|
Поразительные данные о молекулах внутри метеорита
|
|
|
|
Исследователи из Национальной лаборатории высоких магнитных полей и Брукхейвенской национальной лаборатории объединились, чтобы по-новому взглянуть на сложный состав метеоритов и заглянуть в прошлое нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Мощная спектрометрия, доступная только в лаборатории MagLab, выявила огромное количество органических соединений внутри двух метеоритов, и брукхейвенские ученые получили изображения, детализирующие структуру некоторых из этих внеземных молекул. Их исследование предполагает, что химическая основа жизни глубоко вплетена в ткань Вселенной, и расширяет наше понимание космических компонентов, которые выпадали на Землю в раннем возрасте, потенциально способствуя зарождению жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Исследование было опубликовано в журнале Planetary Science.
|
|
|
|
"Это может пролить свет на то, как много сложного органического материала находится в космосе", - сказал Джозеф Фрай-Джонс, который руководил исследованиями масс-спектрометрии в качестве аспиранта-исследователя Университета штата Флорида и является ведущим автором статьи.
|
|
|
|
Для проведения исследования Фрай-Джонс раздобыл фрагменты метеорита Мерчисон, космического камня возрастом в миллиарды лет, который упал в Австралии в 1969 году. Фрагмент был передан из Чикагского полевого музея. Фрай-Джонс также получил фрагмент метеорита Агуас Заркас, который упал в Коста-Рике в 2019 году, предоставленный Центром изучения метеоритов Бусека при Университете штата Аризона.
|
|
|
|
|
|
|
Анализ выявил поразительно большое разнообразие молекул на основе углерода - десятки тысяч — в небольшом образце каждого метеорита. Каждый из них потенциально может представлять собой несколько уникальных молекул, что означает, что метеориты гораздо сложнее в химическом отношении, чем предполагалось, и, вероятно, являются одними из самых сложных материалов, когда-либо известных.
|
|
|
|
"Метеориту Мерчисон по меньшей мере 5,5 миллиардов лет, что на 1 миллиард лет старше Земли, и он так же сложен, как и нефтяные отложения, которые являются одними из самых сложных смесей, которые мы проанализировали в нашей лаборатории. Эти находки показывают, насколько сложными могут быть органические вещества в космосе", - сказал Фрай-Джонс.
|
|
|
|
Несмотря на то, что два метеорита принадлежат к одному космическому семейству и внешне выглядят одинаково, их химические "отпечатки пальцев" сильно различаются. Они содержат лишь малую долю сложных молекул. Это говорит нам о том, что космическое пространство неоднородно. Различные астероиды в процессе своего формирования находились в совершенно разных условиях, и изначальная Солнечная система создала обширную и разнообразную матрицу органического состава.
|
|
|
|
«Это дает нам представление о том, как зародилась наша планета и Солнечная система», — говорит Фрай-Джонс.
|
|
|
|
Большая часть предыдущих исследований метеорита Мерчисон была проведена вскоре после его обнаружения. За последние 50 лет технологии и оборудование стали более совершенными, что позволило Фрай-Джонсу гораздо подробнее изучить бесчисленное множество молекул внутри метеорита.
|
|
|
|
«Метод, который мы используем, становится все более эффективным по мере развития технологий. Благодаря масс-спектрометру с самым высоким в мире разрешением мы можем исследовать то, что недоступно другим», — говорит Фрай-Джонс.
|
|
|
|
Фрай-Джонс измельчил образцы метеорита, растворил их в органических растворителях, таких как метанол и этанол, а затем поместил их в спектрометр FT-ICR с напряженностью магнитного поля 21 тесла, который является самой мощной в мире системой ионно-циклотронного резонанса. Этот прибор позволяет исследователям определять химический состав сложных смесей и уже сыграл важную роль в анализе нефти, вечных химикатов и образцов растворенных органических веществ.
|
|
|
|
Для более детального изучения метеорита сотрудники MagLab совместно со старшим научным сотрудником Перси Залем из Центра функциональных наноматериалов Брукхейвенской национальной лаборатории дополнили химический анализ изображениями нескольких молекул метеорита. Масс-спектрометрия позволяет определить химическую формулу молекулы, но одна и та же формула может соответствовать множеству различных структур. Цаль применил бесконтактную атомно-силовую микроскопию высокого разрешения, чтобы увидеть структуру молекул.
|
|
|
|
При этом методе сверхтонкий зонд зависает над поверхностью и измеряет атомное отталкивание, чтобы составить карту расположения молекул. На получение изображения нескольких отдельных молекул в сложной смеси с помощью этого трудоемкого и сложного метода может уйти от нескольких дней до нескольких месяцев.
|
|
|
|
«Масс-спектрометрия позволяет определить молекулярные формулы, скрытые в метеорите, но этот метод позволяет сделать еще один важный шаг вперед, — объясняет Цаль. — Это единственный метод, с помощью которого можно получить изображение структуры отдельной молекулы. Чтобы увидеть структуру, то есть то, как атомы связаны друг с другом, нужно получить изображение».
|
|
|
|
Это всего лишь третий случай применения такого вида микроскопии для изучения метеоритного материала.
|
|
|
|
«Достигнутое здесь качество изображения открывает возможности для гораздо более полной идентификации структуры, а не только подсчета атомов, — говорит Цаль. — Вместе эти два метода позволяют по-новому взглянуть на внеземную химию: мы не только определяем молекулярные строительные блоки, сохранившиеся в метеоритах, но и начинаем понимать, как на самом деле выглядят отдельные молекулы из ранней Солнечной системы».
|
|
|
|
Зал назвал это исследование, проводимое совместно с MagLab и Брукхейвенской национальной лабораторией, «Stardust Collaboration» — в честь происхождения элементов и их роли в формировании планет и самой жизни. Это название напоминает нам о том, как удивительно видеть здесь, на Земле, изображения молекул, которые миллиарды лет путешествовали по Вселенной.
|
|
|
|
«Астрономия — мое хобби, так что это очень волнительно, — сказал Зал. — Мы видим все эти органические материалы, строительные блоки жизни. Это как с курицей и яйцом: откуда они взялись? И что это говорит о вероятности существования жизни во Вселенной?»
|
|
|
|
Источник
|
