الكيمياء الكونية

علم الكيمياء الكونية ( من اليونانية القديمة κόσμος ( kósmos ) بمعنى " الكون " و χημεία ( khēmeía ) بمعنى " الكيمياء " ) أو علم الكونيات الكيميائي هو دراسة التركيب الكيميائي للمادة في الكون والعمليات التي أدت إلى تكوين هذه التراكيب. ^{[ 1 ]} ويتم ذلك بشكل أساسي من خلال دراسة التركيب الكيميائي للنيازك وغيرها من العينات الفيزيائية. ونظرًا لأن الأجسام الأم للنيازك، وهي الكويكبات، كانت من أوائل المواد الصلبة التي تكثفت من السديم الشمسي المبكر ، فإن علماء الكيمياء الكونية يهتمون عمومًا، ولكن ليس حصريًا، بالأجسام الموجودة داخل النظام الشمسي .  

في عام ١٩٣٨، قام عالم المعادن السويسري فيكتور غولدشميت وزملاؤه بتجميع قائمة لما أسموه "الوفرة الكونية" استنادًا إلى تحليلهم لعدة عينات أرضية ونيازكية. ^{[ ٢ ]} برر غولدشميت إدراج بيانات تركيب النيازك في جدوله بالقول إن الصخور الأرضية تتعرض لتغيرات كيميائية كبيرة نتيجة العمليات الطبيعية للأرض والغلاف الجوي. وهذا يعني أن دراسة الصخور الأرضية وحدها لن تُعطي صورة شاملة دقيقة للتركيب الكيميائي للكون. لذلك، خلص غولدشميت إلى ضرورة تضمين المواد خارج الأرض أيضًا لإنتاج بيانات أكثر دقة وموثوقية. يُعتبر هذا البحث أساس علم الكيمياء الكونية الحديث. ^{[ ١ ]}

خلال خمسينيات وستينيات القرن العشرين، حظي علم الكيمياء الكونية بقبول أوسع كعلم قائم بذاته. وقد انخرط هارولد أوري ، الذي يُعتبر على نطاق واسع أحد رواد هذا العلم، ^{[ 1 ]} في أبحاث أدت في نهاية المطاف إلى فهم أصل العناصر ووفرتها الكيميائية في النجوم. وفي عام 1956، نشر أوري وزميله العالم الألماني هانز سويس أول جدول للوفرة الكونية يتضمن النظائر استنادًا إلى تحليل النيازك. ^{[ 3 ]}

سمح التطور المستمر في الأجهزة التحليلية خلال ستينيات القرن العشرين، وخاصة مطياف الكتلة ، لعلماء الكيمياء الكونية بإجراء تحليلات مفصلة للوفرة النظائرية للعناصر داخل النيازك. في عام 1960، توصل جون رينولدز ، من خلال تحليل النويدات قصيرة العمر داخل النيازك، إلى أن عناصر النظام الشمسي قد تشكلت قبل النظام الشمسي نفسه ^{[ 4 ]،} مما ساهم في وضع تسلسل زمني لعمليات النظام الشمسي المبكر.

تُعدّ النيازك من أهم الأدوات التي يمتلكها علماء الكيمياء الكونية لدراسة الطبيعة الكيميائية للنظام الشمسي. فالعديد منها يتكون من مواد قديمة قدم النظام الشمسي نفسه، ما يزود العلماء بسجلٍّ من السديم الشمسي المبكر . ^{[ 1 ]} وتُعتبر النيازك الكربونية الكوندريتية بدائية بشكل خاص؛ إذ احتفظت بالعديد من خصائصها الكيميائية منذ تكوينها قبل 4.56 مليار سنة، ^{[ 5 ]} ولذلك فهي محور رئيسي للدراسات الكيميائية الكونية.

تحتوي النيازك البدائية أيضًا على كمية ضئيلة من المواد (أقل من 0.1%) تُعرف الآن بأنها حبيبات ما قبل النظام الشمسي، أقدم من النظام الشمسي نفسه، ومشتقة مباشرة من بقايا المستعرات العظمى التي زودت الغبار الذي تشكل منه النظام الشمسي. يمكن تمييز هذه الحبيبات من خلال تركيبها الكيميائي الغريب عن النظام الشمسي (مثل مصفوفات الجرافيت أو الماس أو كربيد السيليكون). كما أنها غالبًا ما تحتوي على نسب نظائرية تختلف عن تلك الموجودة في بقية النظام الشمسي (وخاصة الشمس)، وتختلف فيما بينها، مما يشير إلى مصادر في عدد من أحداث المستعرات العظمى الانفجارية المختلفة. قد تحتوي النيازك أيضًا على حبيبات غبار بين النجوم، والتي تجمعت من عناصر غير غازية في الوسط بين النجوم، كنوع من الغبار الكوني المركب ("غبار النجوم"). ^{[ 1 ]}

تشير نتائج حديثة لوكالة ناسا ، استناداً إلى دراسات أجريت على النيازك التي عُثر عليها على الأرض ، إلى أن مكونات الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA ( الأدينين ، والجوانين ، والجزيئات العضوية ذات الصلة )، وهي اللبنات الأساسية للحياة المعروفة، قد تتشكل خارج كوكب الأرض في الفضاء الخارجي . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

في 30 يوليو 2015، أفاد العلماء أنه عند أول هبوط للمركبة الفضائية فيلاي على سطح المذنب 67/P ، كشفت القياسات التي أجرتها أجهزة COSAC وPtolemy عن ستة عشر مركباً عضوياً ، أربعة منها شوهدت لأول مرة على سطح مذنب، بما ^في ذلك الأسيتاميد والأسيتون وميثيل إيزوسيانات والبروبيونالدهيد . ^{[ 9 ]} [ ^{10 ] [ 11 ]}

في عام ٢٠٠٤، أفاد العلماء ^{[ ١٢ ]} برصد البصمات الطيفية للأنثراسين والبيرين في الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من سديم المستطيل الأحمر (لم يسبق العثور على جزيئات معقدة مماثلة في الفضاء الخارجي). واعتُبر هذا الاكتشاف تأكيدًا لفرضية مفادها أنه مع اقتراب السدم من النوع نفسه ، كسديم المستطيل الأحمر، من نهاية دورة حياتها، تتسبب تيارات الحمل الحراري في انحصار الكربون والهيدروجين في لب السديم في الرياح النجمية، وإشعاعهما إلى الخارج. ^{[ ١٣ ]} ومع برودتها، يُفترض أن الذرات ترتبط ببعضها البعض بطرق مختلفة، لتشكل في النهاية جسيمات تتكون من مليون ذرة أو أكثر. واستنتج العلماء ^{[ ١٢ ]} أنه بما أنهم اكتشفوا الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) - التي ربما كانت حيوية في تكوين الحياة المبكرة على الأرض - في سديم، فلا بد أنها تنشأ في السدم. ^{[ ١٣ ]}

في أغسطس 2009، حدد علماء ناسا أحد اللبنات الكيميائية الأساسية للحياة (حمض الجلايسين الأميني ) في مذنب لأول مرة. ^{[ 14 ]}

في عام 2010، تم اكتشاف الفوليرين (أو " كرات بوكي ") في السدم. ^{[ 15 ]} وقد أشير إلى أن الفوليرين له دور في نشأة الحياة؛ فبحسب عالمة الفلك ليتيزيا ستانجيليني، "من المحتمل أن تكون كرات بوكي القادمة من الفضاء الخارجي قد وفرت بذور الحياة على الأرض." ^{[ 16 ]}

في أغسطس 2011، أشارت نتائج وكالة ناسا ، استناداً إلى دراسات أجريت على النيازك التي عُثر عليها على الأرض، إلى أن مكونات الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA ( الأدينين ، والجوانين ، والجزيئات العضوية ذات الصلة )، وهي اللبنات الأساسية للحياة كما نعرفها، قد تكون قد تشكلت خارج كوكب الأرض في الفضاء الخارجي . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

في أكتوبر 2011، أفاد العلماء أن الغبار الكوني يحتوي على مواد عضوية معقدة ("مواد صلبة عضوية غير متبلورة ذات بنية عطرية أليفاتية مختلطة ") يمكن أن تتكون بشكل طبيعي وسريع بواسطة النجوم . ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

في 29 أغسطس/آب 2012، أعلن علماء فلك من جامعة كوبنهاغن عن اكتشاف جزيء سكري محدد، وهو غليكول ألدهيد ، في نظام نجمي بعيد. وُجد الجزيء حول النظام النجمي الثنائي الأولي IRAS 16293-2422 ، الذي يقع على بُعد 400 سنة ضوئية من الأرض. ^{[ 20 ] [ 21 ]} يُعدّ غليكول ألدهيد ضروريًا لتكوين الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي يُشابه في وظيفته الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA). تشير هذه النتيجة إلى أن الجزيئات العضوية المعقدة قد تتشكل في الأنظمة النجمية قبل تكوّن الكواكب، لتصل في نهاية المطاف إلى الكواكب الفتية في المراحل المبكرة من تكوينها. ^{[ 22 ]}

في سبتمبر 2012، أفاد علماء ناسا أن الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) ، عند تعرضها لظروف الوسط بين النجوم (ISM) ، تتحول، عبر الهدرجة والأكسدة والهيدروكسيل ، إلى مركبات عضوية أكثر تعقيدًا ، "وهي خطوة على طريق تكوين الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات ، وهما المادتان الخام للبروتينات والحمض النووي DNA، على التوالي". ^{[ 23 ] [ 24 ]} علاوة على ذلك، ونتيجة لهذه التحولات، تفقد الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات بصمتها الطيفية ، وهو ما قد يكون أحد أسباب "عدم رصدها في حبيبات الجليد بين النجوم ، وخاصة في المناطق الخارجية للسحب الباردة الكثيفة أو الطبقات الجزيئية العليا للأقراص الكوكبية الأولية ". ^{[ 23 ] [ 24 ]}

في عام 2013، أكد مشروع مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة (ALMA) اكتشاف الباحثين لزوجٍ هام من الجزيئات ما قبل الحيوية في الجسيمات الجليدية الموجودة في الفضاء بين النجوم . هذه المواد الكيميائية، الموجودة في سحابة غازية عملاقة تبعد حوالي 25,000 سنة ضوئية عن الأرض في الفضاء بين النجوم، قد تكون مقدمةً لمكونٍ رئيسي من الحمض النووي (DNA)، بينما قد يكون للجزيء الآخر دورٌ في تكوين حمض أميني مهم. وجد الباحثون جزيئًا يُسمى سيانوميثانيمين، يُنتج الأدينين، وهو أحد القواعد النيتروجينية الأربعة التي تُشكل "درجات" بنية الحمض النووي الشبيهة بالسلم. أما الجزيء الآخر، المسمى إيثانامين ، فيُعتقد أنه يلعب دورًا في تكوين الألانين ، وهو أحد الأحماض الأمينية العشرين في الشفرة الوراثية. في السابق، كان العلماء يعتقدون أن مثل هذه العمليات تحدث في الغاز الرقيق جدًا بين النجوم. إلا أن الاكتشافات الجديدة تُشير إلى أن تسلسل التكوين الكيميائي لهذه الجزيئات لم يحدث في الغاز، بل على أسطح حبيبات الجليد في الفضاء بين النجوم. ^{[ 25 ]} صرّح أنتوني ريميجان، العالم في مرصد ألما التابع لناسا، بأن العثور على هذه الجزيئات في سحابة غاز بين النجوم يعني أن اللبنات الأساسية المهمة للحمض النووي والأحماض الأمينية يمكن أن "تزرع" الكواكب المتشكلة حديثًا بالمواد الكيميائية الأولية للحياة. ^{[ 26 ]}

في يناير 2014، أعلنت وكالة ناسا أن الدراسات الحالية التي تجريها المركبتان الجوالتان كيوريوسيتي وأوبورتيونيتي على كوكب المريخ ستركز على البحث عن أدلة على وجود حياة قديمة، بما في ذلك محيط حيوي قائم على كائنات دقيقة ذاتية التغذية ، وكيميائية التغذية ، و/أو كيميائية ذاتية التغذية ، بالإضافة إلى المياه القديمة، بما في ذلك البيئات النهرية والبحيرية ( سهول مرتبطة بالأنهار أو البحيرات القديمة) التي ربما كانت صالحة للسكن . ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} ويُعد البحث عن أدلة على صلاحية المريخ للحياة، وعلم الحفريات (المتعلق بالأحافير )، والكربون العضوي على كوكب المريخ هدفًا رئيسيًا لوكالة ناسا. ^{[ 27 ]}

في فبراير 2014، أعلنت وكالة ناسا عن قاعدة بيانات مُحسّنة بشكل كبير لتتبع الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) في الكون . ووفقًا للعلماء، قد يرتبط أكثر من 20% من الكربون في الكون بالهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، والتي يُحتمل أن تكون مواد أولية لتكوين الحياة . ويبدو أن هذه الهيدروكربونات قد تشكلت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم ، وهي منتشرة على نطاق واسع في جميع أنحاء الكون، وترتبط بالنجوم الجديدة والكواكب الخارجية . ^{[ 31 ]}

• وفرة العناصر الكيميائية
• الكيمياء الفلكية
• مواد من خارج الأرض
• الكيمياء الجيولوجية
• قائمة الجزيئات بين النجوم والجزيئات المحيطة بالنجوم
• الجزيئات في النجوم
• علم تحديد العمر الكوني النووي
• كيمياء النجوم

• مجلة "اكتشافات أبحاث علوم الكواكب" التعليمية، التي تضم مقالات حول علم الكونيات والكيمياء والنيازك وعلوم الكواكب.