Kozmokémia

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. október 7-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 7 szerkesztést igényelnek .

A kozmokémia ( görögül κόσμος kósmos, "univerzum" és χημεία khemeía, "kémia" ) vagy a kémiai kozmológia a kémia  egyik ága , amely az Univerzumban lévő anyag kémiai összetételét és az ehhez az összetételhez vezető folyamatokat vizsgálja [1] . A kozmokémia túlnyomórészt "hideg" folyamatokat tár fel az anyagok atomi-molekuláris kölcsönhatásának szintjén, míg a "forró" nukleáris folyamatokat az űrben - az anyag plazmaállapotát , a nukleoszintézist (a kémiai elemek képződésének folyamatát) a csillagokban az asztrofizika . A kozmokémia elsősorban a Naprendszerben található objektumok kémiai összetételének tanulmányozását tűzi ki célul , különös tekintettel a meteoritokra , a korai napködből kondenzált első testekre .

A kozmokémia története

A kozmokémia kialakulása és fejlődése elsősorban Victor Goldschmidt , G. Urey és A. P. Vinogradov munkáihoz kötődik . A norvég Viktor Goldshmidt az 1924-1932 közötti időszakban fogalmazta meg először a meteoritanyagban lévő elemek eloszlásának törvényszerűségeit, és találta meg az elemek eloszlásának alapelveit a meteoritok fázisaiban (szilikát, szulfid, fém). 1938- ban Victor Goldshmidt és munkatársai számos földi és meteoritminta elemzése alapján összeállították a "kozmikus bőség" listáját [2] , ami a kozmokémia kezdetét jelzi.

Harold Urey amerikai fizikus , akit a "kozmokémia atyjának" [1] neveznek, az 1950-es és 1960 -as években sok kutatást végzett, amelyek a csillagok kémiai összetételének megértéséhez vezettek.

A 20. század második feléig a világűrben zajló kémiai folyamatok és a kozmikus testek összetételének vizsgálatát főként a Nap , a csillagok és részben a bolygók légkörének külső rétegeinek tömegspektrometriájával végezték. A kozmikus testek vizsgálatának egyetlen közvetlen módszere a meteoritok kémiai és fázisösszetételének elemzése volt. A kozmonautika fejlődése új lehetőségeket nyitott a kozmokémia előtt a Hold kőzeteinek közvetlen tanulmányozására a talajmintavétel eredményeként. Az automatikus leszálló járművek lehetővé tették az anyag és létezésének körülményeinek tanulmányozását a légkörben és a Naprendszer más bolygóinak felszínén, valamint aszteroidákon , üstökösökben (lásd az első égitestekre történő leszállások listáját ). A 20. század közepén ezen a területen minden bajnokság a Szovjetunióhoz tartozott, a 20. század végén és a 21. század elején. – USA , EU és Japán .

1960- ban John Reynolds amerikai fizikus, tömegspektrométer meteoritokban található rövid élettartamú nuklidok elemzésével megállapította, hogy a Naprendszer elemei korábban keletkeztek, mint maga a Naprendszer, ami egy időskála felállításának kezdetét jelentette. a korai naprendszer folyamatai [3] .

A.P. Vinogradov szovjet geokémikus , a Szovjetunió Tudományos Akadémiájának akadémikusa ( 1953 ) és alelnöke 1967 óta A bolygóközi űrállomások segítségével kapott adatok alapján műszeres meghatározásokat végzett a bolygótestek kémiai összetételéről, és először állapította meg bazalt összetételű kőzetek jelenlétét a Hold felszínén (" Luna-10 ", 1966 ). és először határozták meg közvetlen mérésekkel a Vénusz légkörének kémiai összetételét (" Venus-4 ", 1967 ) [4] . Vinogradov akadémikus vezetésével tanulmányt készítettek holdtalaj mintáiról, amelyeket 1970- ben a Szovjetunió területére szállítottak a Bőség-tenger sík felszínéről a szovjet automata bolygóközi állomás " Luna " visszatérő berendezésével. -16 " és a Hold kontinentális régiójából származó minták, amelyeket a " Luna-20 " állomás szállított 1972 -ig . A Szovjetunió azonban elvesztette a további űrversenyt . A 21. század elején Kína megszerezte a vezető szerepet a Hold felderítésében általában, és különösen a Hold túlsó oldalán , és a második holdverseny megnyerésének esélyese lett .

Meteoritok

A meteoritok az űrkémikusok egyik legfontosabb eszköze a Naprendszer kémiai természetének tanulmányozására. Sok meteorit olyan régi anyagból származik, mint maga a Naprendszer, és így a tudósok számára információval szolgál a korai napködről . A széntartalmú kondritok különösen primitívek, ami azt jelenti, hogy számos kémiai tulajdonságukat megőrizték 4,56 milliárd évvel ezelőtti keletkezésük óta [5]  , ezért a kozmokémiai kutatások középpontjában állnak.

A legprimitívebb meteoritok kis mennyiségű (<0,1%) olyan anyagot is tartalmaznak, amelyet ma a Naprendszer előtti szemcséknek ismernek el , amelyek régebbiek, mint maga a Naprendszer, és amely közvetlenül az egyes szupernóvák maradványaiból származik , és a port szolgáltatja, amelyből a naprendszer alakult ki. Ezek a szemcsék a Naprendszertől idegen egzotikus kémiai összetételükről ismerhetők fel (pl. grafit , nanogyémánt , szilícium-karbid ). Gyakran olyan izotóparányuk is van, amely eltér a Naprendszer többi részének (különösen a Nap) izotóparányától, ami számos különböző szupernóva-robbanás forrását jelzi. A meteoritok csillagközi porszemcséket is tartalmazhatnak, amelyeket a csillagközi közegben lévő nem gáznemű elemekből gyűjtenek össze, mint egyfajta kozmikus por („csillagpor”).

A NASA 2011 -es felfedezései , amelyek a Földön talált meteoritok vizsgálatain alapulnak, azt sugallják, hogy az élet építőkövei, a DNS- és RNS -komponensek ( adenin , guanin és rokon szerves anyagok ) a világűrben képződhetnek [6] [7] .

Üstökösök

2009- ben a NASA tudósai először azonosították az élet egyik alapvető kémiai építőkövét (a glicin aminosavat ) az üstökösben a 81P/Wild üstökösből 2004-ben kilökött anyagban, amelyet a NASA Stardust szondája fogadott [8] [9] .

2015 - ben a tudósok arról számoltak be, hogy miután az európai Philae leszállógép először landolt a 67P/Churyumov-Gerasimenko üstökös felszínén , egy kombinált gázkromatográfos és tömegspektrométeres COSAC műszerrel végeztek méréseket, valamint egy olyan műszerrel, amely méri stabil izotópok [en] a Ptolemaiosz-üstökösmag kulcsfontosságú illékony összetevőiben 16 szerves vegyületet azonosítottak, amelyek közül négyet először egy üstökösön mutattak ki ( acetamid , aceton , metil-izocianát és propionaldehid ). A készülék és berendezéseinek megalkotásában Ausztria , Finnország , Franciaország , Németország , Magyarország , Olaszország , Írország , Lengyelország , Nagy - Britannia és Oroszország vett részt .

Csillagközi tér

A csillagközi térben számos elem atomja és molekulája található rendkívül alacsony koncentrációban , valamint ásványok ( kvarc , szilikátok , grafit és mások), különféle összetett szerves vegyületek szintetizálódnak az elsődleges napgázokból H 2 , CO , NH 3 , O 2 , N 2 , S és más egyszerű vegyületek egyensúlyi körülmények között sugárzás közreműködésével .

2004 - ben amerikai tudósok antracén és pirén felfedezéséről számoltak be a Földtől 1000 fényévnyi távolságra található Vörös Téglalap -köd ultraibolya sugárzásában (korábban nem találtak hasonló komplex molekulát az űrben) [10] .

2010 - ben fulleréneket (vagy "  buckyballs "-okat) fedeztek fel ködökben  , amelyek valószínűleg szerepet játszanak a földi élet kialakulásában [11] .

2011 - ben hongkongi tudósok arról számoltak be, hogy a kozmikus por összetett szerves anyagokat tartalmaz ("amorf szerves szilárd anyagok vegyes aromás és alifás szerkezettel"), amelyeket természetesen és gyorsan létrehozhatnak a csillagok [12] [13] [14] .

2012 - ben a Koppenhágai Egyetem csillagászai egy specifikus cukormolekula, a glikolaldehid felfedezéséről számoltak be egy távoli csillagrendszerben az IRAS 16293-2422 bináris protocsillagok körül , 400 fényévre a Földtől. A glikolaldehid nélkülözhetetlen az RNS képződéséhez . Felmerült, hogy a csillagrendszerekben komplex szerves molekulák képződhetnek még a bolygók kialakulása előtt, és végül a fiatal bolygókra is megérkezhetnek kialakulásuk kezdetén [15] . A NASA tudósai arról számoltak be, hogy a policiklusos aromás szénhidrogéneket (PAH) laboratóriumi körülmények között helyezték el, szimulálva. a csillagközi közeg (hőmérséklet mínusz 268 Celsius fok, a csillagok által kibocsátotthoz hasonló ultraibolya sugárzás bombázza) hidrogénezés , oxigenizáció és hidroxiláció révén bonyolultabb szerves vegyületekké alakul át – „egy lépés az aminosavak és nukleotidok felé ” [16] [17] .

2013 -ban az ALMA projekt egy óriási gázfelhőben fedezte fel a Földtől körülbelül 25 000 fényévre a DNS kulcsfontosságú összetevőjének, a ciano-metaniminnek a lehetséges előanyagait, amely adenint termel, amely a nukleinsavakat alkotó négy nitrogénbázis egyike . Egy másik molekuláról, az etánaminról azt gondolják, hogy szerepet játszik az alanin képződésében, amely a genetikai kód húsz aminosavának egyike . Korábban a tudósok úgy gondolták, hogy az ilyen folyamatok egy nagyon ritka gázban játszódnak le a csillagok között. Az új felfedezések azonban azt sugallják, hogy ezeknek a molekuláknak a képződése nem gázban, hanem a csillagközi tér jégszemcséinek felszínén történt [18] [19] .

Hold

A Hold űrhajók segítségével történő kutatása a 20. században kezdődött . A Hold felszínét 1959. szeptember 14- én érte el először a Luna-2 szovjet automata bolygóközi állomás . Vinogradov szovjet geokémikus A.P. először megállapította a bazalt összetételű kőzetek jelenlétét a Hold felszínén (" Luna-10 ", 1966 ), később 1970 -ben a Bőség-tenger holdkőzeteit tanulmányozta ( Luna-16 ), 1972 -ben - minták a Hold szárazföldi régiójából ( Luna-20 ).

A Hold felszínén uralkodó ásványokat azonosították, köztük a klinopiroxént, az ortopiroxént, az olivint , a plagioklászt , az ilmenitet , az agglutinátokat és a vulkáni üvegeket . Különféle ásványokat fedeztek fel a Holdon - vasat , alumíniumot , titánt , vízjég jelenlétét fedezték fel a Hold felszínén (alapján oxigén-hidrogén üzemanyag létrehozásának lehetősége).

2020 - ban a kínai Chang'e-5 űrszonda a Hold egy olyan régiójából szállította a Hold talaját a Földre, ahol magas volt a KREEP [20] . Két évnyi kutatás után a Kínai Nemzeti Űrügynökség és a Kínai Atomenergia Hivatal (CAEA) bejelentette, hogy egy új, hatodik ásványt fedeztek fel a Holdon – a chan'ezite nevet kapta – (Y) ( angolul Changesite - (Y), "Chang'e kő"). Kína lett a harmadik ország a világon, ahol felfedeztek egy új holdi ásványt, amelyet foszfát ásványnak minősítettek.

Hélium-3 bányászatának tervei a Holdon

A hélium-3 egy ritka izotóp , literenként körülbelül 1200 dollárba kerül, és az atomenergiában szükséges a fúziós reakció elindításához . Elméletileg (összehasonlításképpen értékelhetjük a Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor projekt nehézségeit és problémáit ) egy hipotetikus fúziós reakció során, amelyben 1 tonna hélium-3 reagál 0,67 tonna deutériummal , az égésnek megfelelő energia szabadul fel. 15 millió tonna olaj, ami bolygónk lakosságának öt évezredre elegendő lenne [21] . A hélium-3 a Napon végbemenő reakciók mellékterméke, és bizonyos mennyiségben megtalálható a napszélben és a bolygóközi közegben. A bolygóközi térből a Föld légkörébe kerülő hélium-3 gyorsan visszaoszlik , koncentrációja a Földön és légkörében rendkívül alacsony. A holdi regolit hélium-3 tartalma jóval magasabb, mint a Földön ~ 1 g/100 tonna; egy tonna izotóp kinyeréséhez legalább 100 millió tonna talajt kell a helyszínen feldolgozni. A Hold- regolit hélium-3 tartalmát 2007 -ben a NASA körülbelül 0,5 millió tonnára [22] 2,5 millió tonnára [23] becsülte .

A kínai Chang'e-1 küldetés 2009 - ben azt a feladatot tűzte ki célul, hogy mikrohullámú sugárzás segítségével becsüljék meg az elemek mélységi eloszlását, hogy finomítsák a hélium-3 eloszlását és megbecsüljék annak tartalmát.

2022 - ben a Kínai Nemzeti Űrügynökség és a Kínai Atomenergia Hivatal (CAEA) a Chang'e-5 űrszonda által szállított holdtalaj vizsgálatai alapján arról számolt be, hogy kínai tudósok számításai szerint akár 1,1 millió tonna A hélium-3 a Hold felszínén található [24] .

Az 1960 -as években az első holdverseny során a két űrnagyhatalom, az Egyesült Államok és a Szovjetunió holdbázisok építését tervezte, de ez nem valósult meg. A szovjet holdprogramot megnyirbálták. A 21. század elején a Hold sarkain jéglerakódások felfedezése ösztönözte a második holdverseny kezdetét az Egyesült Államok ( Artemis program ), Kína (Kínai Holdprogram ), Oroszország ( orosz holdprogram ), az Európai Unió ( Aurora program ), Japán és India. Mindezek a programok lehetővé teszik bázisok létrehozását a Holdon.

A kínai Holdprogram vezető tudósa , geológus, kozmológus-kémikus , Ouyang Ziyuan 2008 óta kezdeményezője a holdtartalékok ( titán és más értékes fémek, valamint a hélium-3 a jövő termonukleáris energiájának üzemanyagaként) fejlesztésének.

Mars

A marsi meteoritgyűjtemény elemzése szerint a Mars felszíne főként bazaltból áll .

2003 óta hajtják végre az Európai Űrügynökség Mars Express programját , amelynek célja a Mars felfedezése . A Földről végzett megfigyelések és a Mars Express űrszonda adatai szerint metánt mutattak ki a Mars légkörében .

С 2011 года осуществляется миссия НАСА Марсианская научная лаборатория .

2014 - ben a NASA Curiosity roverje metánkitörést észlelt a marsi légkörben, és szerves molekulákat észlelt a cumberlandi kőzetből kinyert mintákban [25] .

2017 - ben lézeres szikraemissziós spektrometriával a ChemCam műszer [en] segítségével bórt találtak a Gale-kráter talajában , ami egy érv a Mars múltbeli lakhatósága mellett [26] [27] .

2020 - ban a Mars 2020 ( NASA ), Al Amal (Egyesült Arab Emírségek Űrügynökség) és Tianwen-1 ( Kínai Nemzeti Űrhivatal ) expedíciókat küldték a Marsra. Mindhárom expedíció 2021 februárjában érte el a Marsot.

Lásd még

Irodalom

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Harry Y. McSween Jr. és Gary R. Huss. Kozmokémia . - 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 Az ősi xenon izotópösszetétele  //  Physical Review Letters. - 1960. - április. - doi : 10.1103/PhysRevLett.4.351 .
  4. ↑ A. P. Vinogradov akadémikus, Yu. A. Szurkov, K. P. Florenszkij, B. M. Andrejcsikov. A Vénusz légkörének kémiai összetételének meghatározása a "Venera-4" bolygóközi állomással  // A Szovjetunió TUDOMÁNYOS AKADÉMÁJA. Csillagászat. - 1968. - T. 179 , 1. sz .
  5. ↑ McSween, HY A széntartalmú kondritok primitívek vagy feldolgozottak?  (angol)  // A geofizikai és az űrfizikai áttekintések. - 1979. - augusztus ( 17(5) sz.). — P. 1059-1078 . - doi : 10.1029/RG017i005p01059 .
  6. ↑ Callahan képviselő; Smith, K. E.; Cleaves, HJ; Ruzicka, J.; Stern, JC; Glavin, D. P.; House, CH; Dworkin, JP A karbon meteoritok földönkívüli nukleobázisok széles skáláját tartalmazzák  //  Proceedings of the National Academy of Science. - 2011. - augusztus ( 108(34) sz.). — P. 13995–13998 . - doi : 10.1073/pnas.1106493108 .
  7. ↑ NASA-kutatók : DNS-építőkockákat lehet készíteni az űrben  . https://www-nasa-gov (2011.08.08.).
  8. ↑ „Élet vegyi anyagot” észleltek az  üstökösben . https://news-bbc-co-uk (2009.08.18.).
  9. ↑ Először egy üstökös farkában fedeztek fel aminosavat . https://lenta.ru (2009.08.18.).
  10. ↑ Stephen Battersby. Az űrmolekulák szerves  eredetre utalnak . https://www-newscientist-com (2004.09.01.).
  11. ↑ NANCEY ATKINSON. Buckyballs lehet bőven az  Univerzumban . https://www-universetoday-com (2010.10.27.).
  12. ↑ Sun Kwok, Yong Zhang. Vegyes aromás-alifás szerves nanorészecskék, mint azonosítatlan infravörös emissziós jellemzők hordozói  . https://www-nature-com (2011.10.26.). doi : 10.1038/nature10542 .
  13. ↑ A csillagászok felfedezik, hogy az  univerzumban összetett szerves anyagok léteznek . https://www-sciencedaily-com (2011.10.27.).
  14. ↑ Denise Chow. Felfedezés: A kozmikus por csillagokból származó szerves anyagot tartalmaz  . https://www-space-com (2011.10.26.).
  15. ↑ Jørgensen, JK; Favre, C. A legegyszerűbb cukor, a glikolaldehid kimutatása egy napelemes protocsillagban az ALMA segítségével  // The Astrophysical Journal. - No. 757 (1) . - doi : 10.1088/2041-8205/757/1/L4 .
  16. ↑ Gudipati, Murthy S.; Yang, Rui. Szerves anyagok sugárzás által indukált feldolgozásának n-Situ szondázása asztrofizikai jéganalógokban – Új lézerdeszorpciós lézerionizációs repülési tömegspektroszkópiai vizsgálatok  //  The Astrophysical Journal Letters. - 2012. - augusztus 17. ( 756 (1) sz.). - doi : 10.1088/2041-8205/756/1/L24 .
  17. ↑ A NASA jeges szerves anyagokat készít, hogy utánozza az élet  eredetét . https://www-space-com (2012.09.20.).
  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. A csillagközi etanimin (Ch3Chnh) kimutatása a Gbt Primos felmérés során végzett megfigyelésekből  //  The Astrophysical Journal. - 2013. - április ( 765. sz. (1): L9 ). - doi : 10.1088/2041-8205/765/1/L9 .
  19. ↑ Dave Finley. A felfedezések jeges kozmikus indulást javasolnak az aminosavak és a DNS-összetevők  számára . https://www-nrao-edu (2013.02.28.).
  20. ↑ Honglei Lin. Víz in situ észlelése a Holdon a Chang'E-5 leszállóegység által  //  Science Advances. - 2022. - január 7. ( 8. köt . 1. sz .). - doi : 10.1126/sciadv.abl9174 .
  21. ↑ A Holdon végzett hélium-3 bányászat 5 ezer évre biztosítja a földlakók számára az energiát . https://ria.ru (2012.07.25.).
  22. ↑ Ivan Vasziljev. A Naprendszer gyarmatosítását törölték . https://3dnews.ru (2007.03.06.).
  23. ↑ A HÉLIUM-3 VALÓSZÍNŰ TARTALÉKOK BECSLÉSE A HOLD-REGOLITHBAN  //  Hold- és bolygótudomány XXXVIII. – 2007.
  24. ↑ Ramis Ganiev. Új ásványt és „energiaforrást a Földön élő összes ember számára” találtak a Holdon . https://hi-news.ru (2022.09.13.).
  25. ↑ Grotzinger, John P. Habitability, Taphonomy, and the Search for Organic Carbon on Mars   // Science . - 2014. - doi : 10.1126/tudomány.1249944 . - .
  26. ↑ Patrick J. Gasda, Ethan B. Haldeman, Roger C. Wiens, William Rapin, Thomas F. Bristow. A bór in situ detektálása a ChemCam segítségével a Marson  (angol)  // Geophysical Research Letters. - 2017. - ISSN 1944-8007 . - doi : 10.1002/2017GL074480 .
  27. ↑ Dmitrij Trunin. A kíváncsiság bórt talált a marsi talajban . https://nplus1.ru (2017.09.07.).


  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban