اخترشیمی

اخترشیمی علم مطالعهٔ فراوانی و واکنش‌های عناصر شیمیایی و مولکول‌ها در جهان است، و همچنین به مطالعهٔ عکس‌العمل آنها در مقابل پرتوزایی می‌پردازد. این ترتیب نامگذاری در نتیجهٔ ترکیب دو واژهٔ اخترشناسی و شیمی به وجود آمده‌است. واژهٔ اخترشیمی می‌تواند در رابطه با منظومهٔ شمسی و ناحیهٔ بین ستاره‌ای به کار برده شود. مطالعهٔ فراوانی عناصر و نسبت‌های ایزوتوپی در اجزاء منظومهٔ شمسی مثل شهاب سنگ‌ها، کیهان‌شیمی هم نامیده می‌شود، در حالی که مطالعهٔ اتم‌ها و مولکول‌های بین ستاره‌ای و تشعشعات آنان در برخی موارد اخترفیزیک مولکولی نامیده می‌شود. تشکیل، ترکیبات اتمی و شیمیایی، تکامل و سرنوشت نهایی تودهٔ گازی ناحیهٔ بین ستاره‌ای مورد توجه ویژه‌ای است زیرا این تودهٔ گازی از جنس ابرهایی است که منظومهٔ شمسی را تشکیل داده‌اند.

طیف‌بینی

یکی از ابزار تجربی بسیار مهم در اختر شیمی طیف‌بینی یعنی استفاده از تلسکوپ‌ها برای اندازه‌گیری جذب و تابش نور از مولکول‌ها و اتم‌ها در محیط‌های گوناگون است. با مقایسهٔ مشاهدات نجومی توسط ابزار آزمایشگاهی، اخترشیمی‌دان‌ها می‌توانند به فراوانی عناصر، ترکیبات شیمیایی و دمای ستاره‌ها و توده‌های بین ستاره‌ای پی ببرند چرا که یون‌ها، اتم‌ها و مولکول‌ها طیف مخصوص به خود را دارند. جذب و تابش طول موج‌های خاصی از پرتوهای نوری با چشم انسان قابل مشاهده نیست. انواع مختلفی از تابش‌ها (نظیر تابش‌های رادیویی، مادون قرمز، مرئی، فرابنفش و غیره) تنها می‌توانند انواع خاصی از ذرات را بر اساس ویژگی‌های شیمیایی مولکول‌ها شناسایی کنند. فرمالدهید بین ستاره‌ای اولین مولکول آلی کشف شده در فضای بین ستاره‌ای بود.
احتمالاً موثرترین روش برای کشف ذرات شیمیایی، اخترشناسی رادیویی است که در نتیجهٔ آن بیش از صد ذرهٔ بین ستاره‌ای شامل رادیکال‌ها و یون‌ها و ترکیبات آلی همچون الکل‌ها، آلدئیدها و کتون‌ها کشف شده‌اند. مونوکسید کربن یکی از فراوان‌ترین مولکول‌های بین ستاره‌ای است که (به دلیل گشتاور دوقطبی الکتریکی قوی‌اش) به آسانی توسط امواج رادیویی کشف می‌شود. مونوکسید کربن از پرکاربردترین مولکول‌هایی است که برای مکان‌یابی نواحی مولکولی از آن استفاده می‌شود. یکی از بحث‌برانگیزترین مشاهدات رادیویی مدعی بر وجود گلیسین، ساده‌ترین اسید آمینه موجود، در فضای بین ستاره‌ای است. این ادعا مورد چالش قرار گرفته‌است، از جمله به این دلیل که اگرچه امواج رادیویی و بعضی روش‌های دیگر مثل طیف‌سنجی تابشی برای تعیین ذرات ساده با گشتاور دو قطبی بزرگ مناسب هستند اما حساسیت و دقت لازم برای مطالعهٔ مولکول‌های پیچیده‌تر یا حتی نه چندان پیچیده مثل اسیدهای آمینه را ندارند.
گذشته از این، روش‌هایی یادشده برای شناسایی مولکول‌های فاقد گشتاور دو قطبی هیچ کاربردی ندارند. برای مثال فراوان‌ترین مولکول دنیا که گاز هیدروژن است، به این دلیل که گشتاور دو قطبی ندارد توسط تلسکوپ‌های رادیویی قابل مشاهده نیست. همچنین این روش‌ها نمی‌توانند ذراتی که در فاز گازی نیستند را شناسایی کنند. ابرهای متراکم مولکولی معمولاً بسیار سرد هستند (۱۰ تا ۵۰ درجهٔ کلوین، معادل ۲۶۳٫۱- تا ۲۲۳٫۲- درجه سانتی گراد، یا ۴۴۷٫۷- تا ۳۶۹٫۷- فارنهایت)، پس بسیاری از مولکول‌ها در آن‌ها (به جز هیدروژن) به صورت یخ‌زده و جامد قرار دارند. هیدروژن و مولکول‌های این چنینی با استفاده از طول موج‌های دیگری از تابش نوری آشکار می‌شوند. هیدروژن در تابش فرابنفش و طیف مرئی جذب و نشر نوری آن کشف می‌شود.
همچنین بیشتر از ترکیبات آلی نور را در بخش مادون قرمز جذب و ساطع می‌کنند. برای مثال، آشکارسازی متان در جو سیارهٔ مریخ با استفاده از تلسکوپ مادون قرمز سه متری ناسا که در بالای کوه مائونا کیا در هاوایی قرار دارد صورت گرفت. علاوه بر این ناسا، یک تلسکوپ مادون قرمز هوابرد به نام سوفیا و یک تلسکوپ فضایی مادون قرمز به نام اسپیتزر نیز دارد. در گزارشی مرتبط، دانشمندان در ژوئن ۲۰۱۲ گزارش دادند که اندازه‌گیری نسبت سطح هیدروژن به متان در مریخ می‌تواند به یافتن امکان زندگی روی این سیاره کمک کند. مطابق این ادعا، نسبت‌های کوچکتر هیدروژن به متان (کمتر از حدود ۴۰ به ۱) نشان می‌دهد که زندگی به صورت فعال وجود دارد. دانشمندان روش‌هایی را برای کشف هیدروژن و متان در جو فرازمینی معرفی کرده‌اند.