كيمياء فلكية

حزام الجبار في سديم الجبار ، وفيه تنشأ نجوما جديدة من عناصر كيميائية متناثرة في الفضاء.

الكيمياء الفلكية هي دراسة العناصر الكيميائية الموجودة في الفضاء الخارجي وتشكيلها والتفاعلات بينها. وتشير الكيمياء الفلكية إلى دراسة كيمياء كلا النظام الشمسي والوسط البين-نجمي. والفهم الذي يفهم كيمياء أجرام النظام الشمسي (مثل المذنبات والنيازك) يُسمى الكيمياء الكونية. بينما الذي يفهم تفاعلات الذرات والجزيئات في الوسط البين نجمي يدعى الفيزياء الفلكية الجزيئية. لسنوات عديدة كان الفلكيون على فهم ضئيلة عن هجريب الوسط البين نجمي، عملم الفلك البصري لم يُظهر إلا النجوم والمجرات والسدم، بينما كان الوسط البين نجمي يظهر مظلماً تماماً، كأنه لا يوجد شيء فيه. لكن مع ظهور فهم الفلك الراديوي في الخمسينيات والستينيات اتىت اكتشافات مذهلة. فقد أظهرت الأرصاد خطوطاً طيفية للهيدروجين ذات طول موجة يبلغ 23 سنتيمتراً، والتي تدل على وجود كميات كبيرة من الهيدروجين في الوسط البين نجمي. وقد اكتشفت الكثير من العناصر الأخرى في الوسط البين نجمي بعد اكتشاف الهيدروجين ولكن بنسب قليلة نادرة. والهجريب الكيميائي والذري في السحب الجزيئية يلعب دورا أساسيا في تكوين النجوم والكواكب وتطورها لأن النجوم والأنظمة الكوكبية تولد من هذه السحب.

المطيافية

انكسار الضوء الذي يُستخدم في المطيافية، والتي لها أهمية كبيرة في الكيمياء الفلكية، فكل طيف يختص بعنصر كيميائي أومركب معين .

أحد الأجزاء الهامة من الكيمياء الفلكية هوالمطيافية، حيث تستخدم التلسكوبات لقياس امتصاص وابتعاث الضوء من الذرات والجزيئات في أماكن مختلفة. وبمقارنة الأرصاد الفلكية مع قياسات المختبر يُمكن للفهماء فهم الهجريب الكيميائي وحرارة الأجرام السماوية والوسط البين نجمي. وهذا مُمكن بسبب حتى كلاًّ من الأيونات والذرات والجزيئات تملك أطيافاً مميّزة. أوبالأحرى "بصمة طيفية"، فعندما ينكسر ضوء جرم إلى الألوان المكوّنة له يتكون شيء شبيه بقوس قزح. وهذا يسمى بـ"الطيف"، تمتص مواد مختلفة الضوء بأطوال موجيّة مختلفة، وحين يُوجّه الضوء على هذه المواد تظهر خطوط مظلمة (تسمى "خطوط الامتصاص") حيث المادة امتصت بعض الأطوال الموجية ممّا يجعل طيف الجرم غير كامل. وكل عنصر أومركب يملك شكلاً طيفياً خاصاً، وبتحليل "البصمة" الطيفية الكاملة لجرم ما يُمكن للفلكيين حتى يحددوا ممّا يهجرّب.

نشأة العناصر الكيميائية

تنشأ في النجوم الكبيرة عناصرا ثقيلة مثل الحديد عند تقدمها في العمر، ثم تنفجر في هيئة مستعر أعظم فتنشأ العناصر الأثقل فالأثقل . هنا مستعر إيتا القاعدة.

إيتا كارينا (إيتا القاعدة) العملاق المتغير، صورة للأشعة تحت الحمراء بواسطة التلسكوب العظيم الموجود في شيلي، الصورة معارة من إيسا. وقع الانفجار قبل نحو130 عام .

توصف نشأة الأنوية الذرية والعناصر الكيميائية بالتفصيل في منطقة "تخليق نووي". وبناء عليها نشأ غازي الهيدروجين والهيليوم بعد الانفجار العظيم مباشرة. أما باقي العناصر ذات كتل ذرية أثقل من الهيدروجين والهيليوم فقد نشأت "طـُبخت" في قلب النجوم حيث الحرارة العالية التي تفوق 14 مليون درجة مئوية وأحيانا تصل إلى مليار درجة مئوية بحسب كتلة النجم . في النجوم تتكون العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم عن طريق اندماجها النووي وتتكون العناصر منها الليثيوم (العدد الذري 3) والكربون (العدد الذري 6) والنيتروجين (وعدده الذري 7) والأكسجين (عدده الذري 8) والصوديوم (العدد الذري 11) إلى غير ذلك حتى الحديد وعدده الذري 26. أما العناصر الأثقل من ذلك فهي تتكون خلال انفجار النجوم فيما يسمى مستعرات عظمى.

عندما تقترب نهاية عمر نجم كبير تنفجر وتبعثر كميات هائلة من العناصر الثقيلة في الفضاء . وقد وقع مثلا انفجار المستعر الأعظم SN 2006gy - وتبلغ كتلته نحو150 كتلة شمسية - في المجرة NGC 1260، نتج عنه نحو20 كتلة شمسية من النيكل. ومن حسن الحظ حتى هذا الانفجار وقع بعيدا عنا، فهويبعد عنا نحو240 مليون سنة ضوئية. وإذا وقع مثل هذا الانفجار في نجم قريب نسبيا منا مثل إيتا كارينا وقد وقع فيه انفجار ابتدائي بالعمل منذ نحو130 سنة، وهويبعد عنا نحو7500 سنة ضوئية لكان ضوؤه واضحا في عز النهار، وقد يحدث لها تاثيرا مميتا على الأرض.

تفسير وجود جميع العناصر على الأرض وفي الشمس والمجموعة الشمسية بصفة عامة هوأنها نشأت على أشلاء مستعر أعظم أومستعرات عظيمة لجيل النجوم الأول أوالثاني بعد الانفجار العظيم. فيقدر عمر المجموعة الشمسية بنحو4.5 مليار سنة حتى الآن، وحدث الانفجار العظيم منذ نحو14.7 مليار سنة، أي حتى المجموعة الشمسية تكون بذلك من ضمن الجيل الثاني أوالثالث للنجوم بعد أول نجوم تكونت بعد الانفجار العظيم .

نسب العناصر على الأرض

نسب العناصر على الأرض : المحور الأفقي يمثل العدد الذري والمحور الرأسي بجزء واحد في المليون ppm.

تختلف نسب العناصر على الأرض عن تلك التي نجدها في النيازك أوفي عن مكونات العناصر الموجودة في الكواكب البعيدة أوفي الكون بصفة عامة . فإذا نظرنا إلى القشرة الأرضية نجدها غنية بعناصر مرتبطة بالأكسجين وتبلغ نسبتها الوزنية نحو49 % . يأتي بعدها السيليكون (Si, %25,7 ), والألمونيوم (Al %7,5) والحديد (Fe %4,7 ), والكالسيوم (Ca %3,4 ), والصوديوم (Na 2,6 %), والبوتاسيوم (K %2,4 ), والمغنسيوم (Mg %1,9 ), والهيدروجين (H %0,9) والتيتان (Ti %0,6). وأما باقي العناصر فهي لا تشكل سوي 2و0 % من مادة الأرض.

وإدا نظرنا إلى الكرة الأرضية ككل بما فيها قلبها الثقيل لوجدنا توزيع آخر للعناصر . فمعظم العناصر الموجودة في الأرض ككل هوالحديد (Fe, 35 %) والأكسجين (30 %)، والسيليكون (15 %) والمغنسيوم (13 %)، ويأتي بعدها النيكل، الكبريت، الكالسيوم، الألمونيوم والآخرون أقل من 3%.

وسبب قلة وجود الهيدروجين والهيليوم في جوالأرض هوفرارهما من جاذبية الأرض، وتسربهما إلى أعماق الفضاء. ولكنهما الغازان الذي تتكون منها الشمس ، ويمدون الشمس بطاقتهم المتولدة من أندماجهم النووي.

المراجع

^ "معلومات عن كيمياء فلكية على مسقط astrothesaurus.org". astrothesaurus.org. مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 2019.
^ "معلومات عن كيمياء فلكية على مسقط universalis.fr". universalis.fr. مؤرشف من الأصل في 24 يوليو2019.
^ "معلومات عن كيمياء فلكية على مسقط babelnet.org". babelnet.org. مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 2019.