खगोल रसायन विज्ञान, ब्रह्मांडीय रसोई के अंदर

एस्ट्रोकैमिस्ट्री, एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र, पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति के बारे में अंतर्दृष्टि को उजागर करने के लिए अंतरतारकीय स्थानों में रसायन विज्ञान की खोज पर केंद्रित है। इस अनुशासन में हाल के वर्षों में महत्वपूर्ण प्रगति देखी गई है।

1930 के दशक के अंत में स्पेक्ट्रोस्कोपी और रेडियो खगोल विज्ञान के विकास के साथ जन्मा, खगोल रसायन विज्ञान, खगोल भौतिकी और रसायन विज्ञान के चौराहे पर एक क्षेत्र, अब परिपक्व हो गया है। इन्फ्रारेड और रेडियो का उपयोग करके आकाश का अवलोकन करने के नए साधनों ने अंतरिक्ष में अणुओं का दूर से पता लगाने की क्षमता बढ़ा दी है, जबकि सौर मंडल में जांच द्वारा भेजी गई जानकारी के भंडार और उपकरणीकरण में प्रगति ने इसे इसका परीक्षण करने के लिए आवश्यक उपकरण प्रदान किए हैं। यथार्थवादी प्रयोगों के माध्यम से परिकल्पनाएँ।

आयनिक और आणविक अंतःक्रियाओं की भौतिकी प्रयोगशाला के एक अकादमिक ग्रेगोइरे डेंजर बताते हैं, “अंतरतारकीय वातावरण निर्वात से नहीं बना है।” 1 तारा निर्माण के क्षेत्रों में, विपरीत भी सच होगा। -253 डिग्री सेल्सियस और -263 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान पर अंधेरे में जमे हुए बड़े बादल होते हैं जिनमें 99% आणविक हाइड्रोजन और वाष्पशील ट्रेस तत्व होते हैं। जब इन वातावरणों में घूम रहे माइक्रोमीटर आकार के धूल कणों की सतह पर अवशोषित परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, तो ये गैसें पानी, अमोनिया, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और मेथनॉल से बनी बर्फ के निर्माण को सक्षम बनाती हैं। कॉस्मिक किरणों के प्रभाव में, वे फिर कार्बन मोनोऑक्साइड और फॉर्मेल्डिहाइड जैसे अन्य रासायनिक यौगिकों से भर जाते हैं, जिसमें दो सौ से अधिक गैस और ठोस प्रजातियाँ ज्ञात होती हैं।

ये विशाल संरचनाएं बाद में अपने आप ढह जाती हैं और तारों और ग्रहों को जन्म देती हैं, जो आसपास की गैस को जमा करके, प्रकाश को स्वतंत्र रूप से प्रसारित करने और कक्षा में पदार्थ की “गांठों” की सतही परतों, जैसे धूमकेतु और अन्य क्षुद्रग्रहों को गर्म करने की अनुमति देते हैं। यह “फोटोलिसिस” एक नई रासायनिक श्रृंखला प्रतिक्रिया को जन्म देता है जिससे और भी अधिक जटिल अणु सामने आते हैं। ये बर्फीले और चट्टानी पिंड, जो अपनी आंतरिक गर्मी से पूरी तरह से संशोधित होने के लिए बहुत छोटे हैं, ने चार अरब साल पहले पृथ्वी पर बड़े पैमाने पर बमबारी की थी, यही कारण है कि एक प्रसिद्ध परिकल्पना यह मानती है कि उन्होंने पृथ्वी पर जीवन की उपस्थिति के लिए बिल्डिंग ब्लॉक प्रदान किए थे। .

अलौकिक बर्फ के अनुरूप

ये निर्माण खंड क्या हैं' और वे किस मात्रा में मौजूद हैं' ग्रेगोइरे डेंजर और उनके सहयोगी अलौकिक बर्फ के अवतारों को संश्लेषित करके यह निर्धारित करने की कोशिश कर रहे हैं। डेंजर बताते हैं, “शोधकर्ता अंतरिक्ष में मौजूद तापमान और दबाव की स्थिति के तहत पानी, अमोनिया, मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड का मिश्रण रखते हैं, ताकि वे धूल के कणों, एरोसोल और उल्कापिंडों की नकल करने वाले सब्सट्रेट के आसपास संघनित हो सकें।” फिर वे इन सतहों को विकिरणित और गर्म करते हैं, अन्य पराबैंगनी किरणों जैसे कि तारों द्वारा उत्सर्जित किरणों का उपयोग करके आणविक बादलों में पाए जाने वाले अवशेषों जैसे कि बृहस्पति के चंद्रमा यूरोपा, और शनि के चंद्रमा टाइटन – का उपयोग करते हैं और जब धीरे-धीरे प्रकाश की तीव्रता बढ़ती है, तब भी वे पाए जाते हैं सूर्य की ओर आ रहे धूमकेतु के केंद्रक में। इस प्रकार वे एक ही परिवार से, जो जीवित प्राणियों के डीएनए और आरएनए प्रोटीन बनाते हैं, शर्करा और अमीनो एसिड सहित कार्बनिक अणुओं की हजारों विभिन्न प्रजातियों वाले नमूने बनाते हैं।

इंस्टीट्यूट ऑफ केमिस्ट्री ऑफ पोइटियर्स: मैटेरियल्स एंड नेचुरल रिसोर्सेज में उनकी प्रयोगशाला में, 2 पॉलीन पॉइनॉट और टीम ने गैस और तरल चरण में उच्च रिज़ॉल्यूशन मास स्पेक्ट्रोमेट्री और क्रोमैटोग्राफी में उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाओं के लिए जीव विज्ञान के उपकरणों को अनुकूलित किया है, सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया है कि एक यौगिक साइटोसिन जितना जटिल – डीएनए और आरएनए के स्ट्रैंड बनाने वाले पांच न्यूक्लियोटाइड आधारों में से एक – नेबुला में संश्लेषित किया गया था जहां से सौर मंडल उभरा!

और यह सिर्फ शुरुआत है। ओरिजिन्स प्रायोरिटी रिसर्च प्रोग्राम और इक्विपमेंट के संबंध में MIRRPLA प्लेटफ़ॉर्म 3 के 2025 में लॉन्च के साथ, 4 ये विशेषज्ञ जल्द ही प्रभाव का अनुकरण करने की दृष्टि से, बर्फ के इलेक्ट्रॉन और आयन बीम विकिरण के साथ यूवी किरणों को संयोजित करने में सक्षम होंगे। ब्रह्मांडीय किरणों का इस अंतरिक्ष रसायन पर प्रभाव पड़ता है। यह दुनिया में पहली बार है, हालांकि डेंजर बताते हैं कि पृथ्वी पर जीवन के उद्भव में शामिल प्रतिक्रियाओं को सटीक रूप से पुन: प्रस्तुत करना उद्देश्य नहीं है। “इस इतिहास को समय में वापस खोजने की संभावना लगभग शून्य है। विशेष रूप से इसलिए कि जीवन का उद्भव हमारे ग्रह पर जटिल अणुओं के संचय के परिणामस्वरूप नहीं हुआ, बल्कि उनके चयन, प्रतिकृति और प्रोटो-डार्विनियन तरीके से विकास से हुआ। में दूसरे शब्दों में, पदार्थ के स्व-संगठन और 'स्व-उत्प्रेरक' प्रणालियों पर आधारित रसायन विज्ञान के माध्यम से जिसके बारे में हमारे पास व्यावहारिक रूप से कुछ भी नहीं है।”

यह वह मार्ग है जिसे डेंजर और पॉइनॉट ने तलाशने की योजना बनाई है, पहला माइक्रोफ्लुइडिक रिएक्टर विकसित करके, जिसमें आदिम पृथ्वी स्थितियों के तहत समाधानों का परीक्षण किया जा सकता है, और दूसरा विश्लेषण विधियों को विकसित करके। “इसमें नमूनों के भीतर आत्म-प्रतिकृति और आत्म-संगठन की प्रतिक्रियाओं का पता लगाने के लिए सांख्यिकीय डेटा प्रसंस्करण का उपयोग करना शामिल होगा जो जीवित प्राणियों की विशेषता है,” पॉइनॉट स्पष्ट करते हैं।

जीवित प्राणियों की एक विशिष्ट विशेषता: समरूपता

जीवित प्राणियों के पास कम से कम एक ज्ञात संपत्ति होती है: समरूपता। अनेक जैविक अणुओं को “चिरल” कहा जाता है। वे दो असममित संस्करणों में मौजूद हो सकते हैं जिन्हें “एनेंटिओमर्स” के रूप में जाना जाता है, जो पूरी तरह से समान हैं, सिवाय इसके कि वे हमारे दो हाथों की तरह एक दूसरे की एक गैर-सुपरइम्पोजेबल दर्पण छवि हैं। हालाँकि, जैसा कि हम उन्नीसवीं सदी में लुई पाश्चर के काम के बाद से जानते हैं, अधिकांश अमीनो एसिड जो जीवित प्राणियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रोटीन और पेप्टाइड्स बनाते हैं, बाएं-झुकाव वाले या “लेवोगायर” हैं, जिसका अर्थ है कि वे ध्रुवीकृत प्रकाश को विक्षेपित करते हैं। बांई ओर। इसके विपरीत, डीएनए में पाई जाने वाली शर्करा दाहिनी ओर झुकी हुई या “डेक्सट्रोगायर” होती है। यह अजीब है, क्योंकि जब प्रयोगशाला में संश्लेषित किया जाता है, तो ये चिरल अणु दोनों संरचनाओं में समान मात्रा में उत्पन्न होते हैं।

ये प्राथमिकताएँ क्यों' और यह कैसे समझाया जाए कि पृथ्वी पर, ये यौगिक वास्तव में केवल एक ही प्रकार में मौजूद हैं' यह वह प्रश्न है जो नाइस इंस्टीट्यूट ऑफ केमिस्ट्री5 के निदेशक उवे मेयरहेनरिक को रुचिकर लगता है। उन्होंने अपना पूरा करियर हाइड्रोकार्बन, अल्कोहल, अमीनो एसिड और अणुओं के कई अन्य परिवारों में एनैन्टीओमर्स को अलग करने के लिए अपने सहयोगियों के साथ विश्लेषणात्मक तरीकों को विकसित करने के लिए समर्पित किया है। दूसरों के बीच, उनकी टीम ने एक एनेंटियोसेलेक्टिव गैस क्रोमैटोग्राफ़िक प्रक्रिया विकसित की है, जिससे उन्हें 67P/Tchourioumov-Guérassimeno धूमकेतु की खोज करने वाले रोसेटा मिशन (2004-2016) में भाग लेने के लिए यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) से निमंत्रण मिला।

फिला लैंडर पर COSAC उपकरण पर स्थापित, जिसके साथ जांच सुसज्जित थी, मास स्पेक्ट्रोमीटर के साथ युग्मित क्रोमैटोग्राफ को वस्तु की सतह के अणुओं की चिरलिटी को मापना था। कुछ सिद्धांतों के अनुरूप, प्रयोगशाला प्रयोगों द्वारा समर्थित, जिसमें कहा गया है कि सूर्य ने अपने गठन के समय विषमता का एक सीमित रूप उत्पन्न किया था, वैज्ञानिकों ने इस आदिम तारे का अध्ययन करके जानकारी इकट्ठा करने की आशा की, जहां रोसेटा अंततः अमीनो एसिड की उपस्थिति का पता लगाएगा। ग्लाइसीन.

दुर्भाग्य से, मेयरहेनरिक बताते हैं, “12 नवंबर 2014 को अपने आगमन के दौरान, फिला एक झुकी हुई स्थिति में एक चट्टान के खिलाफ रुकने से पहले कई बार उछला। COSAC ने एक दर्जन कार्बनिक अणुओं की पहचान की, लेकिन एनैन्टीओमर्स को मापने के लिए पर्याप्त सामग्री एकत्र करने में सक्षम नहीं था। ”

यह विकास इन रसायनज्ञों को हतोत्साहित कर सकता था यदि इसके विपरीत, यह एक अन्य परियोजना के लिए स्प्रिंगबोर्ड के रूप में कार्य नहीं करता: ईएसए के एक्सो-मार्स 2028 मिशन के हिस्से के रूप में लाल ग्रह पर एक प्रयोग भेजना। 2028 के लिए निर्धारित, इसमें रोज़लिंड फ्रैंकलिन नामक एक रोवर शामिल होगा जो पहली बार मंगल ग्रह की उप-मृदा के नमूनों का विश्लेषण करेगा। यह मोमा उपकरण का उपयोग करके ऐसा करेगा, जिसमें एक गैस क्रोमैटोग्राफ शामिल है जो एनैन्टीओमर्स को अलग कर सकता है। मेयरहेनरिच बताते हैं कि बहुत कुछ दांव पर लगा है, “क्योंकि अगर हाइड्रोकार्बन जैसे कुछ चिरल अणुओं पर मजबूत विषमता का पता लगाया गया, तो यह एक गंभीर संकेत प्रदान करेगा कि सुदूर अतीत में मंगल ग्रह पर किसी प्रकार का जीवन मौजूद था!”

नमूनों की वापसी

उल्कापिंड खगोल रसायनज्ञों के लिए डेटा का एक अन्य स्रोत हैं, जब तक कि वे हमारे ग्रह पर आगमन के दौरान दूषित या परिवर्तित नहीं हुए थे, और हम उन्हें खगोलविदों द्वारा पहचाने गए खगोलीय पिंडों के परिवारों के साथ जोड़ने में सक्षम हैं। ग्रेनोबल में ग्रह विज्ञान और खगोल भौतिकी संस्थान के फ्रेंकोइस-रेगिस ऑर्थस-डौने, 5 सीएनआरएस/यूनिवर्सिटी पेरिस सैकले। और पेरिस-सैकले इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिकल केमिस्ट्री, 6 के रोलैंड थेसेन ने एक आईटी टूल विकसित करके समस्या पर अधिक बारीकी से गौर किया है जो मास स्पेक्ट्रोमीटर के डेटा का विश्लेषण कर सकता है। ये उपकरण उनके वजन के अनुसार उनके घटक भागों को अलग करके नमूनों की संरचना की पहचान करते हैं, थेसेन ने विस्तार से बताया, और फिर “अंततः एक स्पेक्ट्रम प्राप्त किया जहां हजारों चोटियों में से प्रत्येक अणु की एक विशेष प्रजाति का प्रतिनिधित्व करता है।”

इस सब को कैसे सुलझाया जाए' टीम ने सॉफ्टवेयर विकसित किया जो इन संकेतों को रासायनिक परिवार द्वारा वर्गीकृत कर सकता है। इसने जापानी मिशन हायाबुसा 2 द्वारा 2020 में पृथ्वी पर वापस लाए गए क्षुद्रग्रह रयुगु के नमूनों का पहली बार विश्लेषण करने के लिए इस विशेषज्ञता का उपयोग किया। परिणाम पिछले साल साइंस 7, 8 जर्नल में प्रकाशित दो लेखों में दिखाई दिए। एक ने इस वस्तु के भीतर सौर मंडल की उपस्थिति से पहले के कुछ पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन (पीएएच) अणुओं की उपस्थिति का खुलासा किया। दूसरे ने अमीनो एसिड से भरपूर खगोलीय पिंड की संरचना और 1938 में तंजानिया में गिरे उल्कापिंड की संरचना के बीच समानता स्थापित की। यह एक बार फिर पुष्टि करता है कि सौर मंडल की वस्तुओं के रसायन विज्ञान का अध्ययन करना कुंजी में से एक है। पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति को समझना।