Введение
Космохимия, или химическая космология – это изучение химического состава материи во Вселенной и процессов, которые привели к образованию этих составов. Это осуществляется главным образом посредством изучения химического состава метеоритов и других вещественных образцов. Поскольку астероидные тела, являющиеся родителями метеоритов, были одними из первых твердых веществ, образовавшихся из ранней солнечной туманности, космохимики, как правило, хотя и не исключительно, изучают объекты, находящиеся в пределах Солнечной системы.
Cosmochemistry or chemical cosmology is the study of the chemical composition of matter in the universe and the processes that led to those compositions. This is done primarily through the study of the chemical composition of meteorites and other physical samples. Given that the asteroid parent bodies of meteorites were some of the first solid material to condense from the early solar nebula, cosmochemists are generally, but not exclusively, concerned with the objects contained within the Solar System.
История
В 1938 году швейцарский минералог Виктор Голдшмидт и его коллеги составили список того, что они назвали "космическими концентрациями", основываясь на анализе нескольких образцов земных пород и метеоритов. Голдшмидт обосновал включение данных о составе метеоритов в свою таблицу, утверждая, что земные породы подвергаются значительным химическим изменениям из-за внутренних процессов Земли и атмосферы. Это означало, что изучение исключительно земных пород не позволило бы получить точную общую картину химического состава космоса. Поэтому Голдшмидт заключил, что для получения более точных и надежных данных необходимо также учитывать внеземные материалы. Это исследование считается основой современной космохимии. Дальнейшее совершенствование аналитического оборудования на протяжении 1960-х годов, особенно масс-спектрометрии, позволило космохимикам проводить детальный анализ изотопного состава элементов в метеоритах. В 1960 году Джон Рейнольдс, анализируя короткоживущие нуклиды в метеоритах, установил, что элементы Солнечной системы сформировались до образования самой Солнечной системы, что заложило основу для установления хронологии процессов ранней Солнечной системы.
Метеориты
Метеориты – один из важнейших инструментов, используемых космохимиками для изучения химического состава Солнечной системы. Многие метеориты образовались из вещества, столь же древнего, как и сама Солнечная система, и таким образом предоставляют ученым информацию о ранней солнечной туманности, являясь, следовательно, ключевым объектом космохимических исследований. Наиболее примитивные метеориты также содержат небольшое количество материала (<0,1%), который теперь идентифицируется как пресолнечные зерна, старше самой Солнечной системы и образовавшиеся непосредственно из остатков отдельных сверхновых, поставлявших пыль, из которой сформировалась Солнечная система. Эти зерна узнаются по их необычному химическому составу, нехарактерному для Солнечной системы (например, матрицы графита, алмаза или карбида кремния). Они также часто демонстрируют изотопные соотношения, отличные от таковых у остальных объектов Солнечной системы (в частности, Солнца), и различающиеся между собой, что указывает на происхождение из множества различных взрывов сверхновых. Метеориты могут также содержать межзвездную пыль, собранную из нелетучих элементов в межзвездной среде, представляющую собой один из видов сложной космической пыли ("звездной пыли").
Кометы
30 июля 2015 года ученые сообщили, что при первом касании посадочного модуля Philae поверхности кометы 67/P измерения, проведенные приборами COSAC и Ptolemy, обнаружили шестнадцать органических соединений, четыре из которых были впервые обнаружены на комете, в том числе ацетамид, ацетон, метилизоцианат и пропиональдегид.
Исследования
В 2004 году ученые сообщили об обнаружении спектральных сигнатур антрацена и пирена в ультрафиолетовом свете, испускаемом туманностью Красный прямоугольник (ни одна другая такая сложная молекула никогда не была найдена раньше в космосе). Это открытие было расценено как подтверждение гипотезы о том, что по мере приближения туманностей того же типа, что и Красный прямоугольник, к концу своей жизни, конвекционные потоки выносят углерод и водород из ядра туманности в звездный ветер, где они излучаются наружу. По мере охлаждения атомы, предположительно, соединяются различными способами, образуя в конечном итоге частицы, состоящие из миллиона и более атомов. Ученые пришли к выводу, что в 2010 году в туманностях были обнаружены фуллерены (или "бакиболы"). Фуллерены были связаны с происхождением жизни; по словам астронома Летиции Стангеллини, "возможно, бакиболы из космоса послужили зародышами для жизни на Земле". В августе 2011 года результаты исследований NASA, основанные на изучении метеоритов, найденных на Земле, показали, что компоненты ДНК и РНК (аденин, гуанин и связанные с ними органические молекулы) – строительные блоки жизни, как мы ее знаем – могут формироваться внеземным путем в космическом пространстве. 29 августа 2012 года астрономы из Копенгагенского университета сообщили об обнаружении специфической молекулы сахара, гликолальдегида, в далекой звездной системе. Молекула была найдена вокруг протозвездной двойной системы IRAS 16293 2422, расположенной в 400 световых годах от Земли. Гликолальдегид необходим для образования рибонуклеиновой кислоты, или РНК, которая по функциям схожа с ДНК. Это открытие позволяет предположить, что сложные органические молекулы могут формироваться в звездных системах до образования планет и в конечном итоге попадать на молодые планеты на ранних стадиях их формирования. В сентябре 2012 года ученые NASA сообщили, что полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), подвергающиеся воздействию условий межзвездной среды (МЗС), преобразуются посредством гидрогенизации, окисления и гидроксилирования в более сложные органические соединения – "шаг на пути к аминокислотам и нуклеотидам, исходному материалу для белков и ДНК соответственно". Более того, в результате этих преобразований ПАУ теряют свою спектроскопическую сигнатуру, что может быть одной из причин "отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездных ледяных зернах, особенно во внешних областях холодных, плотных облаков или верхних молекулярных слоях протопланетных дисков". Энтони Ремиджан, ученый NASA, заявил, что обнаружение этих молекул в межзвездном газовом облаке означает, что важные строительные блоки для ДНК и аминокислот могут "засевать" новообразованные планеты химическими предшественниками жизни. В январе 2014 года NASA сообщило, что текущие исследования планеты Марс, проводимые марсоходами Curiosity и Opportunity, теперь будут направлены на поиск свидетельств древней жизни, включая биосферу, основанную на автотрофных, хемотрофных и/или хемолитоавтотрофных микроорганизмах, а также древней воды, включая флювио-лакустриные среды (территории, связанные с древними реками или озерами), которые могли быть обитаемыми. Поиск свидетельств обитаемости, тафономии (изучения ископаемых останков) и органического углерода на планете Марс в настоящее время является приоритетной задачей NASA.
In 2010, fullerenes (or "buckyballs") were detected in nebulae. Fullerenes have been implicated in the origin of life; according to astronomer Letizia Stanghellini, "It's possible that buckyballs from outer space provided seeds for life on Earth." In August 2011, findings by NASA, based on studies of meteorites found on Earth, suggests DNA and RNA components (adenine, guanine and related organic molecules), building blocks for life as we know it, may be formed extraterrestrially in outer space. On August 29, 2012, astronomers at Copenhagen University reported the detection of a specific sugar molecule, glycolaldehyde, in a distant star system. The molecule was found around the protostellar binary IRAS 16293 2422, which is located 400 light years from Earth. Glycolaldehyde is needed to form ribonucleic acid, or RNA, which is similar in function to DNA. This finding suggests that complex organic molecules may form in stellar systems prior to the formation of planets, eventually arriving on young planets early in their formation. In September 2012, NASA scientists reported that polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), subjected to interstellar medium (ISM) conditions, are transformed, through hydrogenation, oxygenation and hydroxylation, to more complex organics—"a step along the path toward amino acids and nucleotides, the raw materials of proteins and DNA, respectively". Further, as a result of these transformations, the PAHs lose their spectroscopic signature which could be one of the reasons "for the lack of PAH detection in interstellar ice grains, particularly the outer regions of cold, dense clouds or the upper molecular layers of protoplanetary disks." NASA ALMA scientist Anthony Remijan stated that finding these molecules in an interstellar gas cloud means that important building blocks for DNA and amino acids can 'seed' newly formed planets with the chemical precursors for life. In January 2014, NASA reported that current studies on the planet Mars by the Curiosity and Opportunity rovers will now be searching for evidence of ancient life, including a biosphere based on autotrophic, chemotrophic and/or chemolithoautotrophic microorganisms, as well as ancient water, including fluvio lacustrine environments (plains related to ancient rivers or lakes) that may have been habitable. The search for evidence of habitability, taphonomy (related to fossils), and organic carbon on the planet Mars is now a primary NASA objective.