stringtranslate.com

Космохимия

Метеориты часто изучаются в рамках космохимии.

Космохимия (от древнегреческого κόσμος ( kósmos )  «вселенная» и χημεία ( khēmeía )  «химия») или химическая космология — это изучение химического состава материи во Вселенной и процессов, которые привели к этим составам. [1] Это делается в основном посредством изучения химического состава метеоритов и других физических образцов. Учитывая, что астероидные родительские тела метеоритов были одними из первых твердых материалов, которые конденсировались из ранней солнечной туманности , космохимики, как правило, но не исключительно, интересуются объектами, содержащимися в Солнечной системе .

История

В 1938 году швейцарский минералог Виктор Гольдшмидт и его коллеги составили список того, что они назвали «космическим изобилием», на основе анализа нескольких образцов земных и метеоритов. [2] Гольдшмидт обосновал включение данных о составе метеоритов в свою таблицу, утверждая, что земные породы подверглись значительному количеству химических изменений из-за внутренних процессов Земли и атмосферы. Это означало, что изучение исключительно земных пород не даст точной общей картины химического состава космоса. Поэтому Гольдшмидт пришел к выводу, что внеземной материал также должен быть включен для получения более точных и надежных данных. Это исследование считается основой современной космохимии. [1]

В 1950-х и 1960-х годах космохимия стала более принятой наукой. Гарольд Юри , которого широко считают одним из отцов космохимии, [1] занимался исследованиями, которые в конечном итоге привели к пониманию происхождения элементов и химического состава звезд. В 1956 году Юри и его коллега, немецкий ученый Ганс Зюсс , опубликовали первую таблицу космического содержания, включающую изотопы, основанные на анализе метеоритов. [3]

Продолжающееся совершенствование аналитической аппаратуры в течение 1960-х годов, особенно масс-спектрометрии , позволило космохимикам проводить детальный анализ изотопного содержания элементов в метеоритах. В 1960 году Джон Рейнольдс путем анализа короткоживущих нуклидов в метеоритах определил, что элементы Солнечной системы были сформированы до самой Солнечной системы [4] , что положило начало установлению хронологии процессов ранней Солнечной системы.

Метеориты

Метеориты являются одним из важнейших инструментов, которые есть у космохимиков для изучения химической природы Солнечной системы. Многие метеориты происходят из материала, который так же стар, как и сама Солнечная система, и, таким образом, предоставляют ученым запись о ранней солнечной туманности . [1] Углеродистые хондриты особенно примитивны; то есть они сохранили многие из своих химических свойств с момента своего образования 4,56 миллиарда лет назад, [5] и поэтому являются основным направлением космохимических исследований.

Самые примитивные метеориты также содержат небольшое количество материала (<0,1%), который теперь признан досолнечными зернами , которые старше самой Солнечной системы, и которые получены непосредственно из остатков отдельных сверхновых, поставлявших пыль, из которой образовалась Солнечная система. Эти зерна узнаваемы по их экзотической химии, которая чужда Солнечной системе (например, матрицы графита, алмаза или карбида кремния). Они также часто имеют изотопные соотношения, которые не являются таковыми в остальной части Солнечной системы (в частности, Солнца), и которые отличаются друг от друга, указывая на источники в ряде различных взрывных событий сверхновых. Метеориты также могут содержать межзвездные пылевые зерна, которые собрались из негазообразных элементов в межзвездной среде, как один из типов составной космической пыли («звездная пыль»). [1]

Недавние открытия НАСА , основанные на исследованиях метеоритов , найденных на Земле , показывают, что компоненты ДНК и РНК ( аденин , гуанин и родственные органические молекулы ), строительные блоки для жизни, какой мы ее знаем, могут быть сформированы внеземными существами в открытом космосе . [6] [7] [8]

Кометы

30 июля 2015 года ученые сообщили, что после первой посадки посадочного модуля Philae на поверхность кометы 67/P измерения с помощью приборов COSAC и Ptolemy выявили шестнадцать органических соединений , четыре из которых были впервые обнаружены на комете, включая ацетамид , ацетон , метилизоцианат и пропионовый альдегид . [9] [10] [11]

Исследовать

В 2004 году ученые сообщили [12] об обнаружении спектральных признаков антрацена и пирена в ультрафиолетовом свете , излучаемом туманностью Красный прямоугольник (никаких других таких сложных молекул ранее не было обнаружено в открытом космосе). Это открытие считалось подтверждением гипотезы о том, что по мере того, как туманности того же типа, что и Красный прямоугольник, приближаются к концу своей жизни, конвекционные потоки заставляют углерод и водород в ядре туманности захватываться звездными ветрами и излучаться наружу. [13] По мере охлаждения атомы предположительно связываются друг с другом различными способами и в конечном итоге образуют частицы из миллиона или более атомов. Ученые сделали вывод [12] , что, поскольку они обнаружили полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые могли быть жизненно важны для формирования ранней жизни на Земле, в туманности, по необходимости они должны возникать в туманностях. [13]

В августе 2009 года ученые НАСА впервые обнаружили в комете один из основных химических строительных блоков жизни (аминокислоту глицин ). [14]

В 2010 году фуллерены (или « бакиболы ») были обнаружены в туманностях. [15] Фуллерены были причастны к зарождению жизни; по словам астронома Летиции Стангеллини, «возможно, что бакиболы из внешнего космоса стали семенами жизни на Земле». [16]

В августе 2011 года выводы НАСА , основанные на исследованиях метеоритов , найденных на Земле, свидетельствуют о том, что компоненты ДНК и РНК ( аденин , гуанин и родственные органические молекулы ), строительные блоки для жизни, какой мы ее знаем, могут быть сформированы внеземными существами в открытом космосе . [6] [7] [8]

В октябре 2011 года ученые сообщили, что космическая пыль содержит сложное органическое вещество («аморфные органические твердые вещества со смешанной ароматико - алифатической структурой»), которое может быть создано естественным образом и быстро звездами . [17] [18] [19]

29 августа 2012 года астрономы Копенгагенского университета сообщили об обнаружении специфической молекулы сахара, гликольальдегида , в далекой звездной системе. Молекула была обнаружена вокруг протозвездной двойной системы IRAS 16293-2422 , которая находится в 400 световых годах от Земли. [20] [21] Гликольальдегид необходим для образования рибонуклеиновой кислоты , или РНК , которая по своей функции похожа на ДНК . Это открытие предполагает, что сложные органические молекулы могут образовываться в звездных системах до образования планет, в конечном итоге прибывая на молодые планеты на ранних стадиях их формирования. [22]

В сентябре 2012 года ученые НАСА сообщили, что полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) , подвергаемые воздействию межзвездной среды (ISM) , трансформируются посредством гидрогенизации , оксигенации и гидроксилирования в более сложные органические соединения — «шаг на пути к аминокислотам и нуклеотидам , сырью белков и ДНК соответственно ». [23] [24] Кроме того, в результате этих преобразований ПАУ теряют свою спектроскопическую сигнатуру , что может быть одной из причин «отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездных ледяных зернах , особенно во внешних областях холодных, плотных облаков или верхних молекулярных слоях протопланетных дисков ». [23] [24]

В 2013 году Atacama Large Millimeter Array (ALMA Project) подтвердил, что исследователи обнаружили важную пару пребиотических молекул в ледяных частицах в межзвездном пространстве (ISM). Химические вещества, обнаруженные в гигантском облаке газа примерно в 25 000 световых годах от Земли в ISM, могут быть предшественниками ключевого компонента ДНК, а другой может играть роль в образовании важной аминокислоты . Исследователи обнаружили молекулу под названием цианометанимин, которая производит аденин , одно из четырех нуклеиновых оснований , которые образуют «ступеньки» в лестничной структуре ДНК. Другая молекула, называемая этанамин , как полагают, играет роль в образовании аланина , одной из двадцати аминокислот в генетическом коде. Ранее ученые считали, что такие процессы происходят в очень разреженном газе между звездами. Однако новые открытия предполагают, что последовательности химического образования этих молекул происходили не в газе, а на поверхности ледяных зерен в межзвездном пространстве. [25] Ученый NASA ALMA Энтони Ремиджан заявил, что обнаружение этих молекул в межзвездном газовом облаке означает, что важные строительные блоки для ДНК и аминокислот могут «засеять» вновь образованные планеты химическими предшественниками жизни. [26]

В январе 2014 года НАСА сообщило, что текущие исследования планеты Марс марсоходами Curiosity и Opportunity теперь будут направлены на поиск доказательств древней жизни, включая биосферу, основанную на автотрофных , хемотрофных и/или хемолитоавтотрофных микроорганизмах , а также древней воды, включая флювио-озерные среды ( равнины , связанные с древними реками или озерами), которые могли быть пригодны для жизни . [27] [28] [29] [30] Поиск доказательств обитаемости , тафономии (связанной с ископаемыми ) и органического углерода на планете Марс теперь является основной целью НАСА . [27]

В феврале 2014 года НАСА объявило о значительно улучшенной базе данных для отслеживания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во Вселенной . По мнению ученых, более 20% углерода во Вселенной может быть связано с ПАУ, возможными исходными материалами для образования жизни . ПАУ, по-видимому, образовались вскоре после Большого взрыва , широко распространены по всей Вселенной и связаны с новыми звездами и экзопланетами . [31]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde МакСуин, Гарри; Хасс, Гэри (2010). Космохимия (1-е изд.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-87862-3.
  2. ^ Гольдшмидт, Виктор (1938). Geochemische Verteilungsgestze der Elemente IX . Осло: Skrifter Utgitt av Det Norske Vidensk. Акад.
  3. ^ Suess, Hans; Urey, Harold (1956). «Abundances of the Elements». Reviews of Modern Physics . 28 (1): 53–74. Bibcode : 1956RvMP...28...53S. doi : 10.1103/RevModPhys.28.53.
  4. ^ Рейнольдс, Джон (апрель 1960 г.). «Изотопный состав первичного ксенона». Physical Review Letters . 4 (7): 351–354. Bibcode : 1960PhRvL...4..351R. doi : 10.1103/PhysRevLett.4.351.
  5. ^ МакСуин, Гарри (август 1979). «Углеродистые хондриты примитивны или обработаны? Обзор». Обзоры геофизики и космической физики . 17 (5): 1059–1078. Bibcode : 1979RvGSP..17.1059M. doi : 10.1029/RG017i005p01059.
  6. ^ ab Callahan, MP; Smith, KE; et al. (11 августа 2011 г.). «Углеродистые метеориты содержат широкий спектр внеземных азотистых оснований». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 108 (34): 13995–13998. Bibcode : 2011PNAS..10813995C. doi : 10.1073/pnas.1106493108 . PMC 3161613. PMID  21836052 . 
  7. ^ ab Steigerwald, John (8 августа 2011 г.). «Исследователи НАСА: строительные блоки ДНК можно изготавливать в космосе». NASA . Архивировано из оригинала 2020-05-11 . Получено 2011-08-10 .
  8. ^ ab "Строительные блоки ДНК могут быть созданы в космосе, свидетельствуют данные НАСА". ScienceDaily . 9 августа 2011 г. Получено 09.08.2011 .
  9. ^ Джорданс, Фрэнк (30 июля 2015 г.). «Зонд Philae находит доказательства того, что кометы могут быть космическими лабораториями». The Washington Post . Associated Press. Архивировано из оригинала 23 декабря 2018 г. Получено 30 июля 2015 г.
  10. ^ "Наука на поверхности кометы". Европейское космическое агентство. 30 июля 2015 г. Получено 30 июля 2015 г.
  11. ^ Bibring, J.-P.; Taylor, MGGT; Alexander, C.; Auster, U.; Biele, J.; Finzi, A. Ercoli; Goesmann, F.; Klingehoefer, G.; Kofman, W.; Mottola, S.; Seidenstiker, KJ; Spohn, T.; Wright, I. (31 июля 2015 г.). «Philae's First Days on the Comet – Introduction to Special Issue». Science . 349 (6247): 493. Bibcode :2015Sci...349..493B. doi : 10.1126/science.aac5116 . PMID  26228139.
  12. ^ ab Battersby, S. (2004). «Космические молекулы указывают на органическое происхождение». New Scientist . Получено 11 декабря 2009 г.
  13. ^ ab Mulas, G.; Malloci, G.; Joblin, C .; Toublanc, D. (2006). «Оцениваемые потоки ИК-излучения и фосфоресценции для определенных полициклических ароматических углеводородов в Красном прямоугольнике». Astronomy and Astrophysics . 446 (2): 537–549. arXiv : astro-ph/0509586 . Bibcode : 2006A&A...446..537M. doi : 10.1051/0004-6361:20053738. S2CID  14545794.
  14. ^ "В комете обнаружен 'Жизненный химикат'". NASA . BBC News. 18 августа 2009 г. Получено 6 марта 2010 г.
  15. ^ Гарсиа-Эрнандес, Д.А.; Манчадо, А.; Гарсиа-Ларио, П.; Стангеллини, Л.; Виллавер, Э.; Шоу, РА; Щерба, Р.; Переа-Кальдерон, СП (28 октября 2010 г.). «Образование фуллеренов в H-содержащих планетарных туманностях». Письма астрофизического журнала . 724 (1) Л39: Л39–Л43. arXiv : 1009.4357 . Бибкод : 2010ApJ...724L..39G. дои : 10.1088/2041-8205/724/1/L39 . S2CID  119121764.
  16. ^ Аткинсон, Нэнси (27 октября 2010 г.). «Бакиболы могли бы быть в изобилии во Вселенной». Universe Today . Получено 28 октября 2010 г.
  17. ^ Чоу, Дениз (26 октября 2011 г.). «Открытие: космическая пыль содержит органическую материю со звезд». Space.com . Получено 26.10.2011 .
  18. ^ "Астрономы обнаружили, что сложная органическая материя существует во всей Вселенной". ScienceDaily . 26 октября 2011 г. Получено 27 октября 2011 г.
  19. ^ Квок, Сан; Чжан, Юн (26 октября 2011 г.). «Смешанные ароматические–алифатические органические наночастицы как носители неопознанных особенностей инфракрасного излучения». Nature . 479 (7371): 80–83. Bibcode :2011Natur.479...80K. doi :10.1038/nature10542. PMID  22031328. S2CID  4419859.
  20. ↑ Than, Ker (29 августа 2012 г.). «Сахар, найденный в космосе». National Geographic . Архивировано из оригинала 1 сентября 2012 г. Получено 31 августа 2012 г.
  21. ^ "Прелесть! Астрономы обнаружили молекулу сахара возле звезды". Associated Press. 29 августа 2012 г. Получено 31 августа 2012 г.
  22. ^ Йоргенсен, Дж. К.; Фавр, К.; и др. (2012). «Обнаружение простейшего сахара, гликольальдегида, в протозвезде солнечного типа с помощью ALMA» (PDF) . The Astrophysical Journal . eprint. 757 (1) L4: L4. arXiv : 1208.5498 . Bibcode :2012ApJ...757L...4J. doi :10.1088/2041-8205/757/1/L4. S2CID  14205612.
  23. ^ ab "NASA Cooks Up Icy Organics to Mimic Life's Origins". Space.com . 20 сентября 2012 г. Получено 22 сентября 2012 г.
  24. ^ ab Gudipati, Murthy S.; Yang, Rui (1 сентября 2012 г.). "In-situ Probing Of Radiation-Induced Processing Of Organics In Astrophysical Ice Analogs — Novel Laser Desorb Laser Ionization Time-Of-Flight Mass Spectroscopic Studies". The Astrophysical Journal Letters . 756 (1) L24: L24. Bibcode :2012ApJ...756L..24G. doi : 10.1088/2041-8205/756/1/L24 . S2CID  5541727.
  25. ^ Loomis, Ryan A.; Zaleski, Daniel P.; Steber, Amanda L.; Neill, Justin L.; Muckle, Matthew T.; Harris, Brent J.; Hollis, Jan M.; Jewell, Philip R.; Lattanzi, Valerio; Lovas, Frank J.; Martinez, Oscar; McCarthy, Michael C.; Remijan, Anthony J.; Pate, Brooks H.; Corby, Joanna F. (2013). "Обнаружение межзвездной этанимина (Ch3Chnh) по наблюдениям, полученным в ходе обзора Gbt Primos". The Astrophysical Journal . 765 (1) L9: L9. arXiv : 1302.1121 . Bibcode :2013ApJ...765L...9L. дои : 10.1088/2041-8205/765/1/L9 . S2CID  118522676.
  26. ^ Финли, Дэйв (28.02.2013). «Открытия предполагают ледяное космическое начало для аминокислот и ингредиентов ДНК». Национальная радиоастрономическая обсерватория . Nrao.edu . Получено 17.07.2018 .
  27. ^ ab Grotzinger, John P. (24 января 2014 г.). «Обитаемость, тафономия и поиск органического углерода на Марсе». Science . 343 (6169): 386–387. Bibcode :2014Sci...343..386G. doi : 10.1126/science.1249944 . PMID  24458635.
  28. ^ "Exploring Martian Habitability". Science . 343 (6169): 345–452. 24 января 2014 г. Получено 24 января 2014 г.[ требуется разъяснение ]
  29. ^ "Curiosity Mars". Наука (Результаты поиска). 24 января 2014 г. Получено 24 января 2014 г.[ ненадежный источник? ]
  30. ^ Гротцингер, Дж. П. и др. (24 января 2014 г.). «Пригодная для обитания флювио-озёрная среда в заливе Йеллоунайф, кратер Гейла, Марс». Science . 343 (6169): 386–387. Bibcode :2014Sci...343A.386G. CiteSeerX 10.1.1.455.3973 . doi :10.1126/science.1242777. PMID  24324272. S2CID  52836398. 
  31. ↑ Hoover, Rachel (21 февраля 2014 г.). «Нужно отслеживать органические наночастицы по всей Вселенной? У NASA есть приложение для этого». NASA . Архивировано из оригинала 10 мая 2020 г. . Получено 22 февраля 2014 г. .

Внешние ссылки