ΧΗΜΙΚΟ ΤΑΞΙΔΙ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Παρουσίαση με θέμα: "ΧΗΜΙΚΟ ΤΑΞΙΔΙ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΧΗΜΙΚΟ ΤΑΞΙΔΙ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ
ΧΗΜΙΚΟ ΤΑΞΙΔΙ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ Ημερίδα Χημείας 4 Μαΐου 2018 Μπιλάλη Έλενα Τσίβου Μάιρα Κομήτης Siding Spring (C/2013 A1) Αστερισμός του Κύκνου

2 ΑΦΕΤΗΡΙΑ Εισαγωγή Αστροχημεία: το διεπιστημονικό πεδίο που ασχολείται με τη μελέτη των χημικών διεργασιών στο διάστημα Ασχολείται με: ανίχνευση μορίων στο μεσοαστρικό διάστημα (ISM, interstellar medium) μέσω μοριακής φασματοσκοπίας μελέτη και κατανόηση των χημικών διεργασιών που ενδεχομένως οδηγούν στον σχηματισμό τους

3 Τρόποι ανίχνευσης χημικών στοιχείων και ενώσεων στο διάστημα
Παρατήρηση Μοντέλα Εργαστήριο Rovers – Ανάλυση δειγμάτων Φασματοσκοπία Τηλεσκόπιο Hubble Τηλεσκόπιο με φασματόμετρο Εργαστήριο Αστροχημείας Σεληνιακό όχημα περιπλάνησης Απόλλων

4 Μόρια/Ιόντα που έχουν ανιχνευθεί
∼200 σε αέρια φάση Πρώτα: CH 1937 CN 1940 CH+ 1941 NH3 1968 Γαλαξίας Ηλιοτρόπιο/Μ63

5 Μόρια/Ιόντα που έχουν ανιχνευθεί στο ISM (Μάιος 2015)

6 ΣΤΑΘΜΟΣ 1 Φασματοσκοπία – Ιστορική Αναδρομή
1867: Huggins & Miller καταγραφή αστρικών φασμάτων → πρώτες πληροφορίες για χημική σύσταση 1922: Ηeger Merrill καταγραφή DIBs (diffuse interstellar bands) 1937: Swings & Rosenfeld → CH, CN (Astrophysical Journal) 1941: Douglas & Herzberg ανίχνευση CH+ βασισμένη σε πείραμα (Astrophysical Journal) William Huggins Mary Lea Heger Paul W. Merrill

7 DIBs (diffuse interstellar bands)

8 Κατηγορίες Φασματοσκοπίας
Ηλεκτρονική (vis) Περιστροφική (ραδιοκύματα έως mid-IR) 1963: ΟΗ˙ μέσω αυτής έχουν ανιχνευθεί τα περισσότερα μόρια Δονητική (IR) παρεμποδίσεις λόγω ατμόσφαιρας Γης

9 Αστέρας IRC+10216 / CW Leonis
πρώτη ανίχνευση CO (το 2ο σε αφθονία μόριο στο διάστημα)

10 Κβαντική και Υπολογιστική Χημεία
εξέλιξη οργάνων → καλύτερη διάκριση γραμμών, όμως δεν μπορούσαν να τις αποδώσουν ενώσεις ασταθείς στη Γη → δυνατότητα μελέτης Thaddeus (Columbia & Harvard University) υπολογισμοί: αφορούν απομονωμένα μόρια δεν λαμβάνουν υπόψη θερμοκρασία  συνθήκες ISM Patrick Thaddeus

11 Οργανικά μόρια Δυσκολία ανίχνευσης πολύπλοκων οργανικών ενώσεων → λήψη πολλαπλών φασμάτων Απλούστερες ενώσεις που βρίσκονται σε αφθονία (π.χ. CH3OH, CH3OCH3, CH2CHCN, C2H5OH, HCOOCH3) παρουσιάζουν πολλές ηλεκτρονιακές μεταπτώσεις και οι κορυφές τους επικαλύπτουν τις ασθενέστερες κορυφές των πολυπλοκότερων 15% του C σε μορφή αλειφατικών ενώσεων Μεγάλη αφθονία σε πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (PAHs, Polycyclic aromatic hydro-carbons)

12 Πρεβιωτικά μόρια Σε μετεωρίτες έχουν ανιχνευθεί σχεδόν όλες οι οργανικές ενώσεις που σχετίζονται με τη ζωή. Έχουν βρεθεί D- και L- αμινοξέα (μόνο L- στην Γη) Σύνθεση: βιολογικά στη Γη ≠ αβιολογικά στο σύμπαν Θεωρίες για προέλευση ζωής από το διάστημα Βιολογικά = στον οργανισμό

13 Atacama Large Millimiter Array (ALMA), ραδιοτηλεσκόπια στη Χιλή

14 Παραδείγματα (1) Αστεροειδείς Κομήτες Δορυφόροι
Σκούρο κόκκινο, καφέ ή μαύρο χρώμα → Σύνθετες οργανικές ενώσεις (π.χ. θολίνες) Κομήτες Αποστολή Rosetta Δορυφόροι Ατμόσφαιρα και επιφάνεια Τιτάνα Μικροί πλανήτες/TNOs (transneptunian objects) Πλούτωνας → καστανοκόκκινο χρώμα → σύνθετα οργανικά μόρια στην επιφάνεια Διαπλανητικά σωματίδια σκόνης (Interplanetary Dust Particles, IDP) Πάνω από 50% του βάρους τους C Θολίνες: οργανικές ενώσεις που προκύπτουν από απλές ενώσεις C (συχνά σε συνδυασμό με N2) όταν ακτινοβολούνται με υπεριώδη ακτινοβολία ή κοσμικές ακτίνες

15 Παραδείγματα (2) Φάσμα FT-IR υλικών του κομήτη 81P/Wild 2 που επιστράφηκαν από την αποστολή Stardust Φάσμα απορρόφησης IR των σωματιδίων σκόνης L2008F7 & L2008G9 και του μετεωρίτη Murchison που δείχνει τις δονήσεις τάσεως των αλεφατικών δεσμών CH2 και CH3

16 ΣΤΑΘΜΟΣ 2 Μελέτη των διεργασιών
Μεγάλη Έκρηξη → H, He, Li αστέρες: πυρηνική σύντηξη → βαρύτερα στοιχεία σχηματισμός απλών μορίων στο ISM ? ενώσεις υψηλής πολυπλοκότητας

17 Μοριακή πολυπλοκότητα και Μηχανισμοί
(πολυπλοκότητα: αριθμός ατόμων, αριθμός και ποικιλία λειτουργικών ομάδων, ύπαρξη στερεογονικών κέντρων) χαμηλή πυκνότητα, χαμηλές θερμοκρασίες → αργές αντιδράσεις καταλυτικός ρόλος σωματιδίων σκόνης Προσεγγίσεις: Bottom-up Top-down θεωρητικά μοντέλα εργαστηριακά πειράματα δυσκολία αναπαραγωγής συνθηκών πιθανοί μηχανισμοί

18 ΣΤΑΘΜΟΣ 3 Αναλύσεις Όργανα Curiosity rover
CheMin (σύσταση εδάφους) κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ φθορισμόμετρο Sample Analysis at Mars (ενώσεις C, ποσοστά ισοτόπων) GC MS φασματόμετρο με ρυθμιζόμενο λέιζερ ChemCam εκπομπή παλμών λέιζερ και ταυτοποίηση των διεγερμένων ατόμων τηλεσκόπιο Alpha Particle X-ray Spectrometer (αφθονία στοιχείων) το δείγμα ακτινοβολείται με α σωματίδια και ακτίνες Χ από τα σκεδαζόμενα σωματίδια προκύπτουν πληροφορίες για σύσταση Curiosity rover Αποστολή MSL (Mars Science Laboratory), NASA

19 Εργαστηριακή Αστροχημεία
IDPs (διαπλανητικά σωματί-δια σκόνης): συλλέγονται από ειδικά αεροσκάφη για ανάλυση σε εργα-στήρια Σύγκριση διαστρικών φασμάτων που έχουν μη αναγνωρισμένες κορυ-φές με εργαστηριακά φάσματα Εργαστηριακό IR φάσμα υδρογονωμένου άμορφου άνθρακα a-C:H (πάνω) σε σύγκριση με αστρονομικό φάσμα του πλανητικού νεφελώματος IRAS (κάτω)

20 Ανοιχτά ερωτήματα και προκλήσεις:
ΤΕΡΜΑΤΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Ανοιχτά ερωτήματα και προκλήσεις: Πώς σχηματίζονται τα πολύπλοκα μόρια στο ISM; Μπορούν να αντέξουν την κατάρρευση πρωτοαστρικών νεφών που οδηγεί σε σχηματισμό αστρικών συστημάτων; Ποια η σχέση μεταξύ των μορίων που υπάρχουν σε κομήτες και αυτών στο ISM; Είναι το ISM ο αντιδραστήρας μέσα στον οποίο σχηματίζονται κάποια από τα σημαντικά για τη ζωή μόρια;

21 Ευχαριστίες (αλφαβητικά)
Κοσμάς Γαζέας Λέκτορας Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής Τμήμα Φυσικής ΕΚΠΑ Αθανάσιος Φιλιππόπουλος Επίκουρος Καθηγητής Ανόργανης Χημείας Τμήμα Χημείας

22 Πηγές Κείμενα: Εικόνες:
Michael de Becker, Astrochemistry: The issue of molecular complexity in astrophysical environments, Bull. Soc. Roy. Sci. Liege 82 (2013) 33-94  Mars Science Laboratory/Curiosity, NASA (nasa.gov) R. C. Fortenberry, Quantum Astrochemical Spectroscopy, Int. J. of Quantum Chem. 117 (2017) 81-91 Sun Kwok, Complex organics in space from Solar System to distant galaxies, The Astronomy and Astrophysics Review 24 (2016) T. J. Millar, Astrochemistry, Plasma Sources Sci. Technol. 24 (2015) Εικόνες: ALMA Observatory (almaobservatory.org) chem.hawaii.com gem.uva.es Hubble Space Telescope (spacetelescope.org) NASA (nasa.gov) nature.com pinterest.com royalsocietypublishing.org skyandtelescope.com

23 Ευχαριστούμε για την προσοχή σας!