Κοσμοχημεία

Κοσμοχημεία ονομάζεται ο διεπιστημονικός κλάδος της Αστρονομίας και της Χημείας που ασχολείται με την προέλευση και τις μεταβολές των στοιχείων της ύλης και των ισοτόπων τους, κυρίως μέσα στο Ηλιακό Σύστημα. Αυτό γίνεται αρχικά μέσω της μελέτης της χημικής σύστασης των μετεωριτών και άλλων υλικών δειγμάτων. Δεδομένου ότι τα αρχικά αστεροειδή σώματα μετεωριτών ήταν μερικά από τα πρώτα στερεά υλικά που συμπυκνώθηκαν στο πρώιμο ηλιακό νέφος, οι κοσμοχημικοί ασχολούνται γενικά, αλλά όχι αποκλειστικά, με τα αντικείμενα που περιέχονται μέσα στο ηλιακό σύστημα. Ο όρος «Κοσμοχημεία» δημιουργήθηκε από τον πρωτοπόρο του κλάδου, τον Αμερικανό χημικό Harold Urey. Σε αντίθεση με την Αστροχημεία, που μελετά την κατανομή των χημικών στοιχείων και ενώσεων σε μακρινά μέρη του Γαλαξία μας και σε άλλους γαλαξίες, πράγμα που αποκλείει τη μεταφορά δειγμάτων τους σε γήινα εργαστήρια, η Κοσμοχημεία μπορεί και εξετάζει απευθείας από κοντά εξωγήινα δείγματα ύλης. Η Κοσμοχημεία συνδέεται με την Αστροφυσική, ιδίως με την πυρηνική, που αφορά τους αστέρες, και μάλιστα τους υπερκαινοφανείς. Από την άλλη πλευρά, η Κοσμοχημεία είναι επίσης σημαντική για την Πλανητολογία και για τη μελέτη της προελεύσεως και δημιουργίας του Ηλιακού Συστήματος. Μία από τις βασικές πηγές κοσμοχημικών πληροφοριών προέρχεται από την έρευνα των μετεωριτών, καθώς οι μετεωρίτες και τα δείγματα σεληνιακού πετρώματος που έφεραν οι αστροναύτες από τη Σελήνη συνιστούν μέχρι στιγμής τα μοναδικά εξωγήινα δείγματα που είναι διαθέσιμα για εξέταση σε γήινα εργαστήρια.

 Το 1938, ο Ελβετός ορυκτολόγος Victor Goldschmidt και οι συνάδελφοί του κατέρτισαν μια λίστα με αυτά που ονόμαζαν "κοσμικές αφθονίες", βασισμένες στις αναλύσεις τους μερικών γήινων δειγμάτων και δειγμάτων μετεωριτών. Ο Goldschmidt δικαιολόγησε τη συμπερίληψη των δεδομένων σύστασης μετεωρίτη στον πίνακά του με τον ισχυρισμό ότι τα γήινα πετρώματα είχαν υποβληθεί σε μια σημαντική ποσότητα χημικής μεταβολής λόγω των εγγενών διαδικασιών της Γης και της ατμόσφαιρας. Αυτό σήμαινε ότι η μελέτη γήινων πετρωμάτων αποκλειστικά δεν θα δώσει μια ακριβή συνολική εικόνα της χημικής σύστασης του κόσμου. Συνεπώς, ο Goldschmidt κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η εξωγήινη ύλη πρέπει επίσης να συμπεριληφθεί για να παραχθούν πιο ακριβή και αξιόπιστα στοιχεία. Αυτή η έρευνα θεωρείται το θεμέλιο της σύγχρονης κοσμοχημείας. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 1950 και του 1960, η κοσμοχημεία έγινε πιο αποδεκτή ως επιστήμη. Ο Harold Urey, ο οποίος θεωρείται ένας από τους πατέρες της κοσμοχημείας, ασχολήθηκε σε έρευνα η οποία οδήγησε στην κατανόηση προέλευσης των στοιχείων και της χημικής αφθονίας των άστρων. Το 1956, ο Urey και ο συνάδελφός του, ο Γερμανός επιστήμονας Hans Suess, δημοσίευσαν τον πρώτο πίνακα κοσμικών αφθονιών που να περιλαμβάνει τα ισότοπα με βάση την ανάλυση μετεωριτών. Η συνεχής βελτίωση των αναλυτικών οργάνων καθ 'όλη τη δεκαετία του 1960, ειδικά εκείνης της φασματομετρίας μάζας, επέτρεψε στους κοσμοχημικούς να εκτελέσουν λεπτομερείς αναλύσεις των ισοτοπικών αφθονιών των στοιχείων μέσα σε μετεωρίτες. Το 1960, ο John Reynolds προσδιόρισε, μέσα από την ανάλυση των βραχύβιων ραδιονουκλεϊδίων που βρίσκονταν μέσα σε μετεωρίτες, ότι τα στοιχεία του Ηλιακού Συστήματος σχηματίστηκαν πριν από το ίδιο το Ηλιακό Σύστημα το οποίο άρχιζε να καθορίζει ένα χρονοδιάγραμμα των διαδικασιών του πρώιμου ηλιακού συστήματος. Τον Οκτώβριο του 2011, επιστήμονες ανέφεραν ότι η κοσμική σκόνη περιέχει σύνθετη οργανική ύλη ("άμορφα οργανικά στερεά με μια μικτή αρωματική-αλειφατική δομή") που θα μπορούσε να δημιουργηθεί φυσικά, και γρήγορα, από τα αστέρια. Στις 29 Αυγούστου 2012, πρώτη φορά στον κόσμο, αστρονόμοι στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης ανέφεραν την ανίχνευση ενός συγκεκριμένου μορίου ζάχαρης, τη γλυκολαλδεΰδη, σε ένα μακρινό αστρικό σύστημα. Το μόριο βρέθηκε γύρω από τον δυαδικό πρωταστέρα IRAS 16293-2422, ο οποίος βρίσκεται 400 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Η γλυκοαλδεΰδη είναι απαραίτητη για να σχηματιστεί το ριβονουκλεϊκό οξύ, ή αλλιώς RNA, το οποίο έχει παρόμοιες λειτουργίες με το DNA. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι σύνθετα οργανικά μόρια μπορούν να σχηματιστούν σε αστρικά συστήματα πριν από το σχηματισμό των πλανητών, φτάνοντας τελικά στους νέους πλανήτες στην αρχή του σχηματισμού τους. Τον Σεπτέμβριο του 2012, επιστήμονες της NASA ανέφεραν ότι οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες, όταν υποβάλλονται σε συνθήκες του διαστρικού μέσου, μετασχηματίζονται, μέσω της υδρογόνωσης, της οξυγόνωσης και της υδροξυλίωσης, σε πιο σύνθετες οργανικές ενώσεις - "ένα βήμα του μονοπατιού προς τα αμινοξέα και τα νουκλεοτίδια, οι πρώτες ύλες των πρωτεϊνών και του DNA αντίστοιχα". Επιπλέον, ως αποτέλεσμα σε αυτούς τους μετασχηματισμούς, οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες χάνουν τη φασματοσκοπική υπογραφή τους, κάτι το οποίο θα μπορούσε να αποτελέσει μία από τις αιτίες "για την έλλειψη εντοπισμού πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων στους διαστρικούς κόκκους πάγου, ειδικότερα στις εξωτερικές περιοχές κρύων, πυκνών νεφών ή στα ανώτερα μοριακά στρώματα των πρωτοπλανητικών δίσκων. Τον Φεβρουάριο του 2014, η NASA ανακοίνωσε μια πολύ αναβαθμισμένη βάση δεδομένων για τον εντοπισμό πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων στο σύμπαν. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, περισσότερο από το 20% του άνθρακα στο σύμπαν μπορεί να σχετίζεται με τους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, πιθανές πρώτες ύλες του σχηματισμού της ζωής. Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες φαίνεται να έχουν σχηματιστεί λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι ευρέως διαδεδομένοι σε όλο το σύμπαν και σχετίζονται με νέα αστέρια και εξωηλιακούς πλανήτες. Οι μετεωρίτες είναι από τα πιο σημαντικά εργαλεία τα οποία έχουν οι κοσμοχημικοί για τη μελέτη της χημικής φύσης του Ηλιακού Συστήματος. Πολλοί μετεωρίτες είναι φτιαγμένοι από τόσο παλιά υλικά όσο και το ίδιο το Ηλιακό Σύστημα, παρέχοντας στους επιστήμονες ένα αρχείο από το πρώιμο ηλιακό νεφέλωμα. Οι ανθρακούχοι χονδρίτες είναι ιδιαίτερα αρχέγονοι, ήτοι έχουν διατηρήσει πολλές από τις χημικές τους ιδιότητες από τον σχηματισμό τους πριν 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, και ως εκ τούτου είναι ένα σημαντικό αντικείμενο των κοσμοχημικών ερευνών. Οι πιο αρχέγονοι μετεωρίτες περιέχουν μια μικρή πόσοτητα υλικού (< 0.1%) το οποίο τώρα αναγνωρίζεται ως προ-ηλιακός κόκκος, παλαιότερο από το ίδιο το Ηλιακό Σύστημα και τα οποία προέρχονται απευθείας από τα απομεινάρια ενός σουπερνόβα που παρείχε τη σκόνη από την οποία δημιουργήθηκε το Ηλιακό Σύστημα. Αυτοί οι κόκκοι είναι αναγνωρίσιμοι από την εξωτική χημεία, η οποία είναι εξωγήινη στο Ηλιακό Σύστημα, όπως "μήτρες" γραφίτη, διαμαντιού και καρβιδίου του πυριτίου). Έχουν επίσης συχνά αναλογίες ισοτόπων που δεν είναι αυτές του υπόλοιπου Ηλιακού Συστήματος (συγκεκριμένα, ο Ήλιος), και τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους, υποδεικνύοντας πηγές σε έναν αριθμό διαφορετικών εκρήξεων σουπερνόβα. Οι μετεωρίτες μπορούν επίσης να περιέχουν διαστρικούς κόκκους σκόνης, οι οποίοι έχουν συλλεχθεί από μη-αέρια στοιχεία στο διαστρικό μέσο, ως ένα είδος σύνθετης κοσμικής σκόνης ("αστερόσκονη"). Πρόσφατα ευρήματα από τη NASA, βασισμένα σε μελέτες μετεωριτών που βρέθηκαν στη Γη, υποδηλώνουν ότι τα συστατικά του DNA και του RNA (αδενίνη, γουανίνη και συναφή οργανικά μόρια), δομικά στοιχεία για τη ζωή όπως την ξέρουμε, μπορούν να σχηματιστούν έξω από τη Γη στο διάστημα. McSween, Gary (2010): Cosmochemistry (1η έκδ.), Cambridge University Press, ISBN 0-521-87862-4 Γεωχημεία Μετεωριτολογία