راز منشأ آب فاش شد؛ مایه حیات زمین پیش از تولد خورشید شکل گرفته بود
🌌 راز نخستین قطرهها؛ آیا آب زمین پیش از تولد خورشید پدید آمده است؟
مقدمه: راز ابدی حیات در قطرهای از آب
از آغاز تمدن بشری، آب همواره نماد حیات بوده است. اما شاید بزرگترین پرسش در تاریخ علم این باشد که آب از کجا آمده؟ آیا وقتی زمین شکل گرفت، آب در دل سنگهای آن وجود داشت؟ یا دنبالهدارها و شهابسنگها میلیاردها سال بعد آن را به این سیاره آبی رساندند؟
پاسخ هنوز قطعی نیست، اما یافتهی جدیدی از اعماق کیهان، لایهای تازه به این معما افزوده است: شاید آب، حتی از خورشید نیز قدیمیتر باشد.
دانشمندان با استفاده از تلسکوپ آرایهی بزرگ آتاکاما (ALMA) توانستهاند برای نخستین بار نشانههایی از «آب سنگین» را در یک قرص پیشسیارهای بهنام V883 اوریونیس رصد کنند. این کشف، نهتنها رمز و راز منشأ آب زمین را روشنتر کرده، بلکه نشان میدهد مادهی حیاتبخش ما، از دوران باستانی پیش از تولد خورشید در کیهان وجود داشته است.
مفهوم آب سنگین؛ تفاوت کوچک با معنایی عظیم
آب که مینوشیم و دریاهایی را شکل میدهد، از ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ساخته شده است (H₂O). اما گونهای از هیدروژن وجود دارد که «دوتریوم» نام دارد: عنصری با یک نوترون اضافه در هسته. وقتی این نوع هیدروژن با اکسیژن ترکیب شود، مولکولی بهنام آب سنگین (D₂O) شکل میگیرد.
آب سنگین بیشتر در نیروگاههای هستهای شناخته میشود، اما در طبیعت نیز وجود دارد — گرچه به مقدار بسیار اندک. نسبت میان آب معمولی و آب سنگین در محیطهای مختلف، اطلاعات مهمی دربارهی شرایط شکلگیری آنها به دانشمندان میدهد. هرکجا نسبت دوتریوم به هیدروژن (D/H) بالا باشد، نشانهای از محیط سرد و باستانی تلقی میشود.
بنابراین، کشف آب سنگین در قرص پیشسیارهای جوان V883 اوریونیس، گویی «اثر انگشت» گذشتهای است که به پیش از دوران خورشید بازمیگردد.
منشأ فرضی آب؛ چند نظریه و یک پرسش بنیادین
پیش از این، سه فرضیه اصلی دربارهی منشأ آب زمین مطرح بود:
- منشأ درونسیارهای:آب از همان آغاز در سنگها و مواد معدنیای وجود داشت که زمین از آنها تشکیل شد.
- منشأ برونسیارهای از دنبالهدارها و سیارکها:اجرامی یخی پس از شکلگیری زمین با برخورد به آن، آب را منتقل کردند.
- منشأ کیهانی پیشخورشیدی:آب در ابرهای بینستارهای قبل از تولد خورشید شکل گرفته و سپس به منظومهی شمسی راه یافته است.
کشف اخیر دقیقاً فرضیهی سوم را تقویت میکند؛ یعنی اینکه آب از دوران پیش از خورشید به منظومهی ما آمده است.
نقطهی تمرکز پژوهش؛ V883 اوریونیس، زایشگاه جوانی در قلب سحابی شکارچی
منظومهی V883 اوریونیس (Orionis) در فاصلهای حدود ۱۳۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی شکارچی (Orion) قرار دارد. این منظومه از مدتها پیش برای دانشمندان جذاب بوده، چون یکی از نخستین مکانهایی است که در آن «خط برف (Snow Line)» — مرزی که در آن آب از بخار به یخ تبدیل میشود — بهطور مستقیم دیده شد.
مشاهدات پیشین V883 اوریونیس حاکی از وجود مولکولهای آلی پیچیده و ساختارهایی بود که شبیه قرصهای سیارهساز اولیهی منظومهی شمسی هستند. به همین دلیل، این منطقه بهترین آزمایشگاه طبیعی برای فهم چگونگی شکلگیری آب و حیات در جهان محسوب میشود.
کشف آب سنگین؛ وقتی ALMA نگاه را تا دل ستارهزادی برد
در رصد تازه، تیمی بینالمللی از پژوهشگران به سرپرستی مارگو لیمکر (Margot Leemker) از دانشگاه میلان ایتالیا، طیفهای شیمیایی حاصل از ALMA را بررسی کردند.
آنها در قرص پیشسیارهای V883 اوریونیس، نشانههایی از مولکولهای HDO (آب نیمهسنگین) و D₂O (آب سنگین کامل) را تشخیص دادند — پدیدهای که تاکنون در هیچ قرص سیارهساز شناسایی نشده بود.
با اندازهگیری نسبت میان آب سنگین و آب معمولی، مشخص شد که اعداد دقیقاً با آنچه در ابرهای سرد پیشستارهای دیده میشود همخوانی دارند. این یعنی:
آبی که امروزه در منظومهی خورشیدی وجود دارد، احتمالاً همان آبی است که میلیونها سال پیش از تولد خورشید در کیهان شکل گرفته بود.
از ابرهای بینستارهای تا درون زمین؛ زنجیرهی بقا
تیم پژوهشی Nature Astronomy در مدل خود نشان داد آب میتواند در سه مرحله متوالی در کیهان زنده بماند:
- شکلگیری اولیه در ابرهای سرد بینستارهایاتمهای هیدروژن و اکسیژن در دماهای نزدیک به صفر مطلق ترکیب میشوند.
- انتقال به قرصهای پیشسیارهایاین یخها و مولکولها در فرآیند تولد ستارهها و سیارهها به داخل قرصها راه مییابند.
- ادغام با مواد سازندهی سیاراتهنگام تشکیل سیارات سنگی مثل زمین، بخشی از این آب درون ساختار آنها باقی میماند.
بنابراین، اگر این مدل درست باشد، بخش قابل توجهی از آب موجود در سیارات امروزی، نه از خود آنها، بلکه از میراثی چند میلیونساله پیش از خورشید سرچشمه گرفته است.
دیدگاههای علمی؛ لایههای منطقی در پشت فرضیه
«مارگو لیمکر» در گفتوگو با Nature Astronomy توضیح داده است:
«نسبت دوتریوم به هیدروژن در آب V883 اوریونیس با ابرهای پیشستارهای که در دمایی نزدیک به ۱۰ درجه کلوین شکل گرفتهاند کاملاً یکسان است. این یعنی آب در مراحل اولیهی تولد کیهان شکل گرفته و در سراسر فرآیند زایش ستارهها بدون نابودی منتقل شده است.»
همچنین جان توبین (John Tobin) از رصدخانهی ناسا میگوید:
«این اولین مدرک مستقیم است که نشان میدهد آب میتواند از دوران پیشخورشیدی تا شکلگیری کامل یک منظومه، زنده بماند. فرایندی که به ما کمک میکند بفهمیم آب روی زمین از کجا آمده و چرا هنوز در سراسر منظومهی شمسی وجود دارد.»
اهمیت نسبت دوتریوم؛ امضای کیهان در هر قطره آب
نسبت دوتریوم به هیدروژن برای اخترشناسان نوعی «کد ژنتیکی» به شمار میرود.
اگر این نسبت بالا باشد، نشاندهندهی محیطی سرد و قدیمی است. در مقابل، نسبت کمتر در مناطق گرمتر و جدیدتر ثبت میشود.
در دنبالهدارها نیز نسبت D/H بالا مشاهده میشود، و همین موضوع مدتی فرضیهی منشأ دنبالهداری آب را محبوب کرد. اما کشف آب سنگین در V883 اوریونیس با نسبت مشابه، حالا مسیر جدیدی را باز کرده:
آب موجود در دنبالهدارها، سیارات و حتی زمین، احتمالاً میراث مشترک همان ابرهای کیهانی باستانی است.
تصویر بزرگتر؛ آب به عنوان عنصر بازماندهی کیهان
آب تنها ترکیبی شیمیایی نیست؛ بلکه نشانهای از انتقال مواد بین نسلهای ستارگان است.
در حقیقت، ستارگان نسل اول جهان (حدود ۱۳ میلیارد سال پیش) تنها از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند. بعدتر، در انفجارهای ستارهای، اکسیژن ایجاد شد و آب توانست شکل بگیرد. این مولکولهای اولیه در ابرهای بینستارهای تجمع یافتند و سپس به نسلهای بعدی ستارهها — از جمله خورشید ما — منتقل شدند.
به این ترتیب، میتوان گفت هر مولکول آب روی زمین حاصل میلیاردها سال چرخش و بقا در چرخهی کیهان است. این مولکولها از سوختن ستارگان قدیمی به وجود آمدند، در سرمای مطلق کیهان منجمد شدند، و سرانجام به درون خاک و اقیانوسهای زمین راه یافتند.
ارتباط با حیات؛ آیا آبِ باستانی، حیات را زودتر به زمین رسانده است؟
اگر آب از پیش از خورشید وجود داشته باشد، احتمالاً مولکولهای آلی اولیه هم همزمان با آن شکل گرفتهاند.
در جیکرهای سیارهای جوان مثل V883 اوریونیس، حضور ترکیباتی مانند متانول، فرمآلدئید و اسید سیانیدریک مشاهده شده — موادی که سنگبنای واکنشهای آلی و حیات هستند.
کشف همزمان آب سنگین و این ترکیبات، فرضیهی دیگری را ممکن میسازد:
آب، فقط حامل حیات نیست، بلکه خودش از دوران آغازین کیهان، بستری برای پیدایش مولکولهای زنده بوده است.
به بیان سادهتر، شاید ریشهی حیات نهتنها در زمین، بلکه در خود ساختار کیهان نهفته باشد.
چالشها و پرسشهای باز
هرچند این کشف در Nature Astronomy با شواهد محکم همراه است، اما هنوز پرسشهایی باقی مانده:
- آیا نسبت آب سنگین در دیگر قرصهای جوان هم مشابه است؟
- آیا فرآیندهای گرمایی ستارگان میتوانستند بخشی از آب پیشخورشیدی را نابود کنند؟
- سهم واقعی دنبالهدارها در تکمیل آب زمین چقدر است؟
پاسخ این پرسشها نیازمند دادههای دقیقتر از ALMA و تلسکوپهای بعدی چون جیمز وب (JWST) است.
فناوریهای پشت کشف؛ نقش تلسکوپ ALMA و مدلهای شیمیایی
رصدخانهی بینالمللی آتاکاما (ALMA) در ارتفاع ۵۰۰۰ متری کوههای صحرای شیلی، مجموعهای از ۶۶ آنتن رادیویی دارد که با دقتی باورنکردنی، طولموجهای میلیمتری و زیرمیلیمتری تابشهای اجرام آسمانی را ثبت میکنند.
در کشف V883 اوریونیس، دانشمندان طیفهای جذب مولکولی را تجزیه کردند تا فرکانس ویژهی D₂O را شناسایی کنند. این اندازهگیریها در محدودهی ۲۱۷ تا ۲۳۱ گیگاهرتز انجام شد و در مجموع بیش از سیصد ساعت دادهی پردازششده تولید کرد.
این دادهها سپس با مدلهای شیمیایی دینامیکی مقایسه شدند تا دمای تخمینی پیدایش مولکولها بهدست آید — حدود ۲۰ تا ۳۰ کلوین، یعنی شرایط بسیار سرد پیشستارهای.
تأثیرات این کشف بر آیندهی اخترزیستشناسی
اخترزیستشناسان (Astrobiologists) معتقدند این کشف میتواند نقشهی جدیدی برای جستجوی حیات در سیارات دیگر ترسیم کند.
اگر آب توانسته از دوران پیشخورشیدی تا امروز زنده بماند، پس در بسیاری از سیستمهای ستارهای دیگر هم همین اتفاق تکرار میشود.
به احتمال زیاد، صدها میلیارد سیاره با شرایط مشابه زمین وجود دارد که آب را در مراحل آغازین خود حفظ کردهاند — و شاید زندگی نیز در آنها شکل گرفته باشد.
افقهای بعدی پژوهش؛ قدم بعدی چیست؟
مارگو لیمکر و همکارانش اعلام کردهاند هدف مرحلهی بعد، بررسی نسبت دوتریوم در چند قرص دیگر از جمله DG Tau و HL Tau است. با مقایسه میان این سیستمها، میتوان نقشهی تکامل آب را در مراحل مختلف تولد ستارهها ترسیم کرد.
در کنار آن، مدلهای شیمیایی سهبعدی جدید با دادههای تلسکوپ جیمز وب نیز تطبیق داده میشوند تا منبع دقيق مولکولهای آبی در کهکشان راه شیری مشخص شود. این مطالعات نهتنها منشأ آب زمین را نشان خواهد داد، بلکه تاریخ کلی آب در کیهان را بازسازی میکند — از نخستین ابرهای سرد تا قطرهای که امروز در اقیانوسها میدرخشد.
جمعبندی نهایی؛ هر قطره آب، حافظ تاریخ کیهان
کشف آب سنگین در V883 اوریونیس بیش از یک یافتهی شیمیایی است؛ این کشف، نشان میدهد که آب یک یادگار کیهانی است — عنصری که میلیاردها سال پیش از خورشید شکل گرفت، از طوفانهای ستارهای جان سالم به در برد، و سرانجام در سطح زمین جریان یافت.
ممکن است هر بار که لیوانی آب مینوشیم، در واقع در حال نوشیدن میراثی از دوران پیش از خورشید باشیم؛ میراثی از یخها و بخارهایی که در سرمای مطلق فضا شکل گرفتند، در ابرهای بینستارهای گردش کردند، و بعدها با دنبالهدارها و سنگهای آسمانی به سیارهی ما رسیدند.
آب، تاریخ را با خود حمل میکند — تاریخی که از درون کیهان آغاز شد و به قلب انسانها رسید.
❓ پرسشهای متداول دربارهی منشأ آب و کشف آب سنگین در V883 اوریونیس
۱. آب سنگین چیست و چرا اهمیت دارد؟
آب سنگین نوعی آب است که بهجای هیدروژن معمولی، هیدروژن سنگین یا دوتریوم دارد. وجود آن در فضا نشانهی محیطهای سرد و قدیمی است و به فهم منشأ آب در کیهان کمک میکند.
۲. منظومهی V883 اوریونیس کجاست؟
این منظومه در فاصلهی حدود ۱۳۰۰ سال نوری از زمین، در صورت فلکی اوریون (شکارچی) قرار دارد و یکی از فعالترین مناطق زایش ستارهای شناخته میشود.
۳. چرا کشف آب سنگین مهم است؟
چون برای نخستینبار ثابت میکند آب میتواند از دوران قبل از تولد ستارهها باقی بماند و وارد قرصهای سیارهساز شود.
۴. این کشف چه ارتباطی با منشأ آب زمین دارد؟
نشان میدهد آب زمین احتمالاً از ابرهای بینستارهای بسیار قدیمیتر از خورشید آمده است، نه اینکه پس از شکلگیری سیاره به آن افزوده شده باشد.
۵. تفاوت آب معمولی و سنگین در عملکردشان چیست؟
تفاوت تنها در جرم هیدروژن است؛ اما این اختلاف کوچک در محاسبات علمی اهمیت زیادی دارد، چون به دانشمندان کمک میکند تاریخ شکلگیری آن را تعیین کنند.
۶. آیا آبهای دیگر قرصهای جوان هم منشأ مشابه دارند؟
پژوهشهای آینده روی قرصهای دیگری چون DG Tau تعیین خواهد کرد که آیا این ویژگی جهانی است یا خاص V883 اوریونیس.
۷. نقش تلسکوپ ALMA در این کشف چه بود؟
آنتنهای رادیویی ALMA طولموجهای مخصوص آب سنگین را ثبت کردند و با تحلیل نسبت دوتریوم، شرایط تولد مولکولها را مشخص نمودند.
۸. آیا این یافته میتواند به کشف حیات در سیارات دیگر منجر شود؟
بله، چون اگر آب از دوران پیشخورشیدی در کیهان وجود داشته باشد، احتمال پیدایش حیات در دیگر منظومهها بسیار بیشتر میشود.
https://farcoland.com/JMgYWA
کپی آدرس
