7 دقیقه
ذرات نادر سیارکی حاوی شیمی کهن به زمین می‌آورند
دو قطعهٔ میکروسکوپی بازگرداندهشده توسط مأموریت هایابوسا۲ آژانس فضایی ژاپن (JAXA) به دانشمندان دیدی بی‌سابقه از فرآیندهای شیمیایی در نخستین روزهای منظومهٔ شمسی ارائه میکنند. این ذرات که در سال 2020 جمعآوری و به زمین تحویل داده شدند، از عمق‌های مختلف سیارک کربندار ریوگو (Ryugu) منشأ می‌گیرند: یکی از سطح در معرض و دیگری از درون. با هم به‌عنوان کپسول‌های زمانی محفوظ عمل میکنند و نشانه‌های کانیشناسی و شیمیایی را نگه می‌دارند که روی زمین بهدلیل تکتونیک، فرسایش و بازچرخه‌شدن زیستی از بین رفته‌اند.
در مجموع تنها 5.4 گرم از مادهٔ ریوگو بازگردانده شد و تیم پژوهشی بین‌المللی به رهبری زمین‌شناس پل نورتروپ تنها 9.3 میلی‌گرم برای مطالعهٔ دقیق دریافت کردند. به‌خاطر این کمیابی، روشهای تصویربرداری و نقشه‌برداری غیرتخریبی و با دقت بالا برای استخراج حداکثر اطلاعات با کمترین مصرف نمونه ضروری بودند.
پیش‌زمینهٔ علمی و زمینهٔ مأموریت
برش با وضوح بالا از یک ذرهٔ ریوگو که سلنیوم (قرمز)، آهن (سبز) و منگنز (آبی) را نشان میدهد. (BNL)
ریوگو یک سیارک کربندار است؛ از طبقهٔ اجرامی ابتدایی که سرشار از مادهٔ آلی، کانی‌های هیدراته و عناصر فرّار هستند. این اجرام در نواحی بیرونی دیسک خورشیدی اولیه شکل گرفته‌اند و تغییرات نسبتاً کمی را تجربه کرده‌اند، بنابراین سوابقی از شیمی سحابی خورشیدی، واکنش‌های آبی و فهرست عناصر که سیارات جوان را بذرپاشی کردند، حفظ کرده‌اند.
هایابوسا۲ برای بازگرداندن نمونههای دست‌نخورده به آزمایشگاههای زمینی طراحی شده بود. مزیت مأموریت‌های بازگرداننده نمونه این است که آزمایشگاههای زمینی ابزارهایی دارند که نمی‌توان به فضا فرستاد: خطوط پرتو ایکس سینکروترون، میکروسکوپ‌های الکترونی و طیف‌سنج‌های جرمی که میتوانند عناصر ردبار را شناسایی و روابط فضایی آن‌ها را در مقیاس‌های زیرمیکرونی نقشه‌برداری کنند. از آنجایی که زمین بیشتر پوستهٔ اولیهٔ خود را بازچرخه کرده است، قطعات سیارکی مانند ریوگو بهترین آرشیوهای باقی‌مانده از مواد نخستین منظومهٔ شمسی‌اند.
تحلیل مأموریت و روشهای تصویربرداری
نقشهٔ انرژی یک ذرهٔ ریوگو که فسفر، گوگرد و سیلیکون را نشان میدهد. (Northrup et al., Geosciences, 2025)
نورتروپ و همکاران از دو روش مکمل تصویربرداری با اشعهٔ X برای بررسی سطح و درون هر ذره بدون تخریب نمونه استفاده کردند. با بهره‌گیری از نقشه‌برداری پیشرفتهٔ غیرتخریبی با اشعهٔ X و تصویربرداری توموگرافی، تیم طیف وسیعی از عناصر و فازهای کانی از جمله سلنیوم، منگنز، آهن، گوگرد، فسفر، سیلیکون و کلسیم را شناسایی کرد. این نقشه‌های عنصری نشان می‌دهند که عناصر چگونه بهطور فضایی به هم مرتبط‌اند، که کلیدی برای خواندن تاریخ تغییرات آبی و رسوب‌گذاری کانی‌ها روی جسم والد است.
تصویربرداری غیرتخریبی: چرا اهمیت دارد
روشهای غیرتخریبی به پژوهشگران امکان میدهد موجودی محدود نمونه را حفظ کنند و در عین حال ناهمگونی‌های شیمیایی را در مقیاس میکرومتری و زیرمیکرومتری حل‌وفصل کنند. همان‌طور که نورتروپ تأکید کرده است، این توانایی وقتی اهمیت پیدا می‌کند که صدها محقق به دنبال دسترسی به روزنه‌های کوچک از یکی از ارزشمندترین مجموعه‌های نمونهٔ منظومهٔ شمسی هستند.
کشف کلیدی: یک فسفید و یک کانی فسفات هیدراتهٔ جدید
نتیجهٔ قابل توجهی که در یک مطالعهٔ اشعهٔ X در سال 2024 گزارش شد و در اطلاعیهٔ خبری آزمایشگاه ملی بروکهیون توضیح داده شد، شناسایی فسفر در دو زمینهٔ شیمیایی متمایز داخل ذرات ریوگو بود: شکلی از فسفات مشابه کانی‌هایی که در دندان‌ها و استخوان‌های زمین یافت می‌شوند، و شکلی نادرتر از فسفید که پیش‌تر در زمین‌شناسی زمینی دیده نشده بود. تحلیلهای کانیشناسی دقیق‌تر که اواخر 2024 انجام شد، فسفات هیدراتهٔ آمونیوم-منیزیم (HAMP) را در مادهٔ ریوگو آشکار ساختند. HAMP یک کانی بلوری هیدراتهٔ آمونیوم-منیزیم-فسفات است که به‌صورت طبیعی روی زمین یافت نمیشود و شباهتی به استروویت، کانی آمونیوم‌فسفات مرتبط با فرایندهای زیستی، دارد.
استروویت معمولاً با رسوب‌های میانجی‌شدهٔ زیستی مرتبط است و یکی از اجزای اصلی برخی سنگ‌های کلیه روی زمین است. کشف HAMP در یک نمونهٔ فرازمینی قابل توجه است زیرا نشان میدهد که آمونیوم، منیزیم و فسفات میتوانند تحت شرایط زیست‌محیطی بسیار متفاوت در فضا به فازهای بلوری هیدراته تبدیل شوند.
پیامدها برای انتقال فسفر و شیمی پیشزیستی
فسفر عنصری کلیدی برای زیست‌شناسی است و در انتقال انرژی (ATP)، ساختار ژنتیکی (DNA و RNA) و غشاهای سلولی (فسفولیپیدها) نقش دارد. یافتن فسفات و ترکیبات نامتعارف فسفر در مواد سیارکی ابتدایی از مدل‌هایی پشتیبانی می‌کند که در آن‌ها سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها فسفر قابل استفاده را به زمین اولیه منتقل کرده‌اند. وجود یک کانی فسفات هیدراتهٔ حامل آمونیوم پرسش‌هایی دربارهٔ شیمی اکسایش-کاهش و شیمی سیالات روی جسم والد ریوگو و نقش کانی‌های فرازمینی در تقویت و تبدیل عناصر زیستی در زمین اولیه مطرح می‌کند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا مورالس، دانشمند سیاره‌ای و متخصص تحلیل نمونه (NASA Ames Institute for Astrobiology)، اضافه می‌کند: «کشف‌هایی مانند HAMP نشان میدهد که محیطهای سیارکی میتوانند مجموعه‌های کانیایی تولید کنند که به‌ندرت روی زمین می‌بینیم. این افق‌های ما را نسبت به مسیرهای شیمیایی ممکن در منظومهٔ شمسی جوان گسترش میدهد. یافتن فسفات‌های هیدراتهٔ حاوی آمونیوم نشان میدهد منابعی از نیتروژن احیاشده و فسفر روی اجرام کوچک وجود داشته‌اند که ممکن است به زمین منتقل شده و شیمی آلی اولیه را شکل داده باشند.»
این دیدگاه بر اهمیت گستردهٔ نمونههای ریوگو برای پرسش‌های مربوط به تکامل شیمیایی و منشأ حیات تأکید می‌کند. اگرچه وجود HAMP به‌خودی‌خود مدرکی برای حیات نیست، کانیشناسی آن نشان‌دهندهٔ دگرگونی‌های آبی و شرایط شیمیایی‌ای است که میتوانند عناصر ضروری برای زندگی را متمرکز و تغییر دهند.
چشم‌اندازهای آینده و پژوهش‌های مرتبط
تحلیلهای جاری روی ذرات ریوگو ترکیب کانیشناسی با وضوح بالا را با مطالعات ایزوتوپی و بررسیهای شیمی آلی ترکیب خواهند کرد. پژوهشگران در تلاش‌اند ساختار بلوری دقیق HAMP، دمای تشکیل و نشانه‌های ایزوتوپی آن را تعیین کنند تا زمان‌بندی و زمینهٔ محیطی شکل‌گیری‌اش محدود شود. روشهای مشابه روی نمونههای مأموریت‌های بازگردانندهٔ دیگر، از جمله مادهٔ بنو (Bennu) از مأموریت OSIRIS‑REx ناسا، به کار گرفته خواهد شد تا سیاره‌شناسی تطبیقی میان سیارک‌های کربندار ممکن شود.
روش‌هایی که روی نمونههای ریوگو پالایش شدهاند — نقشه‌برداری غیرتخریبی با اشعهٔ X، میکروتوموگرافی و میکروآنالیز هدفمند — در تحلیل بازگشت‌های گران‌بهای آینده از اجرام کوچک و مجموعه‌های نمونهٔ مریخ محوری خواهند بود. با افزایش مجموعه‌های نمونه، تیم‌های چندرشته‌ای بهتر قادر خواهند بود فراوانی کانی‌های فسفر نامتعارف را ارزیابی کنند و معنای آن‌ها را برای موجودی‌های فرّار و آلی تحویل‌شده به سیارات اولیه مشخص سازند.
نتیجه‌گیری
ذرات میکروسکوپی از سیارک ریوگو شواهد کانیشناسی و شیمیایی فرایندهای نخستین منظومهٔ شمسی را حفظ کرده‌اند که زمین دیگر آن‌ها را نگه نداشته است. با استفاده از تصویربرداری پیشرفتهٔ غیرتخریبی با اشعهٔ X، پژوهشگران عناصر متنوع و یک کانی هیدراتهٔ آمونیوم-منیزیم-فسفات (HAMP) که پیش‌تر دیده نشده بود، به‌علاوهٔ گونه‌های دیگر فسفر از جمله یک فسفید نادر را شناسایی کردند. این کشفیات درک ما را از نحوهٔ پردازش و انتقال فسفر — که برای حیات شناخته‌شده ضروری است — در منظومهٔ شمسی اولیه تیزتر می‌کند. ادامهٔ مطالعهٔ ریوگو و سایر نمونههای بازگرداندهشده وعده میدهد تا مدل‌های شیمی آبی سیارکی، انتقال عناصر به زمین و مسیرهای بالقوه‌ای که سیارهٔ ما را از نظر شیمیایی زیست‌پذیر ساختند، دقیق‌تر کند.
منبع: sciencealert
.avif)
نظرات