Kosmokemi

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 7. oktober 2021; checks kræver 7 redigeringer .

Kosmokemi ( græsk κόσμος kósmos, "univers" og χημεία khemeía, "kemi" ) eller Kemisk kosmologi  er en gren af ​​kemi , der studerer den kemiske sammensætning af stof i Universet og de processer, der førte til denne sammensætning [1] . Kosmokemi udforsker overvejende "kolde" processer på niveauet af atom-molekylære interaktioner af stoffer, mens "varme" nukleare processer i rummet - plasmatilstanden af ​​stof, nukleosyntese (processen med dannelse af kemiske elementer) inde i stjerner er astrofysik . Kosmokemi har primært til opgave at studere den kemiske sammensætning af objekter i solsystemet , især meteoritter , de første legemer, der kondenseres fra den tidlige soltåge .

Kosmokemiens historie

Dannelsen og udviklingen af ​​kosmokemi er primært forbundet med værker af Victor Goldschmidt , G. Urey og A.P. Vinogradov . Norske Viktor Goldshmidt formulerede i perioden 1924-1932 for første gang regelmæssighederne af grundstoffernes fordeling i meteoritstof og fandt de grundlæggende principper for grundstoffernes fordeling i meteoritternes faser (silikat, sulfid, metallisk). I 1938 kompilerede Victor Goldshmidt og hans kolleger, baseret på analysen af ​​adskillige terrestriske og meteoritprøver, en liste over "kosmisk overflod" [2] , der markerede begyndelsen på kosmokemi.

Den amerikanske fysiker Harold Urey , som kaldes "kosmokemiens fader" [1] , foretog i 1950'erne og 1960'erne meget forskning, der førte til en forståelse af stjernernes kemiske sammensætning.

Indtil anden halvdel af det 20. århundrede blev studier af kemiske processer i det ydre rum og sammensætningen af ​​kosmiske legemer udført hovedsageligt ved massespektrometri af Solen , stjerner og til dels de ydre lag af planeternes atmosfære. Den eneste direkte metode til at studere kosmiske legemer var analysen af ​​meteoritternes kemiske og fasesammensætning. Udviklingen af ​​kosmonautik åbnede nye muligheder for kosmokemi til direkte at studere månens klipper som et resultat af at tage jordprøver. Automatiske nedstigningskøretøjer gjorde det muligt at studere stof og betingelserne for dets eksistens i atmosfæren og på overfladen af ​​andre planeter i solsystemet og asteroider , i kometer (se Liste over første landinger på himmellegemer ). Alle mesterskaber i dette område i midten af ​​det 20. århundrede tilhørte USSR og i slutningen af ​​det 20. og begyndelsen af ​​det 21. århundrede. — USA , EU og Japan .

I 1960 fastslog den amerikanske fysiker, massespektrometer John Reynolds, ved at analysere kortlivede nuklider i meteoritter, at grundstofferne i solsystemet dannedes tidligere end selve solsystemet, hvilket markerede begyndelsen på etableringen af ​​en tidsskala for processer i det tidlige solsystem [3] .

Sovjetisk geokemiker , akademiker ved USSR's Videnskabsakademi ( 1953 ) og dets vicepræsident siden 1967 A.P. Vinogradov udførte instrumentelle bestemmelser af den kemiske sammensætning af planetariske legemer, ifølge data opnået ved hjælp af interplanetariske rumstationer, etablerede for første gang tilstedeværelsen af ​​sten af ​​basaltsammensætning på Månens overflade (" Luna-10 ", 1966 ) og for første gang bestemt ved direkte målinger den kemiske sammensætning af Venus atmosfære (" Venus -4 ", 1967 ) [4] . Under ledelse af akademiker Vinogradov blev der lavet en undersøgelse af prøver af månejord leveret i 1970 til USSR's territorium fra den flade overflade af Sea of ​​Plenty af returapparatet fra den sovjetiske automatiske interplanetariske station " Luna " -16 ", og prøver fra Månens kontinentale region, leveret af stationen " Luna-20 " til 1972 . USSR tabte dog det videre rumkapløb . I begyndelsen af ​​det 21. århundrede, efter at have overtaget lederskabet i udforskningen af ​​Månen i almindelighed, og den anden side af Månen i særdeleshed, blev Kina en kandidat til at vinde det andet måneløb .

Meteoritter

Meteoritter er et af de vigtigste værktøjer for rumkemikere til at studere solsystemets kemiske natur. Mange meteoritter kommer fra materiale lige så gammelt som selve solsystemet og giver således videnskabsmænd information om den tidlige soltåge . Kulholdige kondritter er særligt primitive, hvilket betyder, at de har bevaret mange af deres kemiske egenskaber siden deres dannelse for 4,56 milliarder år siden [5]  og er derfor i fokus for kosmokemisk forskning.

De mest primitive meteoritter indeholder også en lille mængde materiale (<0,1%), der nu er anerkendt som præ-solkorn , ældre end selve solsystemet, og som kom direkte fra resterne af individuelle supernovaer , der forsyner det støv, hvorfra dannet solsystem. Disse korn er genkendelige på deres eksotiske kemiske sammensætning fremmed for solsystemet (f.eks. grafit , nanodiamant , siliciumcarbid ). De har også ofte et isotopforhold, der adskiller sig fra isotopforholdet i resten af ​​Solsystemet (især Solen), hvilket indikerer kilder i en række forskellige supernovaeksplosioner. Meteoritter kan også indeholde korn af interstellart støv, som er opsamlet fra ikke-gasformige grundstoffer i det interstellare medium, som en type kosmisk støv ("stjernestøv").

NASAs opdagelser fra 2011 , baseret på undersøgelser af meteoritter fundet på Jorden, tyder på, at DNA- og RNA- komponenter ( adenin , guanin og beslægtede organiske stoffer ), byggestenene til livet, kunne dannes i det ydre rum [6] [7] .

Kometer

I 2009 identificerede NASA - forskere første gang en af ​​de fundamentale kemiske byggesten i livet (aminosyren glycin ) i kometen i materiale, der blev udstødt fra kometen 81P/Wild i 2004 og modtaget af NASAs Stardust -sonde [8] [9] .

I 2015 rapporterede forskere, at efter den første landing nogensinde af den europæiske Philae - lander på overfladen af ​​kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko , målinger med et instrument, der er en kombineret gaskromatograf og massespektrometer COSAC og et instrument til måling af forholdet mellem stabile isotoper [da] i flygtige nøglekomponenter i kometen Ptolemaios's kerne, identificerede 16 organiske forbindelser, hvoraf fire først blev påvist på en komet ( acetamid , acetone , methylisocyanat og propionaldehyd ). Østrig , Finland , Frankrig , Tyskland , Ungarn , Italien , Irland , Polen , Storbritannien og Rusland deltog i skabelsen af ​​enheden og dens udstyr .

Interstellar rum

I det interstellare rum findes atomer og molekyler af mange grundstoffer i ekstremt lave koncentrationer , såvel som mineraler ( kvarts , silikater , grafit og andre), forskellige komplekse organiske forbindelser syntetiseres fra primære solgasser H 2 , CO , NH 3 , O 2 , N 2 , S og andre simple forbindelser under ligevægtsbetingelser med deltagelse af stråling .

I 2004 rapporterede amerikanske videnskabsmænd om opdagelsen af ​​anthracen og pyren i den ultraviolette stråling fra den røde rektangeltåge , der ligger i en afstand af 1000 lysår fra Jorden (ingen andre lignende komplekse molekyler er blevet fundet i rummet før) [10] .

I 2010 blev fullerener (eller "  buckyballs ") opdaget i tåger  , muligvis involveret i livets oprindelse på Jorden [11] .

I 2011 rapporterede Hongkong-forskere, at kosmisk støv indeholder komplekse organiske stoffer ("amorfe organiske faste stoffer med en blandet aromatisk og alifatisk struktur"), som naturligt og hurtigt kan skabes af stjerner [12] [13] [14] .

I 2012 rapporterede astronomer ved Københavns Universitet om opdagelsen af ​​et specifikt sukkermolekyle, glycolaldehyd , i et fjernt stjernesystem omkring den protostellare binære IRAS 16293-2422 , 400 lysår fra Jorden. Glycolaldehyd er afgørende for dannelsen af ​​RNA . Det er blevet foreslået, at komplekse organiske molekyler kan dannes i stjernesystemer før dannelsen af ​​planeter og i sidste ende ankomme til unge planeter i begyndelsen af ​​deres dannelse [15] NASA -forskere rapporterede, at polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er) anbragt i laboratorieforhold, simulerer det interstellare medium (temperatur minus 268 grader Celsius, bombarderet af ultraviolet stråling svarende til den, der udsendes af stjerner) omdannes gennem hydrogenering , oxygenering og hydroxylering til mere komplekse organiske forbindelser - "et skridt mod aminosyrer og nukleotider " [16] [17] .

I 2013 opdagede ALMA-projektet i en gigantisk gassky omkring 25.000 lysår fra Jorden mulige forstadier til en nøglekomponent i DNA , cyanomethanimin, som producerer adenin , en af ​​de fire nitrogenholdige baser , der udgør nukleinsyrer . Et andet molekyle, kaldet ethanamin, menes at spille en rolle i dannelsen af ​​alanin , en af ​​de tyve aminosyrer i den genetiske kode . Tidligere troede forskerne, at sådanne processer forekommer i en meget sjælden gas mellem stjerner. Nye opdagelser tyder dog på, at dannelsen af ​​disse molekyler ikke fandt sted i gas, men på overfladen af ​​iskorn i det interstellare rum [18] [19] .

Månen

Udforskning af månen ved hjælp af rumfartøjer begyndte i det 20. århundrede. Månens overflade den 14. september 1959 blev først nået af den sovjetiske automatiske interplanetariske station Luna-2 . Den sovjetiske geokemiker Vinogradov A.P. etablerede først tilstedeværelsen af ​​klipper af basaltsammensætning på Månens overflade (" Luna-10 ", 1966 ), senere i 1970 studerede han måneklipperne i Overflødighedshavet ( Luna-16 ), i 1972 - prøver fra Månens fastlandsområde ( Luna-20 ).

De dominerende mineraler på månens overflade er blevet identificeret, herunder clinopyroxen, orthopyroxen, olivin , plagioklas , ilmenit , agglutinater og vulkanske glas . En række mineraler blev opdaget på Månen - jern , aluminium , titanium , tilstedeværelsen af ​​vandis på månens overflade blev opdaget (muligheden for at skabe oxygen-brint brændstof på basis af det).

I 2020 leverede det kinesiske rumfartøj Chang'e-5 til Jorden månejord fra en region på Månen med et højt indhold af KREEP [20] . Efter to års forskning annoncerede China National Space Agency og China Atomic Energy Administration (CAEA) opdagelsen af ​​et nyt, sjette mineral opdaget af mennesker på Månen - det fik navnet chan'ezite - (Y) ( engelsk changesite - (Y), "Chang'e stone"). Kina blev det tredje land i verden til at opdage et nyt månemineral klassificeret som et fosfatmineral.

Planer for minedrift af helium-3 på Månen

Helium-3 er en sjælden isotop , der koster cirka $1.200 pr. liter gas, der er nødvendig i atomkraft for at starte en fusionsreaktion . Teoretisk (til sammenligning kan vi vurdere vanskelighederne og problemerne ved det internationale eksperimentelle termonukleare reaktorprojekt ) under en hypotetisk fusionsreaktion, hvor 1 ton helium-3 reagerer med 0,67 tons deuterium , frigives energi svarende til forbrænding af 15 millioner tons olie, hvilket ville være nok til vores planets befolkning i fem årtusinder [21] . Helium-3 er et biprodukt af reaktioner, der forekommer på Solen og findes i en vis mængde i solvinden og det interplanetariske medium. Helium-3, der kommer ind i Jordens atmosfære fra det interplanetariske rum, forsvinder hurtigt tilbage, dets koncentration på Jorden og i dens atmosfære er ekstremt lav. Indholdet af helium-3 i månens regolit er meget højere end på Jorden ~ 1 g pr. 100 tons; for at udvinde et ton af denne isotop skal mindst 100 millioner tons jord behandles på stedet. Indholdet af helium-3 i månens regolit i 2007 blev estimeret af NASA fra cirka 0,5 millioner tons [22] til 2,5 millioner tons [23] .

Den kinesiske Chang'e-1- mission i 2009 satte opgaven med at estimere dybdefordelingen af ​​grundstoffer ved hjælp af mikrobølgestråling til at forfine fordelingen af ​​helium-3 og estimere dets indhold.

I 2022 rapporterede China National Space Agency og China Atomic Energy Administration (CAEA), baseret på undersøgelser af månejord leveret af Chang'e-5 rumfartøjet , at ifølge kinesiske videnskabsmænds beregninger, op til 1,1 millioner tons helium-3 er indeholdt på månens overflade [24] .

Under det første månekapløb i 1960'erne havde de to rumsupermagter, USA og USSR, planer om at bygge månebaser, der ikke blev til noget. Det sovjetiske måneprogram blev indskrænket. I begyndelsen af ​​det 21. århundrede stimulerede opdagelsen af ​​isaflejringer ved Månens poler starten på det andet måneløb mellem USA ( Artemis-programmet ), Kina (Kinas måneprogram ), Rusland ( det russiske måneprogram ), Den Europæiske Union ( Aurora-programmet ), Japan og Indien. Alle disse programmer sørger for skabelsen af ​​baser på Månen.

Chefforskeren for det kinesiske måneprogram, geolog, kosmolog-kemiker Ouyang Ziyuan , har siden 2008 været initiativtager til udviklingen af ​​månereserver ( titanium og andre værdifulde metaller og helium-3 som brændstof til fremtidig termonuklear energi).

Mars

Ifølge analysen af ​​samlingen af ​​Mars-meteoritter består overfladen af ​​Mars hovedsageligt af basalt .

Siden 2003 er Mars Express-programmet fra European Space Agency blevet udført , designet til at studere Mars . Ifølge resultaterne af observationer fra Jorden og data fra Mars Express - rumfartøjet blev metan påvist i Mars atmosfære .

Siden 2011 er NASA- missionen Mars Science Laboratory blevet udført .

I 2014 opdagede NASAs Curiosity-rover et udbrud af metan i Mars-atmosfæren og opdagede organiske molekyler i prøver udvundet fra Cumberland-klippen [25] .

I 2017 blev bor fundet i jorden i Gale-krateret ved hjælp af ChemCam- instrumentet [en] ved lasergnistemissionsspektrometri , hvilket er et argument til støtte for Mars' beboelighed i fortiden [26] [27] .

I 2020 blev Mars 2020 ( NASA ), Al Amal (UAE Space Agency) og Tianwen-1 ( China National Space Administration ) ekspeditionerne sendt til Mars. Alle tre ekspeditioner nåede Mars i februar 2021.

Se også

Litteratur

Noter

  1. ↑ 1 2 Harry Y. McSween Jr. Jr. og 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 sammensætning af primordial 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. Bestemmelse af den kemiske sammensætning af Venus-atmosfæren ved den interplanetære station "Venera-4"  // USSR'S VIDENSKABETS ACADEMY. Astronomi. - 1968. - T. 179 , nr. 1 .
  5. ↑ McSween, HY Er kulstofholdige kondritter primitive eller forarbejdede?  (engelsk)  // Anmeldelser af geofysik og rumfysik. - 1979. - August ( 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.; Hus, CH; Dworkin, JP Kulstofholdige meteoritter indeholder en bred vifte af udenjordiske nukleobaser  //  Proceedings of the National Academy of Science. - 2011. - August ( nr. 108(34) ). — S. 13995–13998 . - doi : 10.1073/pnas.1106493108 .
  7. ↑ NASA-forskere : DNA-byggesten kan laves i rummet  . https://www-nasa-gov (08.08.2011).
  8. ↑ 'Livkemikalie' opdaget i  kometen . https://news-bbc-co-uk (18/08/2009).
  9. ↑ En aminosyre blev først opdaget i halen på en komet . https://lenta.ru (18.08.2009).
  10. ↑ Stephen Battersby. Rummolekyler peger på organisk  oprindelse . https://www-newscientist-com (01/09/2004).
  11. ↑ NANCY ATKINSON. Buckyballs kunne være rigeligt i  universet . https://www-universetoday-com (27/10/2010).
  12. ↑ Sun Kwok, Yong Zhang. Blandede aromatisk-alifatiske organiske nanopartikler som bærere af uidentificerede infrarøde  emissionsegenskaber . https://www-nature-com (26/10/2011). doi : 10.1038/nature10542 .
  13. ↑ Astronomer opdager, at komplekst organisk stof findes i hele  universet . https://www-sciencedaily-com (27/10/2011).
  14. ↑ Denise Chow. Discovery: Cosmic Dust indeholder organisk stof fra  Stars . https://www-space-com (26/10/2011).
  15. ↑ Jørgensen, JK; Favre, C. Påvisning af det enkleste sukker, glycolaldehyd, i en protostjerne af soltypen 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 af strålingsinduceret behandling af organiske stoffer i astrofysiske isanaloger – Novel Laser Desorption Laser Ionization Time-Of-Flight Mass Spectroscopic Studies  //  The Astrophysical Journal Letters. - 2012. - 17. august ( nr. 756 (1) ). - doi : 10.1088/2041-8205/756/1/L24 .
  17. ↑ NASA tilbereder iskolde organiske stoffer for at efterligne livets  oprindelse . 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. Påvisningen af ​​interstellar ethanimine (Ch3Chnh) fra observationer taget under Gbt Primos-undersøgelsen  //  The Astrophysical Journal. - 2013. - April ( nr. 765 (1): L9 ). - doi : 10.1088/2041-8205/765/1/L9 .
  19. ↑ Dave Finley. Opdagelser tyder på isnende kosmisk start for aminosyrer og DNA-ingredienser  . https://www-nrao-edu (28/02/2013).
  20. ↑ Honglei Lin. In situ-detektering af vand på Månen med Chang'E-5-landeren  //  Science Advances. - 2022. - 7. januar ( bind 8 , nr. 1 ). - doi : 10.1126/sciadv.abl9174 .
  21. ↑ Helium-3-minedrift på Månen vil forsyne jordboerne med energi i 5 tusinde år . https://ria.ru (25.07.2012).
  22. ↑ Ivan Vasiliev. Koloniseringen af ​​solsystemet er aflyst . https://3dnews.ru (06/03/2007).
  23. ↑ ESTIMATION AF HELIUM-3 SANDSYNLIGE RESERVER I LUNAR REGOLITH  //  Lunar and Planetary Science XXXVIII. – 2007.
  24. ↑ Ramis Ganiev. Et nyt mineral og kilde til "energi for alle mennesker på Jorden" er blevet fundet på Månen . https://hi-news.ru (13/09/2022).
  25. ↑ Grotzinger, John P. Habitability, Taphonomy, and the Search for Organic Carbon on Mars   // Videnskab . - 2014. - doi : 10.1126/science.1249944 . - .
  26. ↑ Patrick J. Gasda, Ethan B. Haldeman, Roger C. Wiens, William Rapin, Thomas F. Bristow. In situ detektion af bor af ChemCam på Mars  (engelsk)  // Geophysical Research Letters. - 2017. - ISSN 1944-8007 . - doi : 10.1002/2017GL074480 .
  27. ↑ Dmitry Trunin. Nysgerrighed fundet bor i Mars jord . https://nplus1.ru (09/07/2017).


  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger