Космохимия
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 этому составу. [1] Это делается в первую очередь за счет изучения химического состава метеоритов и других физических образцов. Учитывая, что астероидные родительские тела метеоритов были одними из первых твердых материалов, конденсировавшихся из ранней солнечной туманности , космохимики обычно, но не исключительно, интересуются объектами, содержащимися в Солнечной системе .
История
[ редактировать ]В 1938 году швейцарский минералог Виктор Гольдшмидт и его коллеги составили список того, что они назвали «космическим изобилием», на основе анализа нескольких образцов земных тел и метеоритов. [2] Гольдшмидт обосновал включение данных о составе метеоритов в свою таблицу тем, что земные породы подверглись значительным химическим изменениям из-за процессов, присущих Земле и атмосфере. Это означало, что изучение исключительно земных пород не даст точной общей картины химического состава космоса. Поэтому Гольдшмидт пришел к выводу, что для получения более точных и надежных данных необходимо также включить внеземной материал. Это исследование считается основой современной космохимии. [1]
В 1950-е и 1960-е годы космохимия стала более широко восприниматься как наука. Гарольд Юри , которого многие 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 учёный Ганс Зюсс , опубликовали первую таблицу космического содержания изотопов, основанную на анализе метеоритов. [3]
Постоянное совершенствование аналитического оборудования на протяжении 1960-х годов, особенно масс-спектрометрии , позволило космохимикам выполнить детальный анализ содержания изотопов элементов в метеоритах. В 1960 году Джон Рейнольдс посредством анализа короткоживущих нуклидов в метеоритах определил, что элементы Солнечной системы сформировались до самой Солнечной системы. [4] который начал устанавливать временную шкалу процессов ранней Солнечной системы.
Метеориты
[ редактировать ]Метеориты — один из важнейших инструментов космохимиков для изучения химической природы Солнечной системы. Многие метеориты происходят из материала, который столь же стар, как сама Солнечная система, и, таким образом, предоставляют ученым данные о ранней солнечной туманности . [1] углистые 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 сейчас признан досолнечными зернами , старше самой Солнечной системы и полученными непосредственно из остатков отдельных сверхновых, поставлявших пыль из из которого образовалась Солнечная система. Эти зерна узнаваемы по их экзотическому химическому составу, чуждому Солнечной системе (например, матрице графита, алмаза или карбида кремния). Они также часто имеют соотношения изотопов, отличные от таковых в остальной части Солнечной системы (в частности, Солнца), и которые отличаются друг от друга, что указывает на источники в ряде различных взрывных событий сверхновых. Метеориты также могут содержать частицы межзвездной пыли, которые собрались из негазовых элементов в межзвездной среде, как один из типов сложной космической пыли («звездной пыли»). [1]
Недавние открытия НАСА , основанные на исследованиях метеоритов , найденных на Земле , позволяют предположить, что ДНК и РНК компоненты ( аденин , гуанин и родственные им органические молекулы ), строительные блоки жизни, какой мы ее знаем, могут формироваться внеземно, в космическом пространстве . [6] [7] [8]
Кометы
[ редактировать ]30 июля 2015 года ученые сообщили, что после первого приземления спускаемого аппарата Philae на поверхность кометы 67/P измерения с помощью инструментов COSAC и Ptolemy выявили шестнадцать органических соединений , четыре из которых были впервые обнаружены на комете. включая ацетамид , ацетон , метилизоцианат и пропиональдегид . [9] [10] [11]
Исследовать
[ редактировать ] | Этот раздел , кажется, ориентирован на недавние события . ( январь 2017 г. ) |
В 2004 году учёные сообщили [12] обнаружение спектральных сигнатур антрацена , и пирена в ультрафиолетовом свете излучаемом туманностью Красный Прямоугольник (ни одна другая такая сложная молекула никогда раньше не была обнаружена в космическом пространстве). Это открытие считалось подтверждением гипотезы о том, что по мере того, как туманности того же типа, что и Красный Прямоугольник, приближаются к концу своего существования, конвекционные потоки заставляют углерод и водород в ядре туманностей захватываться звездными ветрами и излучаться наружу. [13] По мере охлаждения атомы предположительно связываются друг с другом различными способами и в конечном итоге образуют частицы, состоящие из миллиона или более атомов. Ученые сделали вывод [12] что, поскольку они обнаружили в туманности полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые, возможно, сыграли жизненно важную роль в формировании ранней жизни на Земле, они по необходимости должны происходить из туманностей. [13]
определили на комете один из фундаментальных химических строительных блоков жизни (аминокислоту глицин ). В августе 2009 года ученые НАСА впервые [14]
В 2010 году в туманностях были обнаружены фуллерены (или « бакиболы »). [15] Фуллерены были причастны к возникновению жизни; по мнению астронома Летиции Стангеллини: «Вполне возможно, что бакиболлы из космоса предоставили семена жизни на Земле». [16]
В августе 2011 года данные НАСА , основанные на исследованиях метеоритов , найденных на Земле, позволяют предположить, что компоненты ДНК и РНК ( аденин , гуанин и родственные им органические молекулы ), строительные блоки жизни, какой мы ее знаем, могут формироваться внеземно, в космическом пространстве . [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»), которые могут быть созданы естественным и быстрым образом 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 расположена в 400 световых годах от Земли. [20] [21] Гликолальдегид необходим для образования рибонуклеиновой кислоты или РНК , которая по функциям аналогична ДНК . Это открытие предполагает, что сложные органические молекулы могут образовываться в звездных системах до образования планет и в конечном итоге прибывать на молодые планеты на ранних стадиях их формирования. [22]
В сентябре 2012 года ученые НАСА сообщили, что полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) , находящиеся в условиях межзвездной среды (ISM) , преобразуются посредством гидрирования , оксигенации и гидроксилирования в более сложные органические соединения — «шаг на пути к аминокислотам и нуклеотидам». , сырье белков и ДНК соответственно». [23] [24] Кроме того, в результате этих преобразований ПАУ теряют свою спектральную характеристику , что может быть одной из причин «отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездных ледяных зернах , особенно во внешних областях холодных, плотных облаков или верхних молекулярных слоях протопланетной планеты ». диски ». [23] [24]
В 2013 году Большая миллиметровая решетка Атакамы (проект ALMA) подтвердила, 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 МЗС, 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 , образующих «ступеньки» в лестничной структуре ДНК. Другая молекула, называемая этанамин , как полагают, играет роль в образовании аланина , одной из двадцати аминокислот в генетическом коде. Раньше ученые думали, что подобные процессы происходят в очень разреженном газе между звездами. Новые открытия, однако, предполагают, что процессы химического образования этих молекул происходили не в газе, а на поверхности зерен льда в межзвездном пространстве. [25] Ученый НАСА ALMA Энтони Ремиджан заявил, что обнаружение этих молекул в межзвездном газовом облаке означает, что важные строительные блоки для ДНК и аминокислот могут «засеять» вновь образовавшиеся планеты химическими предшественниками жизни. [26]
В январе 2014 года НАСА сообщило, что текущие исследования на планете Марс марсоходами Curiosity и Opportunity числе теперь будут направлены на поиск доказательств древней жизни, включая биосферу, основанную на автотрофных , хемотрофных и/или хемолитоавтотрофных микроорганизмах , а также древнюю воду, в том речные и озерные среды ( равнины, связанные с древними реками или озерами), которые могли быть пригодными для жизни . [27] [28] [29] [30] Поиск доказательств обитаемости , тафономии (связанной с окаменелостями ) и органического углерода на планете Марс теперь является основной целью НАСА . [27]
В феврале 2014 года НАСА объявило о значительно обновленной базе данных для отслеживания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во Вселенной . мнению ученых, более 20% углерода во Вселенной может быть связано с ПАУ, возможными исходными материалами для образования жизни По . ПАУ, по-видимому, образовались вскоре после Большого взрыва , широко распространены по всей Вселенной и связаны с новыми звездами и экзопланетами . [31]
См. также
[ редактировать ]- Содержание химических элементов
- Астрохимия
- Внеземные материалы
- Геохимия
- Список межзвездных и околозвездных молекул
- Молекулы в звездах
- Нуклеокосмохронология
- Звездная химия
Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Максуин, Гарри; Хасс, Гэри (2010). Космохимия (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-87862-3 .
- ^ Гольдшмидт, Виктор (1938). Geochemische Verteilungsgestze der Elemente IX . Осло: Сочинения, опубликованные Det Norske Vidensk. акад.
- ^ Зюсс, Ганс; Юри, Гарольд (1956). «Изобилие стихий». Обзоры современной физики . 28 (1): 53–74. Бибкод : 1956РвМП...28...53С . дои : 10.1103/RevModPhys.28.53 .
- ^ Рейнольдс, Джон (апрель 1960 г.). «Изотопный состав первичного ксенона». Письма о физических отзывах . 4 (7): 351–354. Бибкод : 1960PhRvL...4..351R . дои : 10.1103/PhysRevLett.4.351 .
- ^ Максуин, Гарри (август 1979 г.). «Являются ли углистые хондриты примитивными или обработанными? Обзор». Обзоры по геофизике и космической физике . 17 (5): 1059–1078. Бибкод : 1979РвГСП..17.1059М . дои : 10.1029/RG017i005p01059 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Каллахан, член парламента; Смит, Кентукки; и др. (11 августа 2011 г.). «Углеродистые метеориты содержат широкий спектр внеземных азотистых оснований» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 108 (34): 13995–13998. Бибкод : 2011PNAS..10813995C . дои : 10.1073/pnas.1106493108 . ПМК 3161613 . ПМИД 21836052 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Штайгервальд, Джон (8 августа 2011 г.). «Исследователи НАСА: строительные блоки ДНК можно создавать в космосе» . НАСА . Архивировано из оригинала 11 мая 2020 г. Проверено 10 августа 2011 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Строительные блоки ДНК можно создавать в космосе, как показывают данные НАСА» . ScienceDaily . 9 августа 2011 года . Проверено 9 августа 2011 г.
- ^ Джорданс, Фрэнк (30 июля 2015 г.). «Зонд Philae нашел доказательства того, что кометы могут быть космическими лабораториями» . Вашингтон Пост . Ассошиэйтед Пресс. Архивировано из оригинала 23 декабря 2018 года . Проверено 30 июля 2015 г.
- ^ «Наука на поверхности кометы» . Европейское космическое агентство. 30 июля 2015 года . Проверено 30 июля 2015 г.
- ^ Бибринг, Ж.-П.; Тейлор, MGGT; Александр, К.; Остер, У.; Биле, Дж.; Финци, А. Эрколи; Гёсманн, Ф.; Клингехефер, Г.; Кофман, В.; Моттола, С.; Зейденстикер, К.Дж.; Спон, Т.; Райт, И. (31 июля 2015 г.). «Первые дни Филы на комете - Введение в специальный выпуск» . Наука . 349 (6247): 493. Бибкод : 2015Sci...349..493B . дои : 10.1126/science.aac5116 . ПМИД 26228139 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Баттерсби, С. (2004). «Космические молекулы указывают на органическое происхождение» . Новый учёный . Проверено 11 декабря 2009 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Мулас, Г.; Маллочи, Г.; Джоблин, К. ; Тублан, Д. (2006). «Оценочные потоки ИК-излучения и фосфоресценции для конкретных полициклических ароматических углеводородов в красном прямоугольнике». Астрономия и астрофизика . 446 (2): 537–549. arXiv : astro-ph/0509586 . Бибкод : 2006A&A...446..537M . дои : 10.1051/0004-6361:20053738 . S2CID 14545794 .
- ^ « В комете обнаружен «химикат жизни»» . НАСА . Новости Би-би-си. 18 августа 2009 года . Проверено 6 марта 2010 г.
- ^ 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 .
- ^ Аткинсон, Нэнси (27 октября 2010 г.). «Во Вселенной может быть много бакиболлов» . Вселенная сегодня . Проверено 28 октября 2010 г.
- ^ Чоу, Дениз (26 октября 2011 г.). «Открытие: космическая пыль содержит органическое вещество звезд» . Space.com . Проверено 26 октября 2011 г.
- ^ «Астрономы обнаружили, что сложная органическая материя существует во Вселенной» . ScienceDaily . 26 октября 2011 года . Проверено 27 октября 2011 г.
- ^ Квок, Солнце; Чжан, Юн (26 октября 2011 г.). «Смешанные ароматико-алифатические органические наночастицы как носители неидентифицированных свойств инфракрасного излучения». Природа . 479 (7371): 80–83. Бибкод : 2011Природа.479...80К . дои : 10.1038/nature10542 . ПМИД 22031328 . S2CID 4419859 .
- ^ Тан, Кер (29 августа 2012 г.). «Сахар найден в космосе» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 1 сентября 2012 года . Проверено 31 августа 2012 г.
- ^ «Сладко! Астрономы заметили молекулу сахара возле звезды» . Ассошиэйтед Пресс. 29 августа 2012 года . Проверено 31 августа 2012 г.
- ^ Йоргенсен, Дж. К.; Фавр, К.; и др. (2012). «Обнаружение простейшего сахара, гликоляльдегида, в протозвезде солнечного типа с АЛМА» (PDF) . Астрофизический журнал . электронная печать. 757 (1) Л4: Л4. arXiv : 1208.5498 . Бибкод : 2012ApJ...757L...4J . дои : 10.1088/2041-8205/757/1/L4 . S2CID 14205612 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «НАСА готовит ледяную органику, чтобы имитировать происхождение жизни» . Space.com . 20 сентября 2012 года . Проверено 22 сентября 2012 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Гудипати, Мурти С.; Ян, Жуй (1 сентября 2012 г.). «Зондирование на месте радиационно-индуцированной обработки органических веществ в астрофизических аналогах льда - новые времяпролетные масс-спектроскопические исследования с лазерной десорбцией и лазерной ионизацией» . Письма астрофизического журнала . 756 (1) Л24: Л24. Бибкод : 2012ApJ...756L..24G . дои : 10.1088/2041-8205/756/1/L24 . S2CID 5541727 .
- ^ Лумис, Райан А.; Залески, Дэниел П.; Стебер, Аманда Л.; Нил, Джастин Л.; Макл, Мэтью Т.; Харрис, Брент Дж.; Холлис, Ян М.; Джуэлл, Филип Р.; Латтанци, Валерио; Ловас, Фрэнк Дж.; Мартинес, Оскар; Маккарти, Майкл С.; Ремижан, Энтони Дж.; Пейт, Брукс Х.; Корби, Джоанна Ф. (2013). «Обнаружение межзвездного этанимина (Ch3Chnh) по наблюдениям, проведенным во время исследования Gbt Primos» . Астрофизический журнал . 765 (1) Л9: Л9. arXiv : 1302.1121 . Бибкод : 2013ApJ...765L...9L . дои : 10.1088/2041-8205/765/1/L9 . S2CID 118522676 .
- ^ Финли, Дэйв (28 февраля 2013 г.). «Открытия предполагают ледяной космический старт для аминокислот и ингредиентов ДНК» . Национальная радиоастрономическая обсерватория . Нрао.edu . Проверено 17 июля 2018 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Гротцингер, Джон П. (24 января 2014 г.). «Обитаемость, тафономия и поиск органического углерода на Марсе» . Наука . 343 (6169): 386–387. Бибкод : 2014Sci...343..386G . дои : 10.1126/science.1249944 . ПМИД 24458635 .
- ^ «Исследование обитаемости Марса» . Наука . 343 (6169): 345–452. 24 января 2014 года . Проверено 24 января 2014 г. [ нужны разъяснения ]
- ^ «Кьюриосити Марс» . Наука (Результаты поиска). 24 января 2014 года . Проверено 24 января 2014 г. [ ненадежный источник? ]
- ^ Гротцингер, JP; и др. (24 января 2014 г.). «Пригодная для жизни речная и озерная среда в заливе Йеллоунайф, кратер Гейла, Марс». Наука . 343 (6169): 386–387. Бибкод : 2014Sci...343A.386G . CiteSeerX 10.1.1.455.3973 . дои : 10.1126/science.1242777 . ПМИД 24324272 . S2CID 52836398 .
- ^ Гувер, Рэйчел (21 февраля 2014 г.). «Нужно отслеживать органические наночастицы по всей Вселенной? У НАСА есть для этого приложение» . НАСА . Архивировано из оригинала 10 мая 2020 года . Проверено 22 февраля 2014 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Planetary Science Research Discoveries Образовательный журнал со статьями о космохимии, метеоритах и планетологии.
Отрасли химии |
|---|
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
