نگاهی اجمالی به منشا منظومه شمسی: جزئیات قابل توجه در مولکول های داخل یک شهاب سنگ

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا و آزمایشگاه ملی بروکهاون با یکدیگر همکاری کرده اند تا نگاهی تازه به ترکیب پیچیده شهاب سنگ ها داشته باشند و نگاهی اجمالی به گذشته منظومه شمسی داشته باشند.

طیف سنجی قدرتمندی که فقط در MagLab یافت شد، مجموعه وسیعی از ترکیبات آلی را در داخل دو شهاب سنگ شناسایی کرد و دانشمندان بروکهاون تصاویری را که جزئیات ساختار برخی از این مولکول های فرازمینی را نشان می داد، دنبال کردند. تحقیقات آن‌ها نشان می‌دهد که اساس شیمیایی حیات عمیقا در تار و پود کیهان بافته شده است و درک ما را از اجزای کیهانی که در زمین اولیه باریده‌اند، گسترش می‌دهد و به طور بالقوه باعث آغاز حیات آن‌گونه که ما می‌دانیم، می‌شود. این مطالعه در مجله علوم سیاره ای منتشر شد.

جوزف فرای جونز، که پژوهش طیف سنجی جرمی را به عنوان دستیار پژوهشی فارغ التحصیل دانشگاه ایالت فلوریدا رهبری می کرد و نویسنده اصلی مقاله است، گفت: «این می تواند روشن کند که چه مقدار مواد آلی پیچیده در فضا وجود دارد.

برای انجام این تحقیق، فرای جونز قطعاتی از شهاب سنگ مورچیسون، یک صخره فضایی میلیاردها ساله که در سال 1969 در استرالیا سقوط کرد، به دست آورد. این قطعه از موزه فیلد شیکاگو به دست آمد. فرای جونز همچنین قطعه‌ای از شهاب سنگ آگواس زارکاس را دریافت کرد که در سال 2019 در کاستاریکا سقوط کرد که توسط مرکز Buseck برای مطالعات شهاب‌سنگ در دانشگاه ایالتی آریزونا ارائه شد.

این تجزیه و تحلیل تنوع بسیار زیادی از مولکول های مبتنی بر کربن - ده ها هزار - را در یک نمونه کوچک از هر شهاب سنگ پیدا کرد. هر کدام پتانسیل نشان دادن چندین مولکول منحصر به فرد را دارند، به این معنی که شهاب‌سنگ‌ها از نظر شیمیایی بسیار پیچیده‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد هستند، احتمالا در میان پیچیده‌ترین موادی که تاکنون شناخته شده‌اند.

فرای جونز گفت: "شهاب سنگ مورچیسون حداقل 5.5 میلیارد سال سن دارد، 1 میلیارد سال از زمین پیرتر است، و این به اندازه ذخایر نفت پیچیده است، که برخی از پیچیده ترین مخلوط هایی است که ما در آزمایشگاه خود تجزیه و تحلیل کرده ایم. این یافته ها نشان می دهد که مواد آلی موجود در فضا چقدر می توانند پیچیده باشند."

اگرچه این دو شهاب سنگ متعلق به یک خانواده کیهانی هستند و در سطح شبیه به هم به نظر می رسند، اثر انگشت شیمیایی آنها بسیار متفاوت است. آنها تنها بخش کوچکی از مولکول های پیچیده را به اشتراک می گذارند. این به ما می گوید که فضا یکنواخت نیست. سیارک‌های مختلف هنگام شکل‌گیری محیط‌های کاملا متفاوتی را تجربه کردند و منظومه شمسی اولیه یک ماتریس شیمی آلی گسترده و متنوع ایجاد کرد.

فرای جونز گفت: "این به ما نگاهی اجمالی به منشا سیاره و منظومه شمسی ما می دهد."

بسیاری از تحلیل های قبلی شهاب سنگ مورچیسون بلافاصله پس از کشف آن انجام شد. پنج دهه گذشته پیشرفت هایی را در تکنیک ها و ابزار دقیق به ارمغان آورده است و به فرای جونز کمک کرده است تا نگاه دقیق تری به مولکول های بیشمار داخل آن داشته باشد.

فرای جونز گفت: "تکنیکی که ما استفاده می کنیم به طور پیوسته با پیشرفت فناوری بهتر می شود. با طیف سنج جرمی با بالاترین وضوح در جهان، ما می توانیم چیزهایی را ببینیم که دیگران نمی توانند."

فرای جونز نمونه‌های شهاب‌سنگ را خرد کرد، سپس قطعات را در حلال‌های آلی مانند متانول و اتانول حل کرد و سپس آنها را در طیف‌سنج رکورد 21 تسلا FT-ICR MagLab قرار داد، که بالاترین عملکرد در جهان برای تشدید سیکلوترون یونی است. این ابزار به محققان اجازه می دهد تا ترکیبات شیمیایی مخلوط های پیچیده را شناسایی کنند و در تجزیه و تحلیل نفت، مواد شیمیایی همیشه و نمونه های مواد آلی محلول مفید بوده است.

برای یک نگاه اجمالی دقیق تر، MagLab با پرسی زال، دانشمند ارشد در مرکز نانومواد عملکردی در آزمایشگاه ملی بروکهاون همکاری کرد تا تجزیه و تحلیل شیمیایی خود را با تصاویر تعداد انگشت شماری از مولکول های شهاب سنگ تکمیل کند. در حالی که طیف سنجی جرمی فرمول شیمیایی یک مولکول را تعیین می کند، همان فرمول می تواند ساختارهای مختلفی داشته باشد. زال برای دیدن ساختار مولکول‌ها چیزی را که میکروسکوپ نیروی اتمی غیر تماسی با وضوح بالا نامیده می‌شود، انجام داد.

این تکنیک یک نوک فوق‌العاده تیز را بالای سطح قرار می‌دهد و دافعه اتمی را اندازه‌گیری می‌کند تا مولکول‌ها را ترسیم کند. تصویربرداری موفقیت‌آمیز از چند مولکول منفرد از یک مخلوط پیچیده می‌تواند با استفاده از تکنیک خسته‌کننده و پیچیده، چند روز تا چند ماه طول بکشد.

زال توضیح داد: «طیف‌سنجی جرمی می‌تواند فرمول‌های مولکولی پنهان در یک شهاب‌سنگ را آشکار کند، اما این تجزیه و تحلیل را یک گام قابل توجه جلوتر می‌برد. این تنها روشی است که می‌تواند ساختار یک مولکول را به تصویر بکشد.

این سومین باری است که از این نوع میکروسکوپ برای مطالعه مواد شهاب سنگ استفاده می شود.

زال گفت: «کیفیت تصویری که در اینجا به دست می‌آید، راه را برای شناسایی ساختار بسیار کامل‌تر در مقابل تعداد اتم‌ها باز می‌کند. این دو تکنیک با هم دیدگاه جدید و هیجان انگیزی را در مورد شیمی فرازمینی ارائه می دهند: نه تنها بلوک های سازنده مولکولی حفظ شده در شهاب سنگ ها را شناسایی می کنند، بلکه شروع به دیدن اینکه مولکول های منفرد از منظومه شمسی اولیه واقعا چه شکلی هستند.

زال این تحقیق بین MagLab و Brookhaven را "همکاری غبار ستاره ای" نامیده است، که اشاره ای به منشاء عناصر و نقش آنها به عنوان بلوک های سازنده سیارات و خود حیات است. این نام به ما یادآوری می‌کند که چقدر باورنکردنی است که اینجا روی زمین تصاویری از مولکول‌هایی که میلیاردها سال در سراسر جهان در سفر بوده‌اند، باورنکردنی است.

زحل گفت: "نجوم سرگرمی من است، بنابراین این بسیار هیجان انگیز است." "ما همه این مواد آلی، بلوک های سازنده زندگی را می بینیم. به نوعی شبیه مرغ و تخم مرغ است: آنها از کجا آمده اند؟ و این در مورد شانس زندگی دیگر در جهان چه می گوید؟"

جوزف دبلیو فرای جونز و همکاران، بینش مستقیم مقیاس مولکولی در مورد مواد آلی محلول از شهاب‌سنگ‌های مورچیسون و آگواس زارکاس فعال شده توسط 21T FT-ICR MS و تصویربرداری تک مولکولی HR-AFM، مجله علوم سیاره‌ای (2026). DOI: 10.3847/psj/ae9a8d

اطلاعات مجله: مجله علوم سیاره ای

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →