Gwiazda Przybylskiego zaskakuje − a artykuł znów boli…

Wielu z was zapewne przywitały wczoraj na różnych portalach wyskakujące okienka z dramatycznym apelem do rządu. O ile dobrze zrozumiałem istotę problemu, chodzi o to, iż media chciałyby, aby wyszukiwarki w rodzaju Google podające linki do publikowanych tam artykułów dzieliły się w jakiejś formie gromadzonymi w ten sposób zyskami. Nie wiem, czy zrozumiałem to dobrze, ale właśnie w ten sposób natrafiłem na tekst pt. “Gwiazda Przybylskiego zaskakuje. Ma związek z zaawansowanymi obcymi cywilizacjami?”

Pierwotnie chciałem opublikować jako pierwszy inny tekst, jednak to, co przeczytałem, znów wymaga rozwinięcia i poprawienia oczywistych błędów, które wynikają… nie bardzo rozumiem skąd; chcę głęboko wierzyć, że nie z niechlujstwa, ale z urlopu korektora. No to zaczynajmy, bo temat jest naprawdę ciekawy, a autorka wspomniała w pozytywnym kontekście wielkiego Carla Sagana.

“W ostatnich latach astronomowie zauważyli, że niektóre gwiazdy zachowują się w nietypowy sposób. Jednym z najbardziej tajemniczych obiektów w kosmosie jest gwiazda Przybylskiego, która zaskakuje badaczy swoją unikalną strukturą chemiczną. Według IFLScience, to gwiezdne ciało prezentuje zestaw elementów, których obecność jest trudna do wyjaśnienia znanymi prawami natury.”

Owszem − w miarę rozwoju nauki i technik badawczych zauważono, że istnieją obiekty, które w jakiś sposób wymykają się naszym dotychczasowym teoriom. Jednym z nich jest właśnie wspomniana gwiazda. W tym akapicie właściwie jedyne, co mi przeszkadza, to kalka językowa: lepiej byłoby napisać “pierwiastków” zamiast “elementów” (angielskie elements). Faktycznie: skład chemiczny tej gwiazdy odbiega od spodziewanego, ale co to za gwiazda i co z nią nie tak? Czytamy dalej:

“Odkryta w 1961 r, przez polsko-australijskiego astronoma Antoniego Przybylskiego, gwiazda ta od samego początku wyróżniała się na tle innych. Przede wszystkim, zaskoczyła naukowców nietypowym składem chemicznym swojej atmosfery. Według Jasona Wrighta, profesora z Department of Astronomy and Astrophysics w Eberly College of Science, analiza światła gwiazdy pokazała obecność wielu rzadkich elementów ziemi, takich jak krzem, chrom, stront i europ.”

Początek jak najbardziej się zgadza, aczkolwiek nie ma szans, abyście kiedykolwiek mogli oglądać tę gwiazdę, jeśli nigdy nie przekroczyliście równika lub nie urodziliście się na półkuli południowej. Znajduje się ona w gwiazdozbiorze Centaura, który nie jest widoczny na naszych szerokościach geograficznych. Jak pewnie dobrze wiecie z tekstów na naszym portalu, potrafimy wykrywać obecność pierwiastków chemicznych w świetle emitowanym przez różne obiekty w różnych procesach. Może być to pożar odległego magazynu, a może być to równie dobrze światło emitowane przez gwiazdy. Fotony będące kwantami światła, które widzimy, mogą napotkać na atom danego pierwiastka i zostać pochłonięte przez elektron. Wówczas w spektrum powstanie dziura odpowiadająca długości fali pochłoniętego światła. Ponieważ jesteśmy na poziomie mechaniki kwantowej, to te długości są ściśle określone i związane z energią danego fotonu. Logicznym wnioskiem jest więc to, że jeśli przepuścimy światło przez gaz składający się z różnych pierwiastków, to będziemy w stanie na podstawie pochłoniętego przez nie światła stwierdzić ich obecność. Ponieważ robiliśmy to wielokrotnie wcześniej, to wiemy czego szukać. Nic dziwnego, że robimy to ze światłem emitowanym przez gwiazdy.

Podobnie postąpił w 1961 r. A. Przybylski z odkrytą przez siebie gwiazdą i bardzo się zdziwił, gdyż to, co widział, wyraźnie nie pasowało do tego, co obserwował do tej pory. Gwiazda nosząca numer katalogowy HD 101065 nie różni się w szczególny sposób od innych w swojej klasie, jeśli chodzi o masę czy prędkość rotacji. To, co ją wyróżnia, to widmo emitowanego światła. Przybylskiego zdumiała wspominana “obecność wielu rzadkich elementów ziemi”. Prawdę mówiąc, to nie aż tak jego to zdumiało, jak mnie zabolało.

Pierwszy raz muszę się naprawdę przyczepić: albo piszemy po polsku, albo po angielsku. “Rare earth elements” to po polsku “metale ziem rzadkich”. Jest to grupa, do której zaliczamy skand, itr i wszystkie lantanowce. A więc na europ się zgadzam, ale krzem i chrom? Domyślam się, skąd ten błąd: metale ziem rzadkich po raz pierwszy odkryto w minerałach zawierających wspomniane pierwiastki, ale podkreślam raz jeszcze: stront, chrom i krzem nie zaliczają się do tej rodziny, choć Przybylski faktycznie je w spektrum światła emitowanego przez tę gwiazdę wypatrzył. Dojrzał tam również wiele innych pierwiastków z rodziny metali ziem rzadkich, jak np. neodym, ale też wiele innych, takich jak tor, a nawet uran. I to jest dziwne. No ale czytajmy dalej:

“Co więcej, gwiazda Przybylskiego zawiera także elementy, takie jak kaliforniam, aktyna, berkelium, czy protastyna, które teoretycznie nie powinny się tam znaleźć ze względu na krótki okres półtrwania. Jest to jednak trudne do potwierdzenia, ponieważ nie występują w naturze.”

I tu mnie zaczęło boleć: te pierwiastki nie noszą takich nazw w żadnym ze znanych mi języków (poza berkelium które kojarzę z łaciny). Przybylski był bardzo zdziwiony samą obecnością toru czy uranu, a co dopiero pierwiastków, których jądra nie dość, że są cięższe, to istnieją w czasie liczonym w tygodniach i miesiącach. Po kolei: nie wiem, skąd Autorka wzięła te nazwy, ale podejrzewam, że chodzi o kaliforn, aktyn, berkel i protaktyn. Ich obecność w składzie gwiazdy jest niespodziewana. Gwiazdy czerpią energię z procesu znanego jako fuzja termonuklearna, w którym lżejsze jądra łączą się pod wpływem ekstremalnej temperatury i ciśnienia w cięższe, emitując przy tym energię. Proces ten nie może działać w nieskończoność. Jakiekolwiek próby łączenia jąder cięższych niż jądra żelaza wymagają dostarczenia energii z zewnątrz zamiast jej emitowania. Obecność pierwiastków cięższych niż żelazo w składach gwiazd da się wyjaśnić składem obłoków materii, z których powstają, i innymi procesami. Jednak obecność zauważalnych ilości pierwiastków, których czas półrozpadu mieści się w skali tysięcy lat, budzi poważne wątpliwości.

Nie znajdujemy ich na naszej planecie, gdyż jeśli jakiekolwiek ich jądra znalazły się tutaj w czasie jej formowania, to do naszych czasów zdążyły się całkowicie rozpaść do postaci stabilnych jąder innych pierwiastków. Jeśli nie znajdujemy ich tutaj, to nie powinno być ich też tam. Prawa fizyki są wszędzie takie same. Tymczasem, jeśli wierzyć obserwacjom, pierwiastki te tam są, a przynajmniej były jeszcze 356 lat temu, gdyż tyle lat świetlnych wynosi odległość pomiędzy nami. W tekście pt. Końca nie widać… wspomniałem o tym, że potrafimy sztucznie produkować znacznie cięższe jądra w warunkach ziemskich. Jeśli my potrafimy, to dlaczego nie gwiazda, która ma możliwość wytworzenia warunków znacznie bardziej ekstremalnych? Być może w jej wnętrzu zachodzi jakiś nieznany nam proces, który powoduje ich ciągłe powstawanie? Czytajmy dalej:

“Naukowcy snują różne teorie próbujące wyjaśnić, skąd w gwieździe mogły się wziąć te nietypowe elementy. Jedna z hipotez sugeruje, że może to być efekt oddziaływania z pobliską gwiazdą neutronową. Inna, opisana w artykule z 2017 r. na arXiv, sugeruje, że obserwowane elementy mogą być produktem rozpadu nieodkrytych ciężkich elementów z hipotetycznej “wyspy stabilności”. Ta druga hipoteza otwiera fascynujące perspektywy na przyszłe badania, które mogłyby odkryć nowe aspekty dotyczące materii i ewolucji wszechświata.”

O tak, w snuciu teorii ludzie nauki są mistrzami; w końcu zżera nas ciekawość związana z tym, jak działa Wszechświat. Szkoda, że dziennikarze nie dbają o to, aby choćby cytować je w miarę dokładnie. O co chodzi z oddziaływaniem z pobliską gwiazdą neutronową? Obfitość pierwiastków cięższych od żelaza we Wszechświecie jest większa niż spodziewana, gdyby przyjąć, że jedynym procesem, w którym powstają, są końcowe sekundy życia gwiazd i związane z tym różne typy supernowych. Gwiazd nie wybuchło do tej pory tyle, aby wyjaśnić obserwowaną ilość złota, uranu, tytanu itp. Rozwiązaniem tej zagadki wydają się zderzenia gwiazd neutronowych. W ich trakcie powstają jądra bogate w neutrony, które podczas serii szybkich rozpadów beta minus powodują powstanie cięższych pierwiastków. Pobliskie zdarzenie tego typu mogło wzbogacić gwiazdę Przybylskiego we wspomniane jądra, a nawet w znacznie cięższe z “wyspy stabilności”, o której również pisałem w cytowanym tekście. Istnieje hipotetyczna możliwości, iż pierwiastki z ósmego okresu (jeśli kiedykolwiek zostaną wytworzone) o odpowiednich tzw. “magicznych” liczbach protonów i neutronów będą charakteryzować się podwyższonym czasem życia rzędu nawet miesięcy (przewidywanym standardem dla tak ciężkich jąder są mikrosekundy). Istnieją też inne hipotezy:

“Zdaniem niektórych naukowców, w tym Carla Sagana, obecność tych nietypowych elementów mogłaby nawet świadczyć o działalności zaawansowanych cywilizacji pozaziemskich. Teoria ta zakłada, że inteligentne życie mogłoby celowo dodawać do gwiazd wyraźnie sztuczne elementy, aby przyciągnąć uwagę innych cywilizacji.

Choć hipoteza ingerencji obcych cywilizacji jest ekscytująca, większość badaczy przychyla się do bardziej naturalnych wyjaśnień. Niezależnie od ostatecznych odpowiedzi, tajemnica gwiazdy Przybylskiego pozostaje niezwykłym przypomnieniem o złożoności kosmosu, którego nieustannie uczymy się rozumieć. Potrzebne są kolejne badania, aby wyjaśnić te kosmiczne zagadki, ale jedno jest pewne – kosmos nie przestaje nas zadziwiać.”

No i mamy kosmitów! Nie żebym miał cokolwiek przeciwko takim hipotezom, zwłaszcza że Carl Sagan był naukowcem, dzięki któremu mały Lucas spojrzał na nocne niebo i poczuł nie strach przed głębią, ale chęć jej zrozumienia. Bez wątpienia pomysł, aby dodać do swojej gwiazdy dużą ilość superciężkich pierwiastków, by pełniła rolę charakterystycznej latarni, nie jest głupi. Podobne rzeczy robimy od lat, stosując charakterystyczne sygnały mające zwrócić uwagę odbiorcy. Gałęzie ułożone w kształt “SOS” widziane z powietrza od razu wskazują nam, że musiał je zostawić ktoś, komu koncepcja pisma i alfabetu Morse’a nie jest obca. Podobnym sygnałem byłaby dla istot obserwujących gwiazdy obecność w ich widmach pierwiastków, których gwiazda tego typu absolutnie nie mogłaby wytworzyć w procesie nieniszczącym wszystkiego w kręgu kilkunastu lat świetlnych. Nie jestem pewien, czy taki sposób zaznaczania swojej obecności byłby najlepszy dla cywilizacji zdolnej produkować ogromne ilości superciężkich pierwiastków, które następnie umieszcza w gwieździe tylko po to, aby zakomunikować swoje istnienie (przy założeniu, że patrzący są wystarczająco inteligentni i akurat będą patrzeć w tę stronę kosmosu). Są o wiele lepsze metody, jak na przykład opisana w powieści wspominanego Sagana pt. “Kontakt” transmisja konkretnych sygnałów radiowych budzących zainteresowanie.

Wracając jednak do samej Gwiazdy Przybylskiego i obcych cywilizacji: wyjaśnienie może się okazać, jak wspomniała Autorka, całkowicie naturalne. Obecność jąder cięższych niż uran w widmie nie jest pewna; z pewnością w widmie występują ślady technetu i prometu. Najtrwalszy z izotopów technetu ma czas półrozpadu rzędu milionów lat a prometu ok. 17 lat, więc z pewnością w samej gwieździe zachodzą procesy, które powodują ich stałe powstawanie. Jednak obecność kalifornu i innych znacznie cięższych pierwiastków jest wątpliwa. Dalsze obserwacje dostarczyły kolejnych danych, które wskazują na silne namagnetyzowanie samej gwiazdy, co w połączeniu z jej niską rotacją może zaburzać obserwowane widmo. Jak do tej pory żaden z zespołów badawczych nie potwierdził wniosków Przybylskiego co do zawartości superciężkich pierwiastków, choć wszyscy zauważyli, że widmo gwiazdy jest nietypowe. To wymaga jak zwykle dalszych badań i obserwacji.

Pytaniem, z którym chciałbym was zostawić, jest to, jaka jest jakość tekstów pozornie popularnonaukowych, których autorzy nie troszczą się nawet o poprawne tłumaczenie pomimo publikacji na “Poważnych Portalach”…

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem
.

Czy może istnieć życie na Enceladusie?

Enceladus, satelita Saturna, jest stosunkowo niewielkim, ale jednym z najbardziej interesujących księżyców w Układzie Słonecznym. Już od dłuższego czasu naukowcy uważają, że może on być on, a dokładniej jego podlodowy ocean, potencjalnym siedliskiem życia.

Enceladus sfotografowany przez sondę Cassini
źródło: NASA, domena publiczna

Dyskusja na ten temat rozgorzała na nowo, gdy na światło dzienne wypłynęły dane nadsyłane z sondy Cassini. Misja Cassini-Huygens rozpoczęła się jeszcze w 1997 roku, ale dopiero w 2004 sonda weszła na orbitę Saturna. Jej celem było zbadanie samej planety, ale też jej pierścieni i księżyców. Sonda jedenaście razy przeleciała obok Enceladusa, zbierając olbrzymią ilość danych na temat gejzerów tego ciała niebieskiego. Jeden z przelotów miał miejsce zaledwie 50 km nad powierzchnią księżyca. W jego trakcie sonda przeleciała przez gejzer w okolicach południowego bieguna, dokonując analizy jego zawartości.

Kriowulkany na biegunie południowym
źródło: NASA, licencja: CC SA 2.0

W 2023 roku ukazała się w „Nature Astronomy” niesamowicie ciekawa praca, będąca pierwszym większym podsumowaniem badań chemicznych Enceladusa. Badacze skupili się na wynikach uzyskanych przy użyciu spektrometru INMS, który analizuje zarówno jony, jak też cząsteczki obojętne. Jest to niesamowite urządzenie. Waży tylko nieco ponad 9 kg, zużywa niecałe 30 watów. Komunikuje się z „zawrotną” szybkością 1,5 kbps, ale w sumie nie chodziło tu o szybkość. Jego podstawowym zadaniem jest „obwąchiwanie” okolicy. Spektrometr wykrywa jony i cząsteczki obojętne o stosunkowo niskich masach (tylko do 60 jednostek masy atomowej). Dane przesyłane powoli, ale cierpliwie na Ziemię, zachwyciły badaczy. Stwierdzono, że w gejzerach aktywnych w rejonie biegunowym Enceladusa znajdują się takie substancje, jak woda (dość oczywista w przypadku gejzerów), ale też dwutlenek węgla, metan, amoniak i wodór cząsteczkowy. Akurat obecności tych związków się spodziewano. Ale dalej było tylko ciekawiej. Kolejnymi niskocząsteczkowymi związkami, które wykrył INMS, były: cyjanowodór (HCN), acetylen (C2H2), propylen (C3H6) i etan (C2H6).

Jeśli dodamy do tego oddziaływanie Słońca, które może powodować radiolizę (rozkład pod wpływem promieniowania jonizującego) oraz inne, wtórne procesy chemiczne, nietrudno jest wyciągnąć wnioski, że mamy tu całkiem bogaty zestaw „klocków życia”. Oczywiście nie jest to żaden bezpośredni, a nawet pośredni dowód, że pod białą lodową powierzchnią tego księżyca istnieje jakiekolwiek życie. Możemy jednak spekulować, że właśnie tego typu koktajl chemiczny jest swoistym zaczynem. Szczególną uwagę zwraca obecność HCN. Ten toksyczny dla ludzi gaz stanowi kluczową cząsteczkę w procesach tworzenia aminokwasów. Ciekawość wzbudza też obecność metanu. Tu, na Ziemi, jest on produktem metanogenezy, procesu beztlenowego rozkładu substancji organicznych. Skąd on się wziął na Enceladusie? Nie wiemy. Jeszcze nie wiemy. Jego obecność dowodzi jednak tego, że muszą tam przebiegać reakcje redoks (redukcji i utleniania), które są typowe dla znanego nam metabolizmu. Tu trzeba zwrócić uwagę, że związki węgla odkryte na Enceladusie obejmują szeroki zakres stopni utlenienia – od +4 (dwutlenek węgla) aż do -4 (metan). Zauważmy też, że w mieszaninie mamy również substancję redukującą (wodór) oraz utleniającą (tlen), tak więc możemy przypuszczać, że w tym kosmicznym tyglu może dziać się bardzo dużo interesujących procesów chemicznych.

Trzeba tu jeszcze wspomnieć, że sonda Cassini (konkretnie Cosmic Dust Analyzer) wcześniej wykryła w drobnych ziarnach pyłu wyrzucanego z gejzerów księżyca całkiem sporą ilość związków nieorganicznych. Znaleziono tam typowe jony, takie jak sód i potas, a także wodorowęglan i węglan. Ot, skład podobny do naszej wody mineralnej (rzućcie okiem na dowolną etykietę). Co ważne, odkryto też fosforany, bardzo istotny składnik życia (wspomnijmy tylko ATP czy DNA). Analiza zawartości tych ważnych jonów wykazała, że w podpowierzchniowym oceanie jest ich prawdopodobnie nawet 100 razy więcej niż w oceanach ziemskich. W jonach tych fosfor występuje na +5 stopniu utlenienia. Podejrzewano też, że może tam się znaleźć fosfor +3, czyli pochodne H2PO3. Są to jony silnie redukujące, ale nie zostały one znalezione, co raczej nie jest dziwne, zważywszy na to, że środowisko oceanu Enceladusa jest alkaliczne. Badacze podejrzewają, że źródłem fosforu jest głównie fosforek żelaza (FeP). W środowisku kwaśnym związek ten rozkłada się z wytworzeniem fosfiny (fosforowodoru – PH3). Przypominam, że afera z fosfiną wybuchła jakiś czas temu, gdy analizowano wyniki badań Wenus. Pisałem o tym jakiś czas temu.

Dodam tutaj dla porządku, że odkrycia związane z jonami nieorganicznymi było pośrednie – znaleziono je w materii pierścienia E wokół Saturna, wykorzystując aparaturę CDA (Cosmic Dust Analyzer). Pierścień ten jest tworzony właśnie przez gejzery (kriowulkany) Enceladusa i jest najbardziej zewnętrznym z pierścieni. Znajduje się on w odległości 180-480 tys. km od planety, przy czym orbita Enceladusa to ok. 230 tys. km.

Wyniki najnowszych badań Enceladusa mogą być impulsem do dalszej eksploracji tego księżyca. Co prawda już jakiś czas temu NASA umieściła w swoim programie flagowym misję Enceladus Orbilander, ale jest ona w bardzo wczesnej fazie projektowania. W ramach tego projektu sonda wyposażona w różnorodną aparaturę badawczą miałaby pod koniec lat 30. wystartować z Ziemi, przy czym planowana data dotarcia na Enceladusa to wczesne lata 50. Sonda miałaby 1,5 roku orbitować wokół księżyca, badając zdalnie m.in. kriowulkany, a następnie wylądować i przez kolejne pół roku prowadzić eksplorację powierzchni. Innym projektem jest ELF – Enceladus Life Finder, ale tutaj mamy nadal niewiele szczegółów, nie znamy też nawet przybliżonych dat misji. Wiemy tylko, że mają być badane gejzery. Ale zaraz – przecież te były zbadane przez sondę Cassini. Ha, tyle że przy użyciu starych instrumentów. Pierwszy z brzegu przykład: znaleziono obojętne cząsteczki o masie 28 u (jednostek masy atomowej). Nie dało się jednak rozstrzygnąć, czy mamy tu cząsteczki CO (bardzo interesujące), czy też N2 (mało ciekawe). Nowe instrumenty będą co najmniej 80x bardziej dokładne i pozwolą nam to rozstrzygnąć jednoznacznie. Co więcej, aparatura będzie też nastawiona na analizę obecności aminokwasów, ale też, jeśli zostaną wykryte, będzie można sprawdzić, czy są one (mówiąc popularnie) lewoskrętne, czy prawoskrętne.

Obiecuję, że jak tylko napłyną wyniki, podzielę się z wami, jeśli nie zapomnę. Będę miał niecałe sto lat. A jeśli ja tego nie zrobię, zobowiążę do tego mojego wnuka Wiktora, który będzie miał wtedy mniej więcej tyle lat, ile Lucas teraz.

Projekt ELF – Enceladus Life Finder (plik PDF, j. ang.)

Czy istnieje życie na Enceladusie

Inne spojrzenie na chemię Enceladusa

Kosmiczne laboratorium chemiczne – część 2

Część pierwszą znajdziecie tutaj.

Kosmiczna retorta

Wszechświat składa się z atomów, takich samych na Ziemi, a atomy lubią się ze sobą łączyć. Naturalnym pytaniem, które od dawna nurtowało uczonych, było: czy tam, w kosmosie, są takie same związki chemiczne? Z jednej strony właściwości chemiczne atomów są niezależne od tego, gdzie one się znajdują, ale z drugiej wiadomo było, że w kosmicznej retorcie możemy napotkać warunki inne niż w ziemskich laboratoriach. Wewnątrz gwiazd mamy ekstremalnie wysokie temperatury i ciśnienia, z kolei w przestrzeni międzygwiezdnej temperatura jest zbliżona do zera absolutnego, a do tego panuje tam próżnia, jakiej nie da się uzyskać na Ziemi. Dlatego też chemicy z dużym zaciekawieniem zaczęli współpracować z astronomami przy analizie danych otrzymywanych z przestrzeni kosmicznej.

Najpierw jednak badano meteoryty. Nie znaleziono w ich składzie żadnych egzotycznych pierwiastków, których nie ma na Ziemi (co jest dość oczywiste), ale już badania składu izotopowego wykazały, że często różni się on od ziemskiego. Także minerały w meteorytach mają w wielu wypadkach inny skład.

W ostatnich latach wykazano obecność w meteorytach związków organicznych pochodzenia pozaziemskiego, takich jak uracyl, cytozyna czy tymina. Skąd wiadomo, że są spoza Ziemi, a nie stanowią zanieczyszczeń stąd? Sprawa jest dość prosta – kosmiczne mają nieco inny skład izotopowy. Niektóre meteoryty z grupy chondrytów węglistych (np. australijski Murchison) zawierają niezwykle dużo takich związków – aminokwasów, zasad nukleinowych, węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, kwasów sulfonowych oraz związków fosforu.

Australijski meteoryt Muchison (chondryt węglisty)
Źródło: Wikimedia, licencja: CC BY-SA 3.0

Z kolei w 2015 r. lądownik Philae zbadał powierzchnię komety 67/P i znalazł tam m.in. szesnaście związków organicznych.

Cały czas prowadzone są też badania zdalne. Jest to do pewnego stopnia praca detektywistyczna, polegająca na poszukiwaniu swoistych „odcisków palców”, czyli emitowanych przez konkretne molekuły fal elektromagnetycznych o konkretnym zestawie długości fali (zapoczątkowali to Bunsen i Kirchhoff). Jest to zadanie dość trudne. W pierwszym etapie poszukuje się sygnałów związków czy też rodników, które możemy wytworzyć tu, na Ziemi. Jednakże kosmiczny tygiel ze względu na specyficzne właściwości pozwala na powstanie niezwykłych połączeń, których tutaj nie ma albo też skrajnie trudno je wytworzyć.

Egzotyka chemiczna we Wszechświecie

Historycznie rzecz biorąc, pierwszym dwuatomowym indywiduum chemicznym, które zaobserwowano (już w roku 1937) w kosmosie był metylidyn (CH). Prawdopodobnie wszyscy znają najprostszy związek organiczny, metan, czyli CH4. Jeśli od tego związku oderwiemy trzy atomy wodoru, pozostanie właśnie dwuatomowy rodnik CH. Nie jest to typowa cząsteczka chemiczna, ale coś bardzo reaktywnego. Gdy próbujemy uzyskać metylidyn na Ziemi, musimy zadbać, aby w okolicy nie było niczego, z czym mógłby się związać. Jest to skrajnie trudne. Zupełnie inaczej jest w kosmosie. Choć my widzimy z daleka np. obłoki międzygwiezdne, musimy sobie zdawać sprawę, że panuje tam próżnia, jakiej nie damy rady wytworzyć na Ziemi. Dlatego też taki rodnik nie ma w pobliżu niczego, z czym mógłby w miarę szybko zareagować. I właśnie to pozwala mu istnieć bardzo długo. Dotyczy to oczywiście nie tylko metylidynu, ale wszystkich innych rodników oraz cząsteczek. Szacuje się, że średni czas pomiędzy zderzeniami cząsteczek w obłokach międzygwiezdnych to 2 tygodnie, w tym czasie muszą one przebyć nawet 100 tys. km.

Lista związków i rodników w przestrzeni kosmicznej rośnie. Dość szybko znaleziono takie rodniki jak CN (cyjan) oraz OH (rodnik hydroksylowy), a także dość reaktywny związek chemiczny – formaldehyd (HCHO), ale dotychczas wykryto ich już setki.

Co ciekawe, jedynym związkiem nieorganicznym o pięciu atomach jest analog metanu, krzemowodór SiH4. Większe są zawsze związkami węgla. Można więc powiedzieć, że kosmos jest po prostu organiczny.

Od początku XXI w. astrochemicy donoszą o coraz to nowych związkach identyfikowanych w rozmaitych miejscach. W 2004 stwierdzono, że mgławica protoplanetarna Czerwony Czworokąt w gwiazdozbiorze Jednorożca jest szczególnie bogata w wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), takie jak antracen i piren (uwaga: jeśli znajdziecie się tam, nie wdychać, bo rakotwórcze!).

Mgławica protoplanetarna Czerwony Czworokąt (gwiazdozbiór Jednorożca)
Źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna

W ostatniej dekadzie WWA wykryto w wielu innych miejscach, w tym w atmosferze Tytana, największego księżyca Saturna.

Wyobraźnię ludzi rozpalają czasem doniesienia o znalezieniu gigantycznych obłoków etanolu. Jego ilości są niewyobrażalne, ale potencjalni miłośnicy wysokoprocentowych napojów muszą zdawać sobie sprawę, że znajduje się on co najmniej 10 tys. lat świetlnych od Ziemi. Co gorsza, nie jest czysty – razem z nim zaobserwowano takie związki jak tlenek węgla (czad), amoniak (NH3) czy też cyjanowodór (HCN). Znacznie częściej obserwuje się jednak obłoki metanolu, który jest prostszą cząsteczką. Z drugiej strony dużym zaskoczeniem było odkrycie w kosmosie fullerenów, czyli cząsteczek składających się z 60 lub 70 atomów węgla ułożonych w kształt wielościanów półforemnych.

Jak więc widać kosmiczne laboratorium chemiczne jest pełne odczynników. Są one co prawda znacznie rozproszone (nie licząc atmosfery planet i księżyców), ale mimo to astrochemicy uważają, że wszędzie przebiegają reakcje chemiczne, czasami niezwykle egzotyczne. Tu istotnym czynnikiem jest czas. Izolowany rodnik czy cząsteczka prędzej czy później spotka się z inną, z którą będzie mogła zareagować. Jeśli nie nastąpi to w ciągu roku, to może się to zdarzyć za milion czy też miliard lat. Wszechświat jest cierpliwy.

Po co to wszystko?

Takie pytanie pada często, gdy toczone są rozmowy o dość wyrafinowanych badaniach. Faktycznie można się zastanawiać nad tym, co nas obchodzi, że gdzieś tam, miliony lat świetlnych od nas, znajdują się jakieś cząsteczki tlenku węgla, benzenu czy też glicyny. I tak ich tu nie sprowadzimy, aby sprzedać z zyskiem. I tu wyjaśnienia są dwa. Po pierwsze, jest to ludzka ciekawość naukowa. Chemicy teoretycy, korzystając z dostępu do superkomputerów, modelują nie tylko te związki / rodniki, które możemy obserwować w ziemskich pracowniach, ale też bardzo egzotyczne, których tu nigdy nie otrzymamy. Tego typu obliczenia pozwalają na uzyskanie informacji o tym, w jakich zakresach promieniowania elektromagnetycznego poszukiwać ich śladów. Po drugie – badanie kosmicznego tygla może nam pomóc zrozumieć chemiczną ewolucję Wszechświata. Tam, daleko, może być odpowiedź na podstawowe pytania o to, skąd się wzięło życie. Jak widać, kosmos jest pełen związków organicznych – są one zaskakująco trwałe nawet w warunkach skrajnie niskiej temperatury i bombardowania promieniowaniem kosmicznym. Oczywiście z faktu obecności wielu nawet całkiem złożonych związków chemicznych nie wynika wprost to, że gdzieś tam jest jakieś życie. Wszyscy pamiętamy klasyczny dziś już eksperyment Stanleya Millera, w którym w warunkach laboratoryjnych udało się zasymulować pierwotne warunki panujące na Ziemi. Uzyskano sporo aminokwasów i innych prostych związków organicznych, ale od takiej organicznej zupy do powstania życia jest jednak zdecydowanie daleka droga. Mimo wszystko współczesne odkrycia pozwalają na nowo przyjrzeć się hipotezie panspermii. Prawdopodobnie jako pierwszy wspominał o niej grecki filozof Anaksagoras, ale tak naprawdę więcej o tym mówili tacy uczeni, jak Berzelius czy lord Kelvin. W XX w. bardziej złożoną hipotezę panspermii przedstawił Svante Arrhenius. Zgodnie z jego koncepcją życie miało być przenoszone w kosmosie z wykorzystaniem ciśnienia światła. Hipotezę tę popierali tacy znakomici uczeni, jak Fancis Crick czy Nalin Chandra Wickramasinghe.

Jedno jest pewne: dalsze badanie kosmosu przyniesie nam zapewne wiele odpowiedzi, ale zrodzi też równie dużo pytań – nie tylko z zakresu chemii czy fizyki, ale i wielu innych nauk.