شاید بسیاری از ما هرگز این پرسش را جدی از خود نپرسیده باشیم. برای اغلب مردم، آدامس چیزی ساده و آشناست: یک مادهٔ جویدنی که در دهان قرار میدهند، مزه دارد، لذتبخش است و البته قابل بلعیدن نیست. اما وقتی همین پرسش را از یک دانشمند، بهویژه از یک شیمیدان یا یک سیارهشناس بپرسید، پاسخ ناگهان پیچیدهتر و علمیتر میشود. از نگاه آنها، آدامس ممکن است چیزی شبیه «لایههای پلیمری غنی از نیتروژن» تعریف شود؛ عبارتی که شاید برای مردم عادی ناآشنا باشد، اما برای آنها اهمیت دارد، زیرا تعیین دقیق ماهیت شیمیایی یک ماده، نخستین گام در شناخت آن است. نکتهٔ جالب اینجاست که دانشمندان دقیقاً همین اصطلاح – یعنی «لایههای پلیمری غنی از نیتروژن» – را برای توصیف نوعی مادهٔ آلی به کار بردهاند که در نمونهٔ جمعآوریشده از سیارک بنو (Bennu) توسط فضاپیمای اوسیریس-رکس (OSIRIS-REx) پیدا شده است.
با اینحال، در جریان پژوهشها و گفتگوهای غیررسمی، پژوهشگران برای سادهتر گفتن دربارهٔ این مادهٔ عجیب، نام غیررسمی «آدامس فضایی» را برایش انتخاب کردهاند. این نام، هم جذاب است و هم به خوبی ماهیت چسبناک و انعطافپذیر این ماده را القا میکند. اما نکتهای که این مادهٔ عجیبوغریب را مهمتر میکند، نحوهٔ شکلگیری آن است؛ فرایندی که باعث شده برخی دانشمندان در مدلهای فعلی خود از شکلگیری سیارکها و فرآیندهای شیمیایی آغازین منظومهٔ شمسی تجدیدنظر کنند.
دو سال بررسی، و هنوز کشفهای تازه
دانشمندان تقریباً دو سال است که نمونههای بنو را در آزمایشگاههای مختلف جهان زیر ذرهبین دارند. این نمونهها در سال ۲۰۲۰ جمعآوری شدند، اما پردازش آنها بهقدری حساس، پیچیده و زمانبر است که حتی اکنون نیز مقالات جدیدی بر اساس یافتههای تازه منتشر میشود. یکی از دلایل طولانی شدن روند، این است که نمونههای بازگشته از سیارکها بسیار شکنندهاند و تحت کمترین تماس، تغییر میکنند؛ بنابراین باید با روشهایی ویژه و ابزارهایی فوقالعاده دقیق آزمایش شوند.
نمونهای که «آدامس فضایی» در آن یافت شد، از پیچیدهترین و چالشبرانگیزترین نمونهها بود. پیش از انجام آزمایشهای اصلی، پژوهشگران مجبور بودند آن را با نوارهایی از پلاتین تقویت کنند تا در جریان جابهجایی یا برش نریزد و خرد نشود. سپس با بهرهگیری از یک میکرونیدلِ تنگستنی – سوزنی بسیار ظریف که اندازهٔ آن از قطر یک تار موی انسان کوچکتر است – نمونه را در محیط یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) جدا کردند. مرحلهٔ جداسازی به خودی خود یک عملیات فوقالعاده حساس است، چرا که کوچکترین لرزش ممکن است موجب آسیب یا تغییر ساختار نمونه شود.
آزمایشها و آزمونهای پیدرپی
پس از جداسازی، نمونهٔ کوچکِ بهدستآمده وارد سلسلهای از آزمایشها شد که هر یک برای بررسی جنبهای از ماهیت ماده طراحی شده بود. این فرآیندها شامل موارد زیر بودند:
- میکروسکوپ الکترونی برای بررسی ساختارهای اتمی و مولکولی
- طیفسنجی پرتو ایکس برای تعیین عناصر موجود در ماده
- پرتودهی با پرتو یونی متمرکز برای بررسی مقاومت ساختار و چگونگی واکنش آن به انرژی
- بررسی در نور سنکروترون برای مشخص کردن ویژگیهای دقیق ساختار شیمیایی و شبکهٔ مولکولی
پس از تمام این پژوهشها، یک نکته قطعی شد: نمونهٔ مورد بحث یک پلیمر بود.
پلیمر چیست و چرا اهمیت دارد؟
به زبان ساده، پلیمرها رشتههای بلند و تکرارشونده از مولکولها هستند. پلیمرها در زندگی روزمره همهجا حضور دارند:
- از پلاستیکهایی که در خانه به کار میبریم
- تا الیاف لباس
- و حتی DNA انسان
یعنی مادهٔ ژنتیکی ما نیز در واقع نوعی پلیمر است.
اما نکتهٔ جالب دربارهٔ پلیمرهای پیدا شده در بنو، تراکم بالای اکسیژن و نیتروژن در ساختار آنهاست. این ویژگی در نمونههای معمولی به دست آمده از سیارکها دیده نمیشود؛ چرا که آنها معمولاً شامل زنجیرههایی از کربن و هیدروژن هستند (مشابه مواد آلی اولیه یا حتی زغالسنگ). این پلیمر خاص دارای آمیدها – واحدهایی که ساختار اصلی اسیدهای آمینه یعنی فونداسیون پروتئینهای حیاتی را تشکیل میدهند – و آمینها بود که اساس ساخت بسیاری از پلاستیکهای صنعتی به شمار میآیند.
به عبارت دیگر، این ماده چیزی بیش از «آدامس» است؛ بلکه ترکیبی آلی و پیچیده است که بهگونهای شگفتانگیز به ترکیبات حیاتی شباهت دارد.
سؤال بزرگ: این ماده چگونه چهار میلیارد سال دوام آورد؟
یکی از چالشهای اصلی این بود که دانشمندان نمیدانستند چگونه چنین پلیمر پیچیدهای توانسته است میلیاردها سال در محیط خشن یک سیارک دوام بیاورد. بنو بخش جداشدهای از یک سیارک بسیار بزرگتر بوده که در گذشتهٔ دور دارای فعالیتهای هیدروحرارتی بوده است؛ یعنی آب مایع در سنگهای آن جریان داشته است. ترکیبات آلی پیچیده معمولاً در محیط آب گرم یا حل میشوند یا میشکنند و تجزیه میگردند. اما «آدامس فضایی» نهتنها تجزیه نشده، بلکه ساختارش را نیز حفظ کرده است.
چطور چنین چیزی ممکن است؟
نظریهٔ «سرمای آغازین» یا Cold-First
دانشمندان فرضیهای را پیشنهاد کردهاند که میتوان آن را «نظریهٔ سرمای نخستین» نامید. بر اساس این نظریه، هنگامی که بنو در حال شکلگیری اولیه بود، اساس آن ترکیبی از:
- یخهای آمونیاک
- یخهای دیاکسید کربن
- ذرات غبار کیهانی
بود. دمای این مرحله بسیار پایین بوده؛ کمتر از ۷۰- درجه سانتیگراد. با وجود چنین سرمای شدیدی، این یخها میتوانستند با یکدیگر واکنشهایی آهسته اما مؤثر انجام دهند و مولکولی به نام آمونیوم کربامات بسازند.
این مولکول خاص به مرور زمان مانند چسب عمل کرده و ذرات آلی کوچک را به هم پیوند داده است. نتیجهٔ نهایی، تشکیل رشتههای بلند پلیمری بوده است؛ رشتههایی که همان «ورقههای پلاستیکی» یا «آدامس فضایی» نامیده شدند.
وقتی بعدها عناصر رادیواکتیو موجود در سیارک گرم شدند و آب مایع ایجاد کردند، این زنجیرههای پلیمری از پیش تشکیل شده بودند و به دلیل ساختار خاص خود، در برابر آب مقاوم بودند. بنابراین نه حل شدند، نه تجزیه گشتند. بلکه به دام سنگهای سطحی سیارک افتادند و پس از چند میلیارد سال، توسط فضاپیمای OSIRIS-REx جمعآوری شدند.
تفاوت نمونهٔ بنو با سایر نمونهها
این نمونهٔ منحصربهفرد، با نمونههای سیارک ریوگو (Ryugu) – که توسط مأموریت ژاپنی هایابوسا۲ جمعآوری شد – تفاوت دارد. نمونهٔ ریوگو به اندازهٔ بنو غنی از نیتروژن نیست. این تفاوتها نشان میدهد که فرایندهای شیمیایی زیرسطحی بنو احتمالاً منحصر به فرد بودهاند.
همچنین نمونههای بهدستآمده از شهابسنگهایی که به زمین میافتند نیز قابل مقایسه با این پلیمر نیستند، زیرا هنگام ورود به جو گرم میشوند و سپس مدتها در محیط مرطوب و آلودهٔ زمین باقی میمانند؛ بنابراین ساختار اصلی خود را از دست میدهند و به همین دلیل نمیتوانند به خوبی نمایندهٔ شرایط اولیهٔ منظومهٔ شمسی باشند.
آیا آدامس فضایی سرنخی از منشأ حیات است؟
نتیجهٔ این پژوهش فقط کشف یک مادهٔ عجیب نیست؛ بلکه این یافته به فرضیهٔ تشکیل مولکولهای پیشزیستی در سیارکها قوت میبخشد. یعنی مواد شیمیایی اولیهای که بعدها در زمین به اسیدهای آمینه، پروتئینها و نهایتاً حیات تبدیل شدند، شاید اصلاً روی زمین شکل نگرفته باشند، بلکه در دل سیارکها تشکیل شده و بعداً به زمین رسیده باشند.
با وجود این، شاید هرگز نتوانیم با قطعیت بدانیم زندگی چگونه دقیقاً روی زمین آغاز شد، اما جمع شدن مدارک تازه نشان میدهد که مولکولهای آلی پیچیده احتمالاً در سراسر منظومهٔ شمسی و حتی در سایر منظومهها به وفور وجود دارند. چه به شکل «آدامس» و چه در قالب دیگر.
