فهرست مولکول‌های فضای بیرونی

در این‌جا فهرستی از مولکول‌هایی که در فضای خارجی زمین شامل محیط‌های میان ستاره‌ای و مجاور ستاره‌ای، شناسایی شده‌اند، بر مبنای تعداد اتم‌های تشکیل دهنده، طبقه‌بندی شده‌اند. علاوه بر فرمول شیمیایی، هر یک از این ترکیبات شناسایی شده، شکل‌های یونیزه شده آن‌ها نیز آورده شده‌است.

زمینه 

مولکول‌های اشاره شده در این فهرست از طریق طیف سنجی نجومی شناسایی شدند. ویژگی‌های مشخصه طیفی آن‌ها برمبنای این واقعیت است که مولکول‌ها در زمان انتقال بین دو سطح انرژی مولکولی، یک فوتون نور را جذب یا منتشر می‌کنند. انرژی (و بنابراین طول موج) این فوتون  با اختلاف انرژی بین دو سطوح انرژی مورد نظر، مطابقت دارد. انتقالات الکترونی مولکولی هنگامی اتفاق می‌افتد که یکی از الکترون‌های مولکول، بین اوربیتال‌های مولکولی جابه‌جا شود. این انتقال موجب ایجاد خط طیفی در بخش‌های مربوط به طول موج‌های نواحی فرابنفش، مرئی یا فروسرخ نزدیک، در طیف الکترومغناطیسی می‌شود. روش دیگر، یک انتقال ارتعاشی، موجب انتقال یک کوانتوم انرژی به (یا از) ارتعاشات پیوندهای مولکولی می‌شود. این انتقال انرژی موجب شکل‌گیری اثری منحصربه‌فرد برای همان مولکول در بخش فروسرخ میانه یا دور در گستره امواج الکترومغناطیس می‌شود. مولکول‌های فاز گازی نیز دارای سطوح چرخشی کوانتیزه هستند که منجر به انجام انتقالاتی در نواحی طول موج مربوط به امواج مایکروویو یا رادیویی می‌شوند.

گاهی اوقات یک انتقال می‌تواند موجب انجام تغییرات انرژی بیش از یک نوع سطح انرژی را شامل شود. به‌عنوان مثال، طیف‌سنجی چرخشی-ارتعاشی هردو سطح انرژی چرخشی و ارتعاشی مولکول را تغییر می‌دهد. گاهی اوقات انتقالاتی که هر سه سطح انرژی (الکترونی، چرخشی و ارتعاشی) را تحت تاثیر دهد، نیز رخ می‌دهد. به‌عنوان مثال، نوار فیلیپس C۲ (کربن دواتمی)، که در آن یک انتقال الکترونی باعث ایجاد یک خط در ناحیه فروسرخ نزدیک می‌شود، خود به چندین نوار ارتعاشی ظریف‌تر تقسیم می‌شود و نوارهای مربوط به انتقالات ارتعاشی نیز خود به‌صورت نوارهای ظریف‌تری که مربوط به تغییر سطوح انرژی چرخشی مولکول هستند، تقسیم می‌شوند. 

طیف یک مولکول خاص توسط قوانین انتخاب شیمی کوانتومی و تقارن مولکولی تعیین می‌شود. برخی از مولکول‌ها دارای طیف‌های ساده‌ای هستند که به آسانی قابل شناسایی هستند، درحالی که برخی دیگر (که حتی بعضی از آن‌ها مولکول‌های کوچک هستند) دارای طیف‌های بسیار پیچیده‌ای هستند که تشخیص آنها بسیار دشوار است. برهم‌کنش میان هسته‌های اتمی و الکترون‌ها، گاهی موجب ایجاد ساختارهای طیفی ظریفی می‌شود. همچنین اگر مولکول دارای اتم‌های ایزوتوپی متعددی باشد (مولکول‌هایی که دارای ایزوتوپ‌های مختلفی از اتم‌ها هستند)، به‌علت پدیده جابه‌جایی ایزوتوپی، طیف به‌دست آمده از این مولکول‌ها پیچیده‌تر می‌شود. 

کشف یک مولکول در محیطی در فضای بین‌ستاره‌ای یا مجاور ستاره‌ای، در ابتدا نیاز به شناسایی یک جسم نجومی مناسب دارد. در مرحله بعد، باید جسم مورد نظر را با یک تلسکوپ مجهز به یک طیف‌نگار دارای توانایی کار در طول موج مورد نظر، وضوح طیفی و حساسیت مناسب، رصد نمود. اولین مولکول کشف شده در محیط میان ستاره‌ای، رادیکال متیلیدین (•CH) در سال ۱۹۳۷بود . این ترکیب دارای یک انتقال الکترونی قوی در ۴۳۰۰ آنگستروم در ناحیه مرئی است. پیشرفت در ابزارآلات نجومی، موجب افزایش تعداد مولکول‌های کشف شده شد. از دهه ۱۹۵۰ میلادی به بعد، اخترشناسی رادیویی کم‌کم به روش اصلی کشف مولکول‌های جدید در فضای خارجی تبدیل شد. از دهه ۱۹۹۰ میلادی، روش اخترشناسی زیرمیلی‌متری که به بررسی میلی‌متری و بسیار ظریف طیف‌های به‌دست آمده از مولکول‌ها می‌نماید، به عنوان روشی مهم در این زمینه تبدیل شد.

بررسی مجموعه مولکولهای شناسایی شده، نشان می‌دهد که تاکنون، بیش‌تر مولکول‌هایی شناسایی شده‌اند که کشف آنها آسان‌تر بوده‌است. این موضوع به این علت است که بیش‌ترین حساسیت روش اخترشناسی رادیویی متوجه مولکول‌های خطی کوچک دارای دوقطبی الکتریکی مولکولی بالا است. فراوان‌ترین مولکول موجود در جهان، مولکول هیدروژن (H۲) است که به‌طور کامل برای تلسکوپ‌های رادیویی نامرئی است، زیرا این مولکول فاقد دوقطبی الکتریکی است. انتقالات الکترونی مولکول هیدروژن، نیازمند انرژی بسیار بالایی هستند که تشخیص آن برای تلسکوپ‌های مرئی ممکن نیست، بنابراین شناسایی مولکول هیدروژن نیازمند مشاهدات با کمک طول موج فرابنفش، با استفاده از یک موشک ژرفاسنج است. نوارهای ارتعاشی غالباً مشخصه‌ای اختصاصی برای هر مولکول ایجاد نمی‌کنند و معمولاً به‌عنوان مشخصه‌ای برای شناسایی یک طبقه از مولکول‌های عمومی به شمار می‌آیند. به‌عنوان مثال، هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای (موسوم به PAHs) به‌دلیل داشتن نوارهای ارتعاشی که مشخصه این خانواده از ترکیبات است، به‌صورت وسیعی در طیف‌های فروسرخ میانه مشاهده می‌شوند. با این‌حال اگرچه با مشاهده این نوارها می‌توان پی‌برد که طیف ارتعاشی مورد نظر، متعلق به خانواده هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای است، اما صرفاً با بررسی این نوارها (و بدون استفاده از سایر انتقالات)، نمی‌توان به‌طور دقیق مشخص کرد که طیف مورد نظر، دقیقاً متعلق به کدام مولکول هیدروکربن آروماتیک است.

یکی از غنی‌ترین محل‌ها برای شناسایی مولکول‌های بین ستاره‌ای، ساگیتاریوس ب۲ است، یک ابر مولکولی غول پیکر که در نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری واقع شده‌است. حدود نیمی از مولکول‌های موجود در فهرست‌های زیر، ابتدا در این ابر کشف شده‌اند و بسیاری دیگر نیز که ابتدا در جای دیگری کشف شده‌اند، بعداً در ساگیتاریوس ب۲ نیز یافت شدند. یکی از منابع مملو از مولکول‌ها، ناحیه‌ای در مجاورت ستاره‌ای به‌نام آی‌آرسی ۱۰۲۱۶+ در صورت فلکی شیر است، ناحیه‌ای نزدیک یک ستاره کربنی که بیش از ۵۰ مولکول در آن شناسایی شده‌است. هیچ مرز مشخصی بین محیط میان‌ستاره‌ای و محیط مجاور ستاره‌ای وجود ندارد، بنابراین در جدول‌های زیر، مولکول‌ها، بدون اشاره به محیط کشف شده، آورده شده‌اند. 

اخترشیمی، دانشی است که به توضیح چگونگی تشکیل این مولکول‌ها و علت ظاهر طیفی آن‌ها می‌پردازد. چگالی بسیار پایین محیط میان‌ستاره‌ای محیط مناسبی برای تشکیل مولکول‌ها نیست، چون برهم‌کنش‌های متداول فاز گازی میان گونه‌های خنثی (اتم‌ها یا مولکول‌ها) به‌صورت موثری رخ نمی‌دهد. بسیاری از مناطق، دارای درجه حرارت بسیار پایینی هستند (به‌طور معمول دمای داخل یک ابر مولکولی ۱۰ درجه کلوین است)، که این موضوع خود موجب کاهش بیشتر میزان نرخ انجام واکنش یا اثر مخرب فتوشیمیایی پرتو فرابنفش، بر مولکول‌ها می‌شود. توضیح فراوانی مولکول‌های بین ستاره‌ای مشاهده شده، نیازمند محاسبه تعادل میان سرعت تشکیل و تخریب مولکول‌ها با استفاده از شیمی یون‌های موجود در فاز گازی، شیمی سطح گرد و غبارهای کیهانی، انتقال تابشی مانند خاموشی بین‌ستاره‌ای و بررسی مجموعه‌ای از واکنش‌های پیچیده است.

مولکول‌ها 

در جدول‌هایی که ادامه قرار گرفته‌اند، فهرست مولکول‌هایی آورده شده‌است که در محیط‌های میان‌ستاره‌ای یا نزدیک ستاره‌ای، شناسایی شده‌اند که براساس تعداد اتم‌ها دسته‌بندی شده‌اند. مولکول‌های خنثی و یون‌های مولکولی آن‌ها، در ستون‌های مجزا فهرست شده‌اند. اگر هیچ گونه داده‌ای برای فرمول مولکول خنثی برای یک ترکیب قرار داده نشده بود، به این معنی است که تنها شکل یونیزه شده مولکول مورد نظر شناسایی شده‌است. نام مولکول‌ها برمبنای نام‌هایی که در منابع علمی استفاده می‌شوند، اورده شده‌اند و در صورتی که هیچ نامی برای آن‌ها وجود نداشته باشد، قسمت مربوط خالی گذاشته شده‌است. جرم‌های فهرست شده در جدول‌ها، برمبنای یکای جرم اتمی آورده شده‌اند و چنان‌چه گونه‌هایی وجود داشته باشند که تفاوت آن‌ها، تنها یک اتم دوتریوم (۲H) باشد، به‌خاطر تفاوت جرم اندک به‌وجود آمده، به هرکدام سطر جداگانه‌ای در جدوا مورد نظر، اختصاص داده شده‌است. تعداد مجموع گونه‌های منحصر به‌فرد، از جمله حالت‌های یونیزه شده مجزا، در هر بخش نشان داده شده‌اند.
بیشتر مولکول‌هایی که تاکنون کشفه شده‌اند، مولکول‌های آلی هستند. تنها مولکول معدنی شناسایی شده با پنج اتم یا بیشتر، مولکول سیلان (SiH۴) است. مولکول‌های بزرگتر کشف شده، دارای حداقل یک اتم کربن هستند و فاقد پیوندهای پیوند نیتروژن-نیتروژن یا اکسیژن-اکسیژن هستند.

دو اتمی

سه اتمی

چهار اتمی

پنج اتمی

شش اتمی

هفت اتمی

هشت اتمی

نه اتمی

ده اتمی یا بیشتر

مولکول‌های دوتریوم‌دار 
همه این مولکول‌ها دارای یک یا چند اتم دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) هستند.

تأیید نشده 
گزارش‌هایی در مورد وجود مولکول‌های زیر در فضای خارجی در منابع علمی وجود دارد اما این مولکول‌ها به‌صورت نتایجی توصیفی توسط پژوهشگران مربوط ارائه شده‌اند یا این‌که وجود آن‌ها توسط پژوهشگران دیگر به چالش کشیده شده‌اند. در نتیجه، این مولکول‌ها هنوز منتظر تأیید مستقل هستند.

توضیحات

واژه‌نامه

جستارهای وابسته 

 تولین
 اخترشیمی
 ترکیب آلی
 طیف‌بینی
 پان‌اسپرمیا
 غبار کیهانی
 پرتو کیهانی
 پیدایش حیات
 کیهان‌شیمی
 فضای بیرونی
 اخترزیست‌شناسی
 محیط میان‌سیاره‌ای
 محیط میان‌ستاره‌ای
 گرد و غبار میان‌کهکشانی
 اخترفیزیک اتمی و مولکولی
 هیدروکربن آروماتیک چندحلقه‌ای

منابع

پیوند به بیرون 

 
 * * 
 

اخترشیمی
فضای بین ستاره‌ای
فهرست‌های علم شیمی
مولکول‌ها
نگهداری یادکرد:استفاده از پارامتر نویسندگان
ویکی‌سازی رباتیک