Kosmokemi

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 7 oktober 2021; kontroller kräver 7 redigeringar .

Kosmokemi ( grekiska κόσμος kósmos, "universum" och χημεία khemeía, "kemi" ) eller Kemisk kosmologi  är en gren av kemin som studerar den kemiska sammansättningen av materia i universum och de processer som ledde till denna sammansättning [1] . Kosmokemi utforskar övervägande "kalla" processer på nivån av atom-molekylära interaktioner av ämnen, medan "heta" kärnprocesser i rymden - materiens plasmatillstånd , nukleosyntes (processen för bildning av kemiska element) inuti stjärnor är astrofysik . Kosmokemin har främst till uppgift att studera den kemiska sammansättningen av objekt i solsystemet , i synnerhet meteoriter , de första kropparna som kondenserades från den tidiga solnebulosan .

Kosmokemins historia

Bildandet och utvecklingen av kosmokemi är främst förknippad med verk av Victor Goldschmidt , G. Urey och A.P. Vinogradov . Norska Viktor Goldshmidt under perioden 1924-1932 formulerade för första gången regelbundenheterna i fördelningen av grundämnen i meteoritmateria och fann de grundläggande principerna för fördelningen av grundämnen i meteoriternas faser (silikat, sulfid, metalliskt). År 1938 sammanställde Victor Goldshmidt och hans kollegor, baserat på analys av flera terrestra och meteoritprover, en lista över "kosmiskt överflöd" [2] , vilket markerar början på kosmokemin.

Den amerikanske fysikern Harold Urey , som kallas "kosmokemins fader" [1] , gjorde mycket forskning på 1950- och 1960 -talen som ledde till en förståelse av stjärnornas kemiska sammansättning.

Fram till andra hälften av 1900 -talet utfördes studier av kemiska processer i yttre rymden och sammansättningen av kosmiska kroppar huvudsakligen genom masspektrometri av solen , stjärnor och delvis de yttre lagren av planeternas atmosfär. Den enda direkta metoden för att studera kosmiska kroppar var analysen av meteoriternas kemiska och fassammansättning. Utvecklingen av kosmonautiken öppnade nya möjligheter för kosmokemin att direkt studera månens stenar som ett resultat av att ta jordprover. Automatiska nedstigningsfordon gjorde det möjligt att studera materia och villkoren för dess existens i atmosfären och på ytan av andra planeter i solsystemet och asteroider , i kometer (se Lista över första landningar på himlakroppar ). Alla mästerskap i detta område i mitten av 1900-talet tillhörde Sovjetunionen och i slutet av 1900-talet och början av 2000-talet. — USA , EU och Japan .

År 1960 fastställde den amerikanske fysikern, masspektrometern John Reynolds, genom att analysera kortlivade nuklider i meteoriter, att elementen i solsystemet bildades tidigare än själva solsystemet, vilket markerade början på upprättandet av en tidsskala för processer i det tidiga solsystemet [3] .

Sovjetisk geokemist , akademiker vid USSR:s vetenskapsakademi ( 1953 ) och dess vicepresident sedan 1967 A.P. Vinogradov utförde instrumentella bestämningar av den kemiska sammansättningen av planetkroppar, enligt data som erhållits med hjälp av interplanetära rymdstationer, för första gången fastställde närvaron av stenar av basaltsammansättning på månens yta (" Luna-10 ", 1966 ) och för första gången bestämdes genom direkta mätningar den kemiska sammansättningen av Venus atmosfär (" Venus-4 ", 1967 ) [4] . Under ledning av akademiker Vinogradov gjordes en studie av prover av månjord som levererades 1970 till Sovjetunionens territorium från den plana ytan av Sea of ​​Plenty av returapparaten från den sovjetiska automatiska interplanetära stationen " Luna -16 ", och prover från månens kontinentala region, levererade av stationen " Luna-20 " till 1972 . Men Sovjetunionen förlorade den ytterligare rymdkapplöpningen . I början av 2000 -talet, efter att ha tagit ledarskapet i utforskningen av månen i allmänhet och månens bortre sida i synnerhet, blev Kina en utmanare för att vinna det andra månloppet .

Meteoriter

Meteoriter är ett av de viktigaste verktygen för rymdkemister för att studera solsystemets kemiska natur. Många meteoriter kommer från material lika gammalt som själva solsystemet och förser därmed forskarna med information om den tidiga solnebulosan . Kolhaltiga kondriter är särskilt primitiva, vilket betyder att de har behållit många av sina kemiska egenskaper sedan de bildades för 4,56 miljarder år sedan [5]  och är därför i fokus för kosmokemisk forskning.

De mest primitiva meteoriterna innehåller också en liten mängd material (<0,1 %) som nu känns igen som försolskorn , äldre än själva solsystemet, och som kom direkt från resterna av enskilda supernovor och försörjer det stoft från vilket solsystemet bildas. Dessa korn känns igen på deras exotiska kemiska sammansättning främmande för solsystemet (t.ex. grafit , nanodiamant , kiselkarbid ). De har också ofta ett isotopförhållande som skiljer sig från isotopförhållandet i resten av solsystemet (särskilt solen), vilket indikerar källor i ett antal olika supernovaexplosioner. Meteoriter kan också innehålla korn av interstellärt damm, som samlas från icke-gasformiga element i det interstellära mediet, som en typ av kosmiskt stoft ("stjärndamm").

NASA:s upptäckter 2011 , baserade på studier av meteoriter som hittats på jorden, tyder på att DNA- och RNA- komponenter ( adenin , guanin och besläktade organiska ämnen ), byggstenarna för livet, skulle kunna bildas i yttre rymden [6] [7] .

Kometer

År 2009 identifierade NASA - forskare först en av de grundläggande kemiska byggstenarna i livet (aminosyran glycin ) i kometen i material som kastades ut från kometen 81P/Wild 2004 och mottogs av NASA:s Stardust -sond [8] [9] .

År 2015 rapporterade forskare att efter den första landningen någonsin av den europeiska Philae - landaren på ytan av kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko , mätningar med ett instrument som är en kombinerad gaskromatograf och masspektrometer COSAC och ett instrument för att mäta förhållandet mellan stabila isotoper [sv ] i viktiga flyktiga komponenter i kometen Ptolemaios kärna, identifierade 16 organiska föreningar, varav fyra först upptäcktes på en komet ( acetamid , aceton , metylisocyanat och propionaldehyd ). Österrike , Finland , Frankrike , Tyskland , Ungern , Italien , Irland , Polen , Storbritannien och Ryssland deltog i skapandet av enheten och dess utrustning .

Interstellärt utrymme

I det interstellära rymden finns atomer och molekyler av många grundämnen i extremt låga koncentrationer , såväl som mineraler ( kvarts , silikater , grafit och andra), olika komplexa organiska föreningar syntetiseras från primära solgaser H 2 , CO , NH 3 , O 2 , N 2 , S och andra enkla föreningar under jämviktsförhållanden med deltagande av strålning .

År 2004 rapporterade amerikanska forskare upptäckten av antracen och pyren i den ultravioletta strålningen från Röda rektangelnebulosan , belägen på ett avstånd av 1000 ljusår från jorden (inga andra liknande komplexa molekyler har hittats i rymden tidigare) [10] .

År 2010 upptäcktes fullerener (eller "  buckyballs ") i nebulosor  , möjligen inblandade i livets ursprung på jorden [11] .

År 2011 rapporterade forskare från Hongkong att kosmiskt stoft innehåller komplexa organiska ämnen ("amorfa organiska fasta ämnen med en blandad aromatisk och alifatisk struktur") som kan skapas naturligt och snabbt av stjärnor [12] [13] [14] .

År 2012 rapporterade astronomer vid Köpenhamns universitet upptäckten av en specifik sockermolekyl, glykolaldehyd , i ett avlägset stjärnsystem runt den protostellära binära IRAS 16293-2422 , 400 ljusår från jorden. Glykolaldehyd är avgörande för bildningen av RNA . Det har föreslagits att komplexa organiska molekyler kan bildas i stjärnsystem före bildandet av planeter och så småningom anlända till unga planeter i början av deras bildande [15] NASA -forskare rapporterade att polycykliska aromatiska kolväten (PAH) placerade i laboratorieförhållanden , simulerande det interstellära mediet (temperatur minus 268 grader Celsius, bombarderat av ultraviolett strålning liknande den som sänds ut av stjärnor) omvandlas genom hydrering , syresättning och hydroxylering till mer komplexa organiska föreningar - "ett steg mot aminosyror och nukleotider " [16] [17] .

2013 upptäckte ALMA-projektet i ett gigantiskt gasmoln cirka 25 000 ljusår från jorden möjliga föregångare till en nyckelkomponent i DNA , cyanometanimin, som producerar adenin , en av de fyra kvävebaser som utgör nukleinsyror . En annan molekyl, kallad etanamin, tros spela en roll i bildandet av alanin , en av de tjugo aminosyrorna i den genetiska koden . Tidigare trodde forskare att sådana processer inträffar i en mycket sällsynt gas mellan stjärnor. Nya upptäckter tyder dock på att bildningen av dessa molekyler inte skedde i gas, utan på ytan av iskorn i det interstellära rymden [18] [19] .

Moon

Utforskning av månen med hjälp av rymdfarkoster började på 1900 -talet. Månens yta den 14 september 1959 nåddes först av den sovjetiska automatiska interplanetära stationen Luna-2 . Den sovjetiske geokemisten Vinogradov A.P. fastställde först närvaron av stenar av basaltsammansättning på månens yta (" Luna-10 ", 1966 ), senare 1970 studerade han månstenarna i Sea of ​​Plenty ( Luna-16 ), 1972 - prover från månens fastlandsregion ( Luna-20 ).

De dominerande mineralerna på lunarytan har identifierats, inklusive clinopyroxene, orthopyroxene, olivin , plagioklas , ilmenit , agglutinat och vulkaniska glasögon . En mängd olika mineraler upptäcktes på månen - järn , aluminium , titan , närvaron av vattenis på månens yta upptäcktes (möjligheten att skapa syre-vätebränsle på dess basis).

År 2020 levererade den kinesiska rymdfarkosten Chang'e-5 till jordens månjord från en region av månen med ett högt innehåll av KREEP [20] . Efter två års forskning tillkännagav China National Space Agency och China Atomic Energy Administration (CAEA) upptäckten av ett nytt, sjätte mineral som upptäcktes av människor på månen - det fick namnet chan'ezite - (Y) ( engelska changesite - (Y), "Chang'e stone"). Kina blev det tredje landet i världen som upptäckte ett nytt månmineral klassificerat som ett fosfatmineral.

Planer för att bryta helium-3 på månen

Helium-3 är en sällsynt isotop , som kostar cirka 1 200 dollar per liter gas, som behövs i kärnkraft för att starta en fusionsreaktion . Teoretiskt (för jämförelse kan vi utvärdera svårigheterna och problemen med det internationella experimentella termonukleära reaktorprojektet ), under en hypotetisk fusionsreaktion, där 1 ton helium-3 reagerar med 0,67 ton deuterium , frigörs energi motsvarande förbränning av 15 miljoner ton olja, vilket skulle räcka för befolkningen på vår planet i fem årtusenden [21] . Helium-3 är en biprodukt av reaktioner som sker på solen och finns i viss mängd i solvinden och det interplanetära mediet. Helium-3 som kommer in i jordens atmosfär från det interplanetära rymden försvinner snabbt tillbaka , dess koncentration på jorden och i dess atmosfär är extremt låg. Innehållet av helium-3 i månregoliten är mycket högre än på jorden ~ 1 g per 100 ton; för att utvinna ett ton av denna isotop bör minst 100 miljoner ton jord bearbetas på plats. Halten av helium-3 i månregoliten 2007 uppskattades av NASA från cirka 0,5 miljoner ton [22] till 2,5 miljoner ton [23] .

Det kinesiska Chang'e-1- uppdraget 2009 satte i uppgift att uppskatta djupfördelningen av element med hjälp av mikrovågsstrålning för att förfina fördelningen av helium-3 och uppskatta dess innehåll.

År 2022 rapporterade China National Space Agency och China Atomic Energy Administration (CAEA), baserat på studier av månjord som levererats av rymdfarkosten Chang'e-5 , att enligt kinesiska forskares beräkningar, upp till 1,1 miljoner ton av helium-3 finns på månens yta [24] .

Under det första månkapplöpningen på 1960 -talet hade de två rymdsupermakterna, USA och Sovjetunionen, planer på att bygga månbaser som inte blev av. Det sovjetiska månprogrammet inskränktes. I början av 2000 -talet stimulerade upptäckten av isavlagringar vid månens poler starten på det andra månloppet mellan USA ( Artemis-programmet ), Kina (Kinas månprogram ), Ryssland ( ryska månprogrammet ), Europeiska unionen ( Aurora-programmet ), Japan och Indien. Alla dessa program tillhandahåller skapandet av baser på månen.

Chefsforskaren för det kinesiska månprogrammet, geologen, kosmolog-kemist Ouyang Ziyuan , har varit initiativtagare till utvecklingen av månreserver sedan 2008 ( titan och andra värdefulla metaller, och helium-3 som bränsle för framtida termonukleär energi).

Mars

Enligt analysen av samlingen av Mars-meteoriter består ytan av Mars huvudsakligen av basalt .

Sedan 2003 har European Space Agencys Mars Express-program genomförts , utformat för att utforska Mars . Enligt resultaten av observationer från jorden och data från rymdfarkosten Mars Express upptäcktes metan i Mars atmosfär .

Sedan 2011 har NASA- uppdraget Mars Science Laboratory genomförts .

2014 upptäckte NASA:s Curiosity-rover en explosion av metan i Mars atmosfär och upptäckte organiska molekyler i prover som återvunnits från Cumberland-stenen [25] .

År 2017 hittades bor i jorden i Gale-kratern med hjälp av ChemCam- instrumentet [en] genom lasergnistamissionsspektrometri , vilket är ett argument till stöd för Mars beboelighet i det förflutna [26] [27] .

År 2020 skickades expeditionerna Mars 2020 ( NASA ), Al Amal (UAE Space Agency) och Tianwen-1 ( China National Space Administration ) till Mars. Alla tre expeditionerna nådde Mars i februari 2021.

Se även

Litteratur

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Harry Y. McSween Jr Jr och Gary R. Huss. Kosmokemi . - 2010. - ISBN 978-0-521-87862-3 .
  2. ↑ Goldschmidt, Victor (1938). Geochemische Verteilungsgestze der Elemente IX . Oslo: Skrifter Utgitt av Det Norske Vidensk. Akad.
  3. ↑ Reynolds, JH Isotopisk sammansättning av ur-xenon  //  Physical Review Letters. - 1960. - April. - doi : 10.1103/PhysRevLett.4.351 .
  4. ↑ Akademiker A.P. Vinogradov, Yu.A. Surkov, K.P. Florensky, B.M. Andreychikov. Bestämning av den kemiska sammansättningen av Venus atmosfär av den interplanetära stationen "Venera-4"  // USSR ACADEMY OF SCIENCES. Astronomi. - 1968. - T. 179 , nr 1 .
  5. ↑ McSween, HY Är kolhaltiga kondriter primitiva eller bearbetade?  (engelska)  // Recensioner av geofysik och rymdfysik. - 1979. - Augusti ( nr 17(5) ). — S. 1059-1078 . - doi : 10.1029/RG017i005p01059 .
  6. ↑ Callahan, MP; Smith, K.E.; Cleaves, HJ; Ruzicka, J.; Stern, JC; Glavin, D.P.; House, CH; Dworkin, JP Kolhaltiga meteoriter innehåller ett brett utbud av utomjordiska nukleobaser  //  Proceedings of the National Academy of Science. - 2011. - Augusti ( nr 108(34) ). — S. 13995–13998 . - doi : 10.1073/pnas.1106493108 .
  7. ↑ NASA-forskare : DNA-byggstenar kan göras i rymden  . https://www-nasa-gov (08.08.2011).
  8. ↑ "Livskemikalie" upptäckt i  kometen . https://news-bbc-co-uk (2009/08/18).
  9. ↑ En aminosyra upptäcktes först i svansen på en komet . https://lenta.ru (18.08.2009).
  10. ↑ Stephen Battersby. Rymdmolekyler pekar på organiskt  ursprung . https://www-newscientist-com (01/09/2004).
  11. ↑ NANCY ATKINSON. Buckyballs kan finnas gott om i  universum . https://www-universetoday-com (2010/10/27).
  12. ↑ Sun Kwok, Yong Zhang. Blandade aromatisk-alifatiska organiska nanopartiklar som bärare av oidentifierade infraröda  emissionsegenskaper . https://www-nature-com (10/26/2011). doi : 10.1038/nature10542 .
  13. ↑ Astronomer upptäcker att komplex organisk materia finns i hela  universum . https://www-sciencedaily-com (10/27/2011).
  14. ↑ Denise Chow. Upptäckt: Cosmic Dust innehåller organiskt material från  Stars . https://www-space-com (10/26/2011).
  15. ↑ Jørgensen, JK; Favre, C. Detektion av det enklaste sockret, glykolaldehyd, i en protostjärna av soltyp med ALMA  // The Astrophysical Journal. - Nr 757 (1) . - doi : 10.1088/2041-8205/757/1/L4 .
  16. ↑ Gudipati, Murthy S.; Yang, Rui. n-Situ sondering av strålningsinducerad bearbetning av organiska ämnen i astrofysiska isanaloger – Ny laserdesorption Laserjonisering Time-Of-Flight massspektroskopiska studier  //  The Astrophysical Journal Letters. - 2012. - 17 augusti ( nr 756 (1) ). - doi : 10.1088/2041-8205/756/1/L24 .
  17. ↑ NASA lagar iskalla organiska ingredienser för att efterlikna livets  ursprung . https://www-space-com (20.09.2012).
  18. ↑ 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. Detekteringen av interstellärt etanimin (Ch3Chnh) från observationer tagna under Gbt Primos-undersökningen  //  The Astrophysical Journal. - 2013. - April ( nr 765 (1): L9 ). - doi : 10.1088/2041-8205/765/1/L9 .
  19. ↑ Dave Finley. Upptäckter föreslår iskall kosmisk start för aminosyror och DNA-ingredienser  . https://www-nrao-edu (2013-02-28).
  20. ↑ Honglei Lin. In situ-detektering av vatten på månen av Chang'E-5-landaren  //  Science Advances. - 2022. - 7 januari ( vol. 8 , nr 1 ). - doi : 10.1126/sciadv.abl9174 .
  21. ↑ Helium-3-brytning på månen kommer att förse jordbor med energi i 5 tusen år . https://ria.ru (25.07.2012).
  22. ↑ Ivan Vasiliev. Koloniseringen av solsystemet avbryts . https://3dnews.ru (06/03/2007).
  23. ↑ UPPSKATTNING AV HELIUM-3 SANNOLIKA RESERVER I LUNAR REGOLITH  //  Lunar and Planetary Science XXXVIII. – 2007.
  24. ↑ Ramis Ganiev. Ett nytt mineral och källa till "energi för alla människor på jorden" har hittats på månen . https://hi-news.ru (09/13/2022).
  25. ↑ Grotzinger, John P. Habitability, Taphonomy, and the Search for Organic Carbon on Mars   // Science . - 2014. - doi : 10.1126/science.1249944 . - .
  26. ↑ Patrick J. Gasda, Ethan B. Haldeman, Roger C. Wiens, William Rapin, Thomas F. Bristow. In situ-detektion av bor av ChemCam på Mars  (engelska)  // Geophysical Research Letters. - 2017. - ISSN 1944-8007 . - doi : 10.1002/2017GL074480 .
  27. ↑ Dmitry Trunin. Nyfikenhet hittade bor i marsjord . https://nplus1.ru (09/07/2017).


  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger