Kosmokemi:Hvorfor studere det? Hvad kan det lære os om at finde liv hinsides Jorden?

Universe Today har haft nogle fantastiske diskussioner med forskere om vigtigheden af ​​at studere nedslagskratere, planetoverflader, exoplaneter, astrobiologi, solfysik, kometer, planetariske atmosfærer og planetarisk geofysik, og hvordan disse forskellige videnskabelige felter kan hjælpe forskere og offentligheden bedre at forstå søgen efter liv hinsides Jorden.

Her vil vi undersøge det unikke felt af kosmokemi, og hvordan det giver forskere den viden, der vedrører både vores solsystem og videre, herunder fordelene og udfordringerne, at finde liv hinsides Jorden og forslag til veje for kommende studerende, der ønsker at studere kosmokemi. . Men hvad er kosmokemi, og hvorfor er det så vigtigt at studere det?

"Kosmokemi er studiet af rumting, de faktiske materialer, der udgør planeter, stjerner, satellitter, kometer og asteroider," siger Dr. Ryan Ogliore, der er lektor i fysik ved Washington University i St. Louis, til Universe Today. . "Dette stof kan antage alle former for stof:fast, flydende, gas og plasma.

Kosmokemi er forskellig fra astronomi, som primært beskæftiger sig med studiet af lys, der interagerer med disse ting. Der er to hovedfordele ved at studere faktiske astromaterialer:1) materialerne registrerer forholdene på det tidspunkt og det sted, hvor de blev dannet, hvilket giver os mulighed for at se ind i den dybe fortid; og 2) laboratoriemålinger af materialer er ekstraordinært præcise og følsomme og fortsætter med at blive bedre, efterhånden som teknologien forbedres."

I en nøddeskal opsummerer feltet for kosmokemi, også kendt som kemisk kosmologi, perfekt Carl Sagans berømte citat:"Kosmos er inden i os. Vi er lavet af stjernestof. Vi er en måde for kosmos at kende sig selv på." At forstå kosmokemi er at forstå, hvordan Jorden kom hertil, hvordan vi kom hertil, og muligvis hvordan livet nåede hen, hvor end vi (forhåbentlig) vil finde det en dag.

Som alle videnskabelige områder inkorporerer kosmokemi et utal af metoder og strategier med det formål at besvare nogle af universets sværeste spørgsmål, specifikt vedrørende hvordan de utallige stjerne- og planetobjekter i hele universet blev til. Disse metoder og strategier omfatter primært laboratorieanalyser af meteoritter og andre fysiske prøver bragt tilbage fra rummet, herunder fra månen, asteroider og kometer. Men hvad er nogle af fordelene og udfordringerne ved at studere kosmokemi?

"En af de primære fordele ved kosmokemi er evnen til at reproducere målinger," siger Dr. Ogliore til Universe Today. "Jeg kan måle noget i mit laboratorium, og en anden kan måle enten det samme objekt eller et meget lignende objekt i et andet laboratorium for at bekræfte mine målinger. Først efter gentagne målinger, ved forskellige laboratorier og forskellige teknikker, vil en given påstand blive universelt accepteret af samfundet Dette er svært at gøre i astronomi, og også svært at bruge fjernmålinger på rumfartøjer, der studerer andre kroppe i solsystemet."

Bortset fra de bemandede Apollo-missioner til månen, er alle andre prøver fra rummet blevet returneret via robot-rumfartøjer. Selvom dette kan virke som en nem proces set udefra, er det at indsamle prøver fra rummet og returnere dem til Jorden en meget skræmmende og tidskrævende række af utallige tests, procedurer, præcise beregninger og hundreder til tusinder af videnskabsmænd og ingeniører, der sikrer, at hver små detaljer er dækket for at sikre fuldstændig missionssucces, ofte for kun at indsamle et par ounces materiale.

Denne massive indsats har til opgave ikke kun at sikre en vellykket prøveindsamling, men også at sikre vellykket opbevaring af prøverne for at undgå kontaminering under deres rejse hjem, og derefter hente prøverne, når de lander i en kapsel tilbage på Jorden, hvor de er pakket ordentligt ud, katalogiseret og opbevaret til laboratorieanalyse.

For at demonstrere vanskeligheden ved at udføre en prøvereturmission har kun fire nationer med succes brugt robotudforskere til at indsamle prøver fra en anden planetarisk krop og returneret dem til Jorden:det tidligere Sovjetunionen, USA, Japan og Kina. Det tidligere Sovjetunionen returnerede med succes måneprøver til Jorden gennem 1970'erne; USA har returneret prøver fra en komet, asteroide og endda solpartikler; Japan har med succes returneret prøver fra to asteroider; og senest lykkedes det for Kina at returnere 61,1 ounce fra månen, hvilket er den nuværende rekord for robotprøvereturneringsmissioner. Men selv med vanskeligheden ved at gennemføre en vellykket prøve-returmission, hvad kan kosmokemi lære os om at finde liv hinsides Jorden?

"Kosmokemi kan fortælle os om leveringen af ​​de ingredienser, der er nødvendige for liv til planeter eller måner via asteroider eller kometer," siger Dr. Ogliore til Universe Today. "Da vi har både asteroide- og kometmateriale i laboratoriet, kan vi se, om primitive præ-biotiske organiske forbindelser kan være blevet leveret af disse kroppe. Det betyder selvfølgelig ikke, at livet på Jorden (eller andre steder) startede på denne måde, kun at det er én vej Detektion af liv på en anden verden ville være en af ​​de største opdagelser i videnskabens historie. Så selvfølgelig vil vi gerne være helt sikre. Dette kræver gentagne målinger af forskellige laboratorier kræver en prøve på Jorden Jeg tror, ​​at den eneste måde, vi med sikkerhed kan vide, om der var liv på Europa, Enceladus eller Mars, er, hvis vi bringer en prøve tilbage til Jorden fra disse steder."

Som det viser sig, arbejder NASA aktivt på Mars Sample Return (MSR) missionen, som Dr. Ogliore er medlem af MSR Measurement Definition Team for. Målet med MSR vil være at rejse til den røde planet for at indsamle og returnere prøver af Mars regolit til Jorden for første gang i historien. Det første trin af denne mission udføres i øjeblikket af NASA's Perseverance-rover i Jezero Crater, da den langsomt indsamler prøver og taber dem i rør hen over Mars-overfladen til fremtidig genfinding af MSR.

For Europas vedkommende har der været adskillige diskussioner om en prøve-returmission, herunder en undersøgelse fra 2002, der diskuterede en prøve-returmission fra Europas hav og en undersøgelse fra 2015, der diskuterede en potentiel returmission for faneprøver, men der er i øjeblikket ingen endelige prøve-returmissioner fra Europa. virker, muligvis på grund af den enorme afstand. På trods af dette, og selvom det ikke er en livsopdagende mission, har Dr. Ogliore fået til opgave at lede en robotmission til Jupiters vulkanske måne, Io, for at udforske dens overflod af vulkaner. For Enceladus har Life Investigation for Enceladus (LIFE)-missionen fået indsendt en række missionsforslag for at returnere prøver fra Enceladus' faner, selvom de endnu ikke er blevet accepteret. Men hvad er det mest spændende aspekt ved kosmokemi, som Dr. Ogliore har studeret i løbet af sin karriere?

"Efter min mening var den vigtigste enkeltmåling i kosmokemiens historie målingerne af solens isotopiske iltsammensætning," siger Dr. Ogliore til Universe Today. "For at gøre dette var vi nødt til at returnere prøver af solvinden til Jorden, hvilket vi gjorde med NASA's Genesis-mission. Imidlertid styrtede prøve-returkapslen ned på Jorden. Men stoppede det kosmokemikerne?! For helvede! Kevin McKeegan og kolleger ved UCLA havde bygget et specialiseret, enormt, kompliceret instrument til at studere disse prøver. På trods af styrtet analyserede McKeegan og kolleger ilt i solvinden og fandt ud af, at det var 6 % lettere end ilt, der findes på Jorden, og det matchede sammensætningen af ​​solvinden. ældste kendte objekter i solsystemet:millimeterstore calcium-aluminium indeslutninger (CAI'er) fundet i meteoritter."

Dr. Ogliore fortsætter med at fortælle Universe Today om, hvordan dette resultat blev forudsagt af Bob Clayton ved University of Chicago, sammen med at kreditere sin egen postdoc, Lionel Vacher, for at have udført et forskningsprojekt, der byggede på Genesis-resultaterne, og bemærkede, "Dette var et rigtig sjovt projekt, fordi det var teknisk meget udfordrende, og resultaterne satte solsystemet ind i dets astrofysiske kontekst."

Ligesom det utal af videnskabelige discipliner, som Universe Today har undersøgt i løbet af denne serie, er kosmokemi succesfuld på grund af dens multidisciplinære karakter, der bidrager til målet om at besvare nogle af universets sværeste spørgsmål. Dr. Ogliore understreger, at analyse af laboratorieprøver involverer et væld af videnskabelige baggrunde for at forstå, hvad forskerne observerer inden for hver prøve, og de processer, der er ansvarlige for at skabe dem. Derudover inkluderer dette også de førnævnte prøve-returmissioner og hundreder til tusindvis af videnskabsmænd og ingeniører, der deltager i hver mission. Derfor, hvilke råd kan Dr. Ogliore give til kommende studerende, der ønsker at forfølge kosmokemi?

"Biologi, kemi, geologi, fysik, matematik, elektronik - du har brug for det hele!" Dr. Ogliore fortæller Universe Today. "Hvis du kan lide at lære nye ting konstant, så er planetarisk videnskab noget for dig. Det er godt at få en meget bred uddannelse. Dette vil tjene dig godt i en række karrierer, men det gælder især for planetarisk videnskab og kosmokemi. Jeg får at arbejde med mennesker, der studerer vulkaner, og matematikere, der arbejder med kaotisk bevægelse. Hvor fedt er det?!"

Alt taget i betragtning er kosmokemi både et enormt udfordrende og givende studieområde for at forsøge at besvare nogle af de mest vanskelige og langvarige spørgsmål vedrørende de processer, der er ansvarlige for eksistensen af ​​himmellegemer i solsystemet og videre, inklusive stjerner, planeter, måner , meteoritter og kometer, sammen med hvordan livet opstod på vores lille, blå verden. Som nævnt opsummerer kosmokemi perfekt Carl Sagans berømte citat:"Kosmos er i os. Vi er lavet af stjernestof. Vi er en måde for kosmos at kende sig selv på." Det er gennem kosmokemi og analyse af meteoritter og andre returnerede prøver, der gør det muligt for forskerne langsomt at komme os frem til at svare på, hvad der skaber liv, og hvor vi kan finde det.

"Meteoritter er den mest spektakulære optegnelse af naturen, som menneskeheden kender," siger Dr. Ogliore til Universe Today. "Vi har klipper fra Mars, månen, vulkanske verdener, asteroiden Vesta og snesevis af andre verdener. Jernmeteoritter er kernerne af splittede planeter. Disse klipper registrerer processer, der fandt sted for fire og en halv milliard år siden og falder til Jorden i en flammende ildkugle, der rejser med miles per sekund. Du kan følge forskellige blogs, der sporer ildkugler, og endda beregne områder, hvor meteoritter kan være faldet , men det er et forsøg værd. Jeg har ikke selv fundet en meteorit endnu, men det er mit livsmål."

Leveret af Universe Today