دانشیار

غبار بین سیاره ای و دنباله دارها

ما از طریق تأثیری که دنباله دارها بر تاریخ سیاره مان داشته اند ، از علت احتمالی انقراض دایناسورها گرفته تا حمل مواد آلی از فضا و توزیع آن بر زمین ، با آنها پیوند خورده ایم . ما به دلیل وجود آب ، گازها ، و کربنی که اقیانوسها ، جو ، و زیست کره فعلی را تشکیل داده اند مدیون دنباله دارها هستیم . دنباله دارهای سرشار از یخی که اندکی پس از شکل گیری زمین قسمت مده آنها بخار شده و زمین را ترک کرده است . بنابراین ، ما از اتمهایی به وجود آمده ایم که زمانی دنباله دارها ( و سیارکها ) به اینجا آورده اند .

هسته یک دنباله دار تقریباً نیمی از یخ ( از انواع مختلف ) و نیمی از مخلوط کانیهای سیلیکاتی و ماده آلی است . داده هایی که فضاپیماهای جیوتو و  وگا از دنباله دار هالی ، به هنگام دیدار آخرش با زمین در سال 1365 ، به دست آورده اند نشان می دهد که یک سوم جرم هالی به طور کامل از ماده آلی است . ل.میچل ( از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی ) و همکارانش دریافتند که واکنشهای درون هسته دنباله دار کندتر از آن است که بتواند طی 5/4 میلیارد سال عمر منظومه شمسی منجر به تشکیل این مواد شود . بنابراین ، آنها در زمانی بسیار دور پیش از تشکیل دنباله دار در فضای میان ستاره ای ساخته شده و بعد ها به هسته دنباله دار راه یافته اند .

اواخر دهه 60 خورشیدی کریستوفر چیبا ( از دانشگاه کورنل ) و همکارانش که درباره توزیع مواد آلی بر روی زمین توسط دنباله دارها و غبار آنها بررسی می کردند ، نشان دادند که اگر دنباله داری با طولی بیش از 100 متر و با سرعت حد اقل 10 کیلومتر در ثانیه با زمین فعلی برخورد کند ، بر اثر گرمای حاصل از برخورد ، تمام مواد آلی اش را از دست می دهد ، ولی امکان دارد جو اولیه زمین 10 بار غلیظتر از جو فعلی بوده باشد . در نتیجه برخی دنباله دارها هنگام عبور از آن به قدری کند شده اند که هنگام برخورد با زمین مقدار زیادی از مواد آلی موجود در آنها سالم مانده است . به این ترتیب زمین می توانسته در دوران آغاز عمرش سالانه تا 10.000 تن ماده آلی به دست آورد . اگرچه احتمالاً این آهنگ با کم شدن تعداد دنباله دارهای موجود ، کاهش می یافته است .

اکنون دیگر در مقیاس عمر آدمی برخورد دنباله دارها با زمین بسیار به ندرت رخ می دهد ، با این حال زمین همواره در معرض بارش ملایمی از ذرات غبار بین سیاره ای که از این دنباله دارها خارج می شود قرار دارد . ذرات غبار بین سیاره ای ملغمه میکروسکوپی بسیار متخلخلی از کانیهای مختلف و کربن در اشکال گوناگون به انضمام مواد آلی سرشار از دوتریوم هستند . برخی از این ذرات که در استراتسفر روی هواپیماها می نشینند ذراتی هستند که از برخورد سیارکها با هم به وجود آمده اند . ولی متخلخلترین این ذرات ، که گاهی شبیه خوشه های انگور هستند از دنباله دارهای فعال جدا می شوند . ج.مایورگرینبرگ ( از رصدخانه ایدن ) و همکارانش استلال می کنند که لایه ای از مواد آلی که در محیط میان ستاره ای ساخته و پرداخته شده اند سطح خارجی ذراتی را که از دنباله دارها جدا می شوند پوشانده است . بدون شک این ذرات طی هزاران سالی که پس از جدا شدن از دنباله دار به دور خورشید در گردش بوده اند ، بسیار تغییر کرده اند .

اجسام سرشار از مواد آلی در منظومه شمسی

حدود 25 سال پیش سیارک بامبرگا 324 توجه پژوهشگرانی را که در مورد منشاء شهابسنگهای کربن دار مطالعه می کردند ، به خود جلب کرد . علت توجه آنها ضریب بازتابش ( بازتابندگی )  کم این سیارک بود که فقط 6 درصد است . ما اکنون می دانیم که بیشتر دنباله دارها و برخی قمرهای سیارات سطح بسیار تاریکی دارند و سیارکهای زیادی با بازتابندگی کم در بخش بیرونی کمربند سیارکها ( و در جمعیتهای تروآیی در مدار مشتری ) قرار دارند .

طیف نگاری که اصلیترین ابزار ما در بررسی این اجسام بسیار تیره منظومه شمسی است ، تعداد کمی از نشانه هایی را که خاص ماده آلی است ، در آنها نشان می دهد . به همین دلیل ، ما هنوز شواهدی که به طور خاص و مستقیم ارتباط این اجسام را با شهابسنگهای سرشار از ماده آلی نشان بدهد ، به دست نیاورده ایم . ما ناچاریم بیشتر به « رنگ » ( مقدار نور خورشید بازتابیده از جسم در طول موجهای مختلف ) و بازتابندگی به عنوان شواهد اصلی که بین شهابسنگهای کربن دار و اجسام منظومه شمسی ارتباط برقرار می کند ، تکیه کنیم . همان طور که نمودار-نشان می دهد همه اجسامی که بازتابندگی کمی دارند در تمامی طیفهایی که قابل اندازه گیری است ، سیاه دیده نمی شوند به عبارت دیگر ، میزان بازتابش این اجسام در برخی طول موجها بیشتر است . رده مهمی از این اجسام « قرمز » هستند ، یعنی طول موجهای بلند را بیشتر طول موجهای نور بنفش و مرئی طیف باز می تابانند این سیارکهای کم بازتاب ، چه سیاه و چه قرمز ارتباط با ماده جامد آلی دارند .

در سال 1366/1987 روبرت.اچ براون ( از مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا ) و دیل پ.کریکشانک ( ناسا-ایمن برای نخستین بار در طیف یک سیارک هیدروکربن کشف کردند . این سیارک که الکترا 130 نام دارد ، سیارک تیره و بزرگی است که در سنگهای سطحی اش کانیهای هیدراته ( آب دار ) دارد . در سیارکهای دیگر ممکن است شواهد مشابهی دیده می شود . البته این موضوع باید اثبات شود تا بتوانیم به درک چگونگی توزیع نشانه های آلی در بین انواع سیارکها بپردازیم نیتریلهای معمولی که در ابرهای مولکولی چگالی یافت می شوند ، در سطوح جامد اجسام منظومه خورشیدی نیز دیده می شوند . در 1370/1991 کریشانک و چندین تن از همکارانش کشف چنین ترکیبی را در دو دنباله دار جدید ، سه سیارک « قرمز » ، احتمالاً در حلقه های اورانوس اعلام کردند . سطوح جامد دنباله دارها عموم بازتابش کمی دارد ، اگر چه برخی از آنها سیاه هستند و برخی قرمز . ذراتی که به صورت غبار از این دنباله دارها پرتاب می شوند گیسو و دم آن را تشکیل می دهند نیز رنگی مشابه دارند علاوه بر این ، ذرات حلقه اورانوس و سمت تیره یا پتوس ، مانند بسیاری از سیارکها بازتابندگی کم رنگ قرمزی دارند . اجسامی که از نیتریلهای جامد سرشارند احتمال هیچ گاه با آب واکنش نداده اند در واقع ، با اینکه احتمالاً آب به صورت یخ در آنها موجود بوده ، آن قدر گرم نشده است که ذوب شود تغییرات شیمیایی برای ساخت ماده آلی پیچیده تر ، ممکن سازد .

مواد تیره ای سطح بیش از یک نیمکره یاپتوس ، قمر زحل ، را پوشانده اند . احتمالاً بخشهایی از این قمر یخی از مواد جامد آلی غنی از نیتریل پوشانده شده است .

این مواد صورت ابتدایی اسیدهای آمینه هستند و بیشتر نور قرمز را باز می تابند . بعضی از سیارکها و دنباله دارها نیز چنین وضعیتی دارند که حدس زده می شود دارای نیتریل باشند .

بازیگران تازه صحنه

در حالی که سرمان به اجسام « معمول » منظومه خورشیدی گرم بود ، طی چند سال گذشته یه جسم کاملاً غیر عادی در لبه بیرونی منظومه سیاره ای نظرها را به خود جلب کرد . دیوید رابینوویچ با استفاده از تلسکوپ اسپیس واچ در کیت پیک ، فولوس 5154 ( که اول آ.د 1992 نامیده شد ) کشف کرد . مدار این شیء که دورترین شبه سیارک شناخته شده است به صورت بیضی کشیده و فاصله اش از خورشید بین 7/8 تا 3/32 واحد نجومی است . از روی نورسنجی خیلی زود متوجه شدند که فولوس همچنین قرمزترین جسم جامد سیاره ای است که تاکنون کشف شده است .

رنگ فولوس با شهابسنگهای کربن دار نمی خواند . این امر احتمالاً به دلیل وجود کربن به صورت عنصر و ماده دیگری به نام کروژن است . کروژن یک جامد آلی پیچیده کم هیدروژن و سیاه رنگ است . کربن و کروژن هر دو از لحاظ نوری خنثی هستند . اما هنگامی که در آزمایشگاه گازها یا یخهایی را که ترکیبات گوناگونی از متان ، نیتروژن ، آب ، و دیگر ترکیبهای ساده بودند ، به طور محدود در معرض تابش فرابنفش قرار دارند . ماده ای آلی به دست آمد که رنگ آن با رنگ فولوس مطابقت  داشت . در واقع ، این تنها ماده ای است که رنگش با فولوس می خواند . تابش بیش از حد هیدروژنها را جدا کرده و اجسام جامد سیاه رنگ و از لحاظ نوری خنثی به جای می گذارد ، که تابش رنگی مطابق با رنگ استثنایی فولوس تولید می کند . از این شبیه سازیها می توان نتیجه گرفت که جامدهای آلی که سطح فولوس را پوشانده اند ، در مقایسه با دیگر اجسام خارجی منظومه شمسی کمتر تغییر یافته اند . احتمالاً به این دلیل فولوس هیچ گاه آن قدر به خورشید نزدیک نشده است که مواد آلی آن « کربنیده » ( کربن دار ) شوند .

درست چند ماه پس از کشف فولوس در یک جستجوی هماهنگ برای یافتن اجسام دوردست ، زیر نظر دیوید جویت ( از دانشگاه هاوایی ) و جین لیو ( از دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ) ، دو جسم غیر عادی دیگر در لبه بیرونی منظومه شمسی به دام افتادند . نشانه های اولیه حاکی است که  - 1992 و FW-1993 نیز قرمز رنگند و آنها هم ممکن است سرشار از مواد جامد آلی باشند . هنوز اندازه گیریهای مستقیمی از اندازه های  - 1992 و FW-1993 صورت نگرفته است . ولی با توجه به روشنایی و بازتابش کم آنها قطرشان را حدود 200 کیلومتر تخمین زده اند . چند هزار خرده سیاره با این اندازه ( با کوچکتر ) که تعدادشان به مراتب بیشتر است ، ناحیه ای را تشکیل داده اند که به کمربند کوئی پر معروف است ( نجوم ، شماره 48 ، ص 23 ) .

اما فولوس ،  - 1992 و FW-1993 به کدام رده از اجسام منظومه خورشیدی تعلق دارند ؟ آیا آنها واقعاً سیارکهای دوردست هستند ؟ یا خرده سیاره های یخی که همانند دنباله دارهای غیر فعال غول پیکر در لبه منظومه خورشیدی به کمین نشسته اند ؟ به نظر نویسندگان این مقاله ، آنها در واقع خرده سیاره هایی هستند که اگر به خورشید نزدیکتر شوند ویژگیهای یک دنباله دار را از خود بروز می دهند . کایرون 2060 ، که چالز کووال آن را در سال 1352/1973 کشف کرد و در ابتدا دورترین سیارک محسوب شد ، در حال حاضر همانند یک دنباله دار رفتار می کند ، و دمی پیدا کرده است که در آبان 1371/1992 کشف شد . بنابراین کایرون هم اکنون بزرگترین دنباله دار فعال شناخته شده است که قطری برابر 180 کیلومتر یعنی حجمی 5000 برابر حجم دنباله دار هالی دارد .

از نظر رنگ کایرون همانند بیشتر دنباله دارها سیاه است نه قرمز . بنابراین ، در مقایسه با لایه های سطحی فولوس و خرده سیاره های - 1992 و FW-1993 مواد آلی سطح کایرون تغییر بیشتری کرده اند .

عکس

با سقوط و متلاشی شدنه شهابسنگ آلنده بیش از دو تن کندریتهای کربنی بر مکزیکو فرو ریخت . این تکه 5 میلی متری از شهابسنگ آلنده را محققان رصد خانه اختر فیزیکی اسمیتسونین یافته اند

نتیجه گیری در مورد حیات

دیدگاه فعلی در مورد منشاء حیات از طریق تحول شیمیایی مبتنی بر تشکیل پروتئینهای اولیه بر روی زمین است که طی دو مرحله انجام گرفته است .

ابتدا ، اسیدهای آمینه از سنتز متان ، آب ، و آمونیاک در جوی که اکسیژن کمی دارد ، بر اثر تخلیه الکتریکی ( رعد و برق ) و تابش فرابنفش خورشید ، به وجود آمده اند . چنین فرایندی را می توان در آزمایشگاه اجرا کرد . سپس اسیدهای آمینه طی فرایندی ، مثل چگال شدن ، به صورت پلیمرهایی در می آیند که ساختارهای پیچیده ای را تشکیل می دهند و سرانجام پروتئینها را درست می کنند . در این میان اسیدهای آمینه که در سیارکهای حاوی آب ساخته شده اند و توسط شهابسنگها به زمین آمده اند . کریستوفر چیبا و استنلی میلر که با این دیدگاه مخالفند ، می گویند ترکیب جو اولیه زمین نمی توانسته برای سنتز مستقیم اسیدهای آمینه مناسب بوده باشد و از طرفی هم توافقی در مورد تأثیر بارش مواد آلی از فضا وجود ندارد .

کلیفورد ن.ماتیوس ( از دانشگاه ایلی نویز ) نظر دیگری در مورد تشکیل مواد پیش پروتئینی دارد . به نظر او پلیمرهای سیانید هیدروژن ( HCN ) بدون ایجاد مشکل روی اجسام سیاره ای مواد جامدی تشکیل می دهند که مستقیماً و به راحتی پروتئینها را می سازند . در این فرایند نیازی به تشکیل اسیدهای آمینه که خود باید به صورت پلیمر دربیایند ، نیست . پلیمرهای HCN بازتابندگی کمی دارند و دارای رنگهای گوناگونی هستند که شبیه به رنگ برخی اجسام جامد سیاره ای است . اگر کشف نیتریلهای جامد روی دنباله دارها ، سیارکها ، و دیگر اجرام سیاره ای تأیید شود ، این ادعای ماتیوس که HCN همه جا پراکنده است ، اعتبار می یابد . در این صورت ، پژوهشگران می باید روش میان بر پیشنهادی او را که در آن HCN مستقیماً به تولید پروتئین منجر می شود ، دقیقتر بررسی کنند .

دنباله دارها و سیارکها سرشار از عناصری اند که برای حیات ضروری است و مولکولهای آلی پیچیده ای را حمل می کنند که منشاء آنها ابرهای مولکولی یا محیط میان ستاره ای بوده است . اگر چه این مواد به درجات متفاوت تحت فرایندهای شیمیایی قرار گرفته اند ، مقادیر عظیمی از آنها از زمان تشکیل منظومه خورشیدی تاکنون بر روی زمین ( و سایر سیارات ) نشسته است .