ఖగోళ రసాయన శాస్త్రం

ఖగోళ రసాయన శాస్త్రం (Astrochemistry) అనేది ఒక ముఖ్యమైన శాస్త్రం (science). ఇది బాహ్య అంతరిక్షంలో (outer space) కనిపించే అణువులు (molecules), పరమాణువుల (atoms) గురించి వివరిస్తుంది. ఈ రంగంలో పనిచేసే శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షంలో ఎన్ని అణువులు ఉన్నాయి, అవి రసాయన చర్యలు (chemical reactions) ద్వారా ఎలా మారుతాయి అనే విషయాలను పరిశోధిస్తారు. కాంతి (light), ఇతర వికిరణం (radiation) ఈ రసాయనాలపై ఎలాంటి ప్రభావం చూపుతాయో కూడా వారు అధ్యయనం చేస్తారు.^[1]

ఈ శాస్త్రం రెండు పెద్ద విజ్ఞాన విభాగాలను కలుపుతుంది: ఖగోళ శాస్త్రం (astronomy), రసాయన శాస్త్రం (chemistry). ఖగోళ రసాయన శాస్త్రం మన సౌర వ్యవస్థ (Solar System) పైన లేదా నక్షత్రాల మధ్య ఉండే ఖాళీ ప్రదేశం పైన దృష్టి పెడుతుంది. ఈ ఖాళీ ప్రదేశాన్ని నక్షత్రాంతర మాధ్యమం (interstellar medium) అని పిలుస్తారు. శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షం నుండి పడిపోయే ఉల్కలు (meteorites) లేదా అంతరిక్ష శిలలలోని రసాయనాలను అధ్యయనం చేసినప్పుడు, దానిని కాస్మోకెమిస్ట్రీ (cosmochemistry) అని అంటారు. కాంతిని ఉపయోగించి దూరంగా ఉన్న అంతరిక్షంలోని పరమాణువులు, అణువులను అధ్యయనం చేయడాన్ని కొన్నిసార్లు మాలిక్యులర్ ఆస్ట్రోఫిజిక్స్ (molecular astrophysics) అని కూడా పిలుస్తారు.

శాస్త్రవేత్తలకు అణు మేఘాలు (molecular clouds) అంటే చాలా ఆసక్తి. ఇవి అంతరిక్షంలో ఉండే గ్యాస్ (వాయువు), ధూళి యొక్క పెద్ద మేఘాలు. ఈ మేఘాల లోపలే కొత్త నక్షత్రాలు, గ్రహాలు (planets) పుడతాయి. ఈ మేఘాలలోని రసాయన శాస్త్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడం వల్ల మన ప్రపంచం ఎలా మొదలైందో తెలుసుకోవడానికి వీలు పడుతుంది.

చరిత్ర

ఖగోళ శాస్త్రం, రసాయన శాస్త్రంలో వచ్చిన కొత్త పరికరాల వల్ల ఖగోళ రసాయన శాస్త్రం పుట్టింది. అంతరిక్షంలోని రసాయనాలను చూడటానికి శాస్త్రవేత్తలు స్పెక్ట్రోస్కోప్ (spectroscope) అనే పరికరాన్ని ఉపయోగిస్తారు. ఈ పరికరం నక్షత్రాలు, మేఘాల నుండి వచ్చే కాంతిని పరిశీలిస్తుంది. చాలా సంవత్సరాలుగా పరిశోధనలు చేయడం ద్వారా మనుషులు అంతరిక్షంలో వందలాది అణువులను కనుగొన్నారు.

కాంతి కోసం తొలి పరికరాలు

1600లలో ఐజాక్ న్యూటన్, రాబర్ట్ బాయిల్ వంటి వారు కాంతి గురించి అధ్యయనం చేయడం మొదలుపెట్టారు. తెల్లటి కాంతి అనేది ఇంద్రధనస్సు రంగులతో తయారవుతుందని న్యూటన్ నిరూపించారు. ఈ రంగుల సమూహాన్ని వర్ణపటం (spectrum) అని అంటారు. ఆ తర్వాత శాస్త్రవేత్తలు మొదటి స్పెక్ట్రోమీటర్ (spectrometer) తయారు చేశారు. ఇది కాంతిని విడదీసి, వేర్వేరు రంగులను స్పష్టంగా చూడటానికి సహాయపడే యంత్రం.^[2]

1802లో విలియం హైడ్ వోలాస్టన్ సూర్యుడిని (Sun) చూడటానికి ఒక స్పెక్ట్రోమీటర్‌ను ఉపయోగించారు. ఆయన ఆ కాంతిలో కొన్ని నల్లని గీతలను గమనించారు. ఆ తర్వాత జోసెఫ్ వాన్ ఫ్రాన్హోఫర్ ఈ గీతలను చాలా జాగ్రత్తగా కొలిచారు. 1835లో చార్లెస్ వీట్‌స్టోన్ ఒక విషయాన్ని కనుగొన్నారు. వేర్వేరు లోహాలను వేడి చేసినప్పుడు అవి వేర్వేరు రంగుల కాంతిని ఇస్తాయని ఆయన గమనించారు. అంటే ఒక పదార్థం ఏ రసాయనాలతో తయారైందో తెలుసుకోవడానికి ఆ పదార్థం ఇచ్చే కాంతిని ఉపయోగించవచ్చని శాస్త్రవేత్తలకు అర్థమైంది.^[3]

అంతరిక్షంలో అణువుల గుర్తింపు

చాలా కాలం వరకు శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షంలో కేవలం విడి పరమాణువులను మాత్రమే కనుగొన్నారు. 1937లో స్వింగ్స్, రోసెన్‌ఫెల్డ్ అనే శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షంలో ఒక అణువు (molecule) ఉన్నట్లు మొదటి ఆధారాలను కనుగొన్నారు.^[4] 1940లో ఆండ్రూ మెక్‌కెల్లర్ నక్షత్రాల మధ్య ఉన్న ఖాళీ ప్రదేశంలో CH మరియు CN అనే అణువులను గుర్తించారు.

1960లలో మరిన్ని అణువులు బయటపడ్డాయి. 1963లో శాస్త్రవేత్తలు OH (హైడ్రాక్సిల్) కనుగొన్నారు. 1969లో వారు ఫార్మాల్డిహైడ్ (formaldehyde - H₂CO) కనుగొన్నారు. ఇది చాలా ముఖ్యమైన విషయం, ఎందుకంటే ఫార్మాల్డిహైడ్ అనేది ఒక సేంద్రీయ సమ్మేళనం (organic compound). సేంద్రీయ సమ్మేళనాలు జీవం (life) ఏర్పడటానికి అవసరమైన పునాది రాళ్లు వంటివి. అంతరిక్షంలో ఇవి దొరకడం వల్ల, జీవం ఏర్పడటానికి కావాల్సిన పదార్థాలు నక్షత్రాల నుండి వచ్చి ఉండవచ్చని కొంతమంది భావిస్తున్నారు.

శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్ష రసాయన శాస్త్రాన్ని ఎలా అధ్యయనం చేస్తారు?

శాస్త్రవేత్తలు నమూనాలను సేకరించడానికి దూరంగా ఉన్న నక్షత్రాల దగ్గరకు వెళ్లలేరు. దానికి బదులుగా వారు కాంతిని చూడటానికి టెలిస్కోప్ (telescopes) ఉపయోగిస్తారు. దీనిని స్పెక్ట్రోస్కోపీ (spectroscopy) అని అంటారు.

ప్రతి పరమాణువు, అణువుకు కాంతిలో ఒక స్వంత "వేలిముద్ర" (fingerprint) ఉంటుంది. అవి చాలా నిర్దిష్టమైన రంగులలో లేదా తరంగదైర్ఘ్యం (wavelengths) వద్ద కాంతిని పీల్చుకుంటాయి లేదా విడుదల చేస్తాయి. ఈ రంగులను చూడటం ద్వారా శాస్త్రవేత్తలు ఈ క్రింది విషయాలను చెప్పగలరు:

అక్కడ ఏ రసాయనాలు ఉన్నాయి.

ఎన్ని అణువులు ఉన్నాయి.

ఆ వాయువు (gas) ఎంత వేడిగా లేదా ఎంత చల్లగా ఉంది.

కొన్ని రకాల కాంతులను మనుషులు కళ్లతో చూడలేరు. అటువంటి వాటిని చూడటానికి శాస్త్రవేత్తలు రేడియో తరంగాలు (radio waves), ఇన్ఫ్రారెడ్ (infrared) కాంతి, అల్ట్రావైలెట్ (ultraviolet) కాంతిని చూసే ప్రత్యేక టెలిస్కోపులను ఉపయోగిస్తారు.

రేడియో తరంగాలు

అణువులను కనుగొనడానికి రేడియో ఖగోళ శాస్త్రం (radio astronomy) చాలా ఉపయోగపడుతుంది. ఇది అంతరిక్షంలో వందకు పైగా వివిధ రకాల రసాయనాలను కనుగొనడంలో సహాయపడింది. అంతరిక్షంలో కనిపించే అత్యంత సాధారణ అణువులలో కార్బన్ మోనాక్సైడ్ (CO) ఒకటి. రేడియో టెలిస్కోపులతో దీనిని చూడటం చాలా సులభం. మన పాలపుంత (galaxy) లోని పెద్ద మేఘాల మ్యాపులను (maps) తయారు చేయడానికి శాస్త్రవేత్తలు ఈ COని ఉపయోగిస్తారు.

శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షంలో అమినో ఆమ్లాలు (amino acids) కోసం కూడా వెతుకుతున్నారు. జీవులకు ప్రోటీన్లను తయారు చేయడానికి అమినో ఆమ్లాలు అవసరం. కొంతమంది శాస్త్రవేత్తలు అంతరిక్షంలో గ్లైసిన్ (glycine) అనే అమినో ఆమ్లాన్ని కనుగొన్నామని భావిస్తున్నారు, కానీ దీనిపై ఇంకా పూర్తి స్పష్టత రాలేదు.^[5]

ఇన్ఫ్రారెడ్ కాంతి

ఇన్ఫ్రారెడ్ ఖగోళ శాస్త్రం (infrared astronomy) అణువులలోని వేడిని, కదలికలను గమనిస్తుంది. సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను కనుగొనడానికి ఇది చాలా మంచి పద్ధతి. ఉదాహరణకు, మంగళ గ్రహం (Mars) పై మీథేన్ (methane) వాయువును కనుగొనడానికి శాస్త్రవేత్తలు ఇన్ఫ్రారెడ్ కాంతిని ఉపయోగించారు.^[6]

ఇన్ఫ్రారెడ్ కాంతి మనకు విశ్వ ధూళి (cosmic dust) ని కూడా చూపిస్తుంది. ఈ ధూళి చాలా చిన్న ఘన పదార్థాలతో తయారవుతుంది. వీటిలో కొన్నిటి పైన మంచు (ice) పొర ఉంటుంది. ఈ మంచు నీరు, కార్బన్ డయాక్సైడ్, ఇతర రసాయనాలతో తయారవుతుంది. కాంతి లేదా వికిరణం ఈ మంచును తాకినప్పుడు, అక్కడ కొత్త రసాయన చర్యలు జరుగుతాయి.

అంతరిక్షంలో సాధారణంగా కనిపించే అణువులు
అణువు పేరు	సంకేతం (Formula)	ఉపయోగించే కాంతి రకం
హైడ్రోజన్	H₂	అల్ట్రావైలెట్
నీరు	H₂O	ఇన్ఫ్రారెడ్ / రేడియో
కార్బన్ మోనాక్సైడ్	CO	రేడియో
అమ్మోనియా	NH₃	రేడియో
మీథేన్	CH₄	ఇన్ఫ్రారెడ్

ముఖ్యమైన పరిశోధనా రంగములు

అంతరిక్షంలో అణువులు ఎలా పెరుగుతాయో తెలుసుకోవాలని శాస్త్రవేత్తలు కోరుకుంటారు. అంతరిక్షం చాలా చల్లగా, ఖాళీగా ఉంటుంది. దీనివల్ల అక్కడ జరిగే రసాయన శాస్త్రం భూమి మీద మనం చూసే దానికంటే భిన్నంగా ఉంటుంది.

ధూళి మరియు మంచు

లోతైన అంతరిక్షంలో ఉష్ణోగ్రత చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. ఇది సాధారణంగా 10 K నుండి 50 K మధ్య ఉంటుంది. ఇది భూమి మీద ఉండే మంచు కంటే చాలా ఎక్కువ చల్లదనం. ఇంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద, చాలా వాయువులు ధూళి కణాల మీద గడ్డకట్టి మంచుగా మారిపోతాయి. ఇది ఒక పల్చని మంచు పొరను ఏర్పరుస్తుంది.

ఈ మంచు పొరల మీద పరమాణువులు అటు ఇటు కదులుతూ ఒకదానికొకటి కలిసిపోతాయి. ఇలాగే చాలా అణువులు తయారవుతాయి. శాస్త్రవేత్తలు భూమి మీద ఉన్న ప్రయోగశాలలలో (labs) ఇటువంటి పరిస్థితులను సృష్టించి పరిశోధిస్తారు. వారు ఒక చల్లని ఉపరితలంపై వాయువును గడ్డకట్టించి, దానిపై అల్ట్రావైలెట్ కాంతిని ప్రయోగిస్తారు. ఇలా చేయడం ద్వారా ల్యాబ్‌లో అమినో ఆమ్లాలు తయారు చేయవచ్చని వారు కనుగొన్నారు. అంతరిక్షంలో కూడా ఇదే విధంగా జరుగుతుందని దీనివల్ల అర్థమవుతోంది.

నక్షత్రాలలో రసాయన శాస్త్రం

నక్షత్రాలు పెద్ద కర్మాగారాల వంటివి. అవి కేంద్రక సంలీనం (nuclear fusion) ద్వారా కార్బన్, ఆక్సిజన్, ఇనుము (iron) వంటి కొత్త మూలకాలను తయారు చేస్తాయి. ముసలి నక్షత్రాలు చనిపోయినప్పుడు, అవి ఈ మూలకాలను అంతరిక్షంలోకి విసిరివేస్తాయి. ఆ వాయువు చల్లబడినప్పుడు, పరమాణువులు కలిసి అణువులుగా, ధూళిగా మారతాయి. కార్బన్ ఎక్కువగా ఉండే నక్షత్రాలు సంక్లిష్టమైన అణువులను తయారు చేయడంలో చాలా ముందుంటాయి.^[7]

రసాయనాలు మరియు జీవం

ఖగోళ రసాయన శాస్త్రంలో ఒక పెద్ద భాగం "ప్రిబయోటిక్" (prebiotic) అణువుల కోసం వెతకడం. జీవం మొదలవ్వడానికి సహాయపడే రసాయనాలను ఇవి అని అంటారు.

2012లో శాస్త్రవేత్తలు ఒక చిన్న నక్షత్రం దగ్గర ఒక రకమైన చక్కెర (sugar) ను కనుగొన్నారు.^[8]

2015లో ఫిలే (Philae) అనే ల్యాండర్ ఒక తోకచుక్క (comet) పైన 16 రకాల సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను కనుగొంది.

2023లో శాస్త్రవేత్తలు శని గ్రహం (Saturn) యొక్క చంద్రుడైన ఎన్సెలాడస్ (Enceladus) నుండి వచ్చే నీటి బుగ్గలలో హైడ్రోజన్ సైనైడ్ (hydrogen cyanide) ను గుర్తించారు.^[9]

ఈ ఆవిష్కరణలు జీవానికి అవసరమైన రసాయనాలు విశ్వమంతా ఉన్నాయని చూపిస్తున్నాయి.

ఈ రంగం యొక్క భవిష్యత్తు

ALMA మరియు జేమ్స్ వెబ్ అంతరిక్ష టెలిస్కోప్ (James Webb Space Telescope) వంటి కొత్త టెలిస్కోపులు ఖగోళ రసాయన శాస్త్రవేత్తలకు మునుపెన్నడూ లేనంత స్పష్టంగా చూడటానికి సహాయపడుతున్నాయి. వాయు మేఘాల లోపల అణువులు ఎక్కడ ఉన్నాయో అవి ఖచ్చితంగా చూపించగలవు. కొత్తగా పుడుతున్న నక్షత్రాల చుట్టూ జరుగుతున్న రసాయన ప్రక్రియలను కూడా అవి గమనించగలవు. ఇతర సౌర వ్యవస్థలలో కూడా మన సౌర వ్యవస్థలో ఉన్నటువంటి రసాయనాలే ఉన్నాయా అని అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది సహాయపడుతుంది.

ఇవి కూడా చూడండి

ఖగోళ జీవశాస్త్రం (Astrobiology)

ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రం (Astrophysics)

నక్షత్రాంతర మాధ్యమం (Interstellar medium)

నక్షత్రాంతర అణువుల జాబితా (List of interstellar and circumstellar molecules)

మాలిక్యులర్ ఆస్ట్రోఫిజిక్స్ (Molecular astrophysics)

మూలాలు

↑ "Astrochemistry". www.cfa.harvard.edu/. 15 July 2013. {{cite news}}: |access-date= requires |url= (help); |archive-date= requires |archive-url= (help)CS1 maint: url-status (link)
↑ Burns, Thorburn (1987). Advances in Standards and Methodology in Spectrophotometry. Elsevier Science. p. 1. ISBN 978-0444599056.
↑ Charles Wheatstone (1836). "On the prismatic decomposition of electrical light". Journal of the Franklin Institute. 22 (1): 61–63. doi:10.1016/S0016-0032(36)91307-8.
↑ Swings, P. & Rosenfeld, L. (1937). "Considerations Regarding Interstellar Molecules". Astrophysical Journal. 86: 483–486.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
↑ Snyder, L. E. (2005). "A rigorous attempt to verify interstellar glycine". Astrophys. J. 619 (2): 914–930. doi:10.1086/426677.
↑ Mumma (2009). "Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003". Science. 323: 1041–1045. doi:10.1126/science.1165243.
↑ Wallerstein, G. (1998). "Carbon Stars". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 36: 369–433.
↑ Than, K. (2012). "Sugar Found In Space". National Geographic.
↑ Peter, J. S. (2023). "Detection of HCN and diverse redox chemistry in the plume of Enceladus". Nature Astronomy. 8 (2): 164–173.

బయటి లింకులు

Template:Commons

[ NASA Ames Astrochemistry Laboratory]

[ NASA Ames PAH IR Spectroscopic Database]

[ Cologne Database for Molecular Spectroscopy (CDMS)]

[cfa-1] "Astrochemistry". www.cfa.harvard.edu/. 15 July 2013. {{cite news}}: |access-date= requires |url= (help); |archive-date= requires |archive-url= (help)CS1 maint: url-status (link)

[burns-2] Burns, Thorburn (1987). Advances in Standards and Methodology in Spectrophotometry. Elsevier Science. p. 1. ISBN 978-0444599056.

[wheatstone-3] Charles Wheatstone (1836). "On the prismatic decomposition of electrical light". Journal of the Franklin Institute. 22 (1): 61–63. doi:10.1016/S0016-0032(36)91307-8.

[swings-4] Swings, P. & Rosenfeld, L. (1937). "Considerations Regarding Interstellar Molecules". Astrophysical Journal. 86: 483–486.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[snyder-5] Snyder, L. E. (2005). "A rigorous attempt to verify interstellar glycine". Astrophys. J. 619 (2): 914–930. doi:10.1086/426677.

[mumma-6] Mumma (2009). "Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003". Science. 323: 1041–1045. doi:10.1126/science.1165243.

[waller-7] Wallerstein, G. (1998). "Carbon Stars". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 36: 369–433.

[ng2012-8] Than, K. (2012). "Sugar Found In Space". National Geographic.

[na2023-9] Peter, J. S. (2023). "Detection of HCN and diverse redox chemistry in the plume of Enceladus". Nature Astronomy. 8 (2): 164–173.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]