سامانه خورشیدی اولیه کرد.

طیف سنجی جرمی تکنیکی است که برای تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی یک نمونه با اندازه گیری نسبت جرم به بار یون ها استفاده می شود. در طیف‌سنجی جرمی، یک نمونه برای ایجاد ذرات باردار یونیزه می‌شود و سپس بر اساس نسبت جرم به بار آن‌ها در یک تحلیلگر جرمی جدا می‌شوند. طیف جرمی حاصل اطلاعاتی در مورد وزن مولکولی، ساختار و ترکیب نمونه ارائه می دهد. طیف سنجی جرمی به طور گسترده در زمینه های مختلف مانند شیمی، بیوشیمی، علوم محیطی و پزشکی قانونی برای شناسایی و اندازه گیری مقدار ترکیبات استفاده می شود.

در اکتبر 2011، دانشمندان گزارش دادند که غبار کیهانی حاوی مواد آلی پیچیده (“جامدات آلی آمورف با ساختاری مخلوط آروماتیک-آلیفاتیک”) است که می تواند به طور طبیعی و به سرعت توسط ستارگان ایجاد شود.

در 29 آگوست 2012 و برای اولین بار در جهان، ستاره شناسان دانشگاه کپنهاگ کشف یک مولکول قند خاص، گلیکول آلدئید، را در یک منظومه ستاره ای دور گزارش کردند. این مولکول در اطراف IRAS 16293-2422 دوتایی پیش ستاره ای که در فاصله 400 سال نوری از زمین قرار دارد، پیدا شد. گلیکول آلدئید برای تشکیل اسید ریبونوکلئیک یا RNA مورد نیاز است که از نظر عملکرد مشابه DNA است. این یافته نشان می‌دهد که مولکول‌های آلی پیچیده ممکن است قبل از شکل‌گیری سیارات در منظومه‌های ستاره‌ای شکل بگیرند و در نهایت به سیارات جوان در اوایل شکل‌گیری می‌رسند.

در سپتامبر 2012، دانشمندان ناسا گزارش دادند که هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای (PAHs) که تحت شرایط محیط بین‌ستاره‌ای (ISM) قرار می‌گیرند و از طریق هیدروژن دار کردن، اکسیژن دار کردن و هیدروکسیل دارکردن به مواد آلی پیچیده‌تری تبدیل می‌شوند – «گامی در طول مسیر به سمت اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها. مواد اولیه پروتئین ها و DNA به ترتیب». علاوه بر این، در نتیجه این دگرگونی‌ها، PAHها امضای طیف‌سنجی خود را از دست می‌دهند که می‌تواند یکی از دلایل عدم شناسایی PAH در دانه‌های یخ بین‌ستاره‌ای، به‌ویژه مناطق بیرونی ابرهای سرد و متراکم یا لایه‌های مولکولی بالایی دیسک هاپیش سیاره‌ای باشد.

شهاب سنگ ها

شهاب سنگ ها یکی از مهم ترین نمونه هایی هستند که شیمی کیهان شناسان برای مطالعه ماهیت شیمیایی سامانه خورشیدی در اختیار دارند. بسیاری از شهاب‌سنگ‌ها از موادی تشکیل شده اند که به قدمت خود سامانه خورشیدی هستند و بنابراین اطلاعاتی از سحابی خورشیدی اولیه را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. کندریت های کربن دار به ویژه در این مورد پیشتاز هستند. به این معنا که آنها بسیاری از خواص شیمیایی خود را از زمان شکل‌گیری 4.56 میلیارد سال پیش حفظ کرده‌اند و بنابراین کانون اصلی پژوهش های شیمی کیهان هستند.

کندریت های کربنی نوعی شهاب سنگ هستند که حاوی سطوح بالایی از ترکیبات کربنی از جمله مولکول های آلی، اسیدهای آمینه و آب است. تصور می‌شود که آنها از ابتدایی‌ترین و بدون تغییرترین مواد سامانه خورشیدی هستند که قدمت آنها به مراحل اولیه شکل‌گیری آن بازمی‌گردد. کندریت‌های کربنی از این نظر مهم هستند که بینش‌های ارزشمندی را در مورد ترکیبات شیمیایی و فرآیندهایی که در طول شکل‌گیری سامانه خورشیدی روی داده‌اند را ارائه می‌دهند. این شهاب‌سنگ‌ها بر اساس کانی‌شناسی و ترکیب شیمیایی به چند گروه طبقه‌بندی می‌شوند. آنها اغلب حاوی اجزای کوچکی به نام کندرول هستند که دانه های کروی هستند که از قطرات مذاب در سحابی اولیه خورشیدی تشکیل شده اند. دانشمندان کندریت‌های کربنی را مطالعه می‌کنند تا درباره منشا مولکول‌های آلی، شرایط در سامانه خورشیدی اولیه و پتانسیل حیات در سایر نقاط جهان اطلاعات بیشتری کسب کنند.

شهاب‌سنگ‌های اولیه حاوی مقدار کمی ماده (<0.1%) هستند که به‌عنوان ذرات پیش‌خورشیدی شناخته شده‌اند که قدیمی‌تر از خود سامانه خورشیدی می باشند و مستقیماً از بقایای ابرنواختری مشتق شده‌اند که سامانه خورشیدی را تشکیل داده است. این ذرات از روی شیمی عجیب و مرموزشان که با سامانه خورشیدی بیگانه است (مانند ماتریس های گرافیت، الماس یا کاربید سیلیکون) قابل تشخیص هستند. آنها همچنین اغلب دارای نسبت های ایزوتوپی هستند که با بقیه سامانه خورشیدی (به ویژه خورشید) متفاوت است و با یکدیگر متفاوت هستند، که نشان دهنده منابع مختلف در تعدادی از رویدادهای مختلف ابرنواختر انفجاری است. شهاب‌سنگ‌ها همچنین ممکن است حاوی دانه‌های غبار بین‌ستاره‌ای باشند که از عناصر غیر گازی در محیط بین‌ستاره‌ای، به‌عنوان یکی از انواع غبار کیهانی مرکب («غبار ستاره‌ای») جمع‌آوری شده‌اند.

یافته‌های اخیر ناسا، بر اساس مطالعات شهاب‌سنگ‌های یافت شده در زمین، نشان می‌دهد که اجزای DNA و RNA (آدنین، گوانین و مولکول‌های آلی مرتبط) که بلوک‌های سازنده حیات آن‌گونه که ما می‌شناسیم هستند، ممکن است به صورت فرازمینی در فضای بیرونی شکل گرفته باشند.

تفاوت شیمی کیهان و اختر شیمی

اخترشیمی و کیهان شیمی هر دو شاخه هایی از شیمی هستند که ترکیب و واکنش عناصر و ترکیبات شیمیایی در فضا را مطالعه می کنند. با این حال، تفاوت های کلیدی بین این دو زمینه وجود دارد:

1. اخترشیمی بر مطالعه فرآیندهای شیمیایی در جهان، از جمله تشکیل و تکامل مولکول ها در فضای بین ستاره ای، جو سیاره ها و دنباله دارها تمرکز دارد. همچنین به بررسی نقش شیمی در پیدایش حیات و شرایط لازم برای وجود حیات در جهان می پردازد. پایه ی اختر شیمی طیف نگاری نوری است

2. از سوی دیگر، کیهان شیمی بیشتر بر مطالعه ترکیب شیمیایی اجرام آسمانی مانند شهاب سنگ ها، سیارک ها، سیارات و قمرها متمرکز است. به دنبال درک منشاء و تکامل این اجسام از طریق تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی آنها است. پایه ی شیمی کیهان بر اساس آزمایش های تجزیه ای بر روی نمونه های فیزیکی شهاب سنگ ها و دیگر نمونه ها و طیف نگاری جرمی می باشد.

به طور خلاصه، اخترشیمی بیشتر به فرآیندهای شیمیایی که در فضا رخ می دهد توجه دارد، در حالی که کیهان شیمی بیشتر بر ترکیب شیمیایی اجرام آسمانی متمرکز است. هر دو زمینه برای درک شیمی جهان و چگونگی تکامل آن در طول زمان مهم هستند.

سرچشمه:

Cosmochemistry