Astrochemistry ist die Studie des Überflusses und Reaktionen von chemischen Elementen und Molekülen im Weltall und ihrer Wechselwirkung mit der Radiation. Die Disziplin ist ein Übergreifen der Astronomie und Chemie. Das Wort "astrochemistry" kann sowohl auf das Sonnensystem als auch auf das interstellare Medium angewandt werden. Die Studie des Überflusses an Elementen und Isotop-Verhältnissen in Sonnensystemgegenständen, wie Meteorsteine, wird auch cosmochemistry genannt, während die Studie von interstellaren Atomen und Molekülen und ihrer Wechselwirkung mit der Radiation manchmal auch molekulare Astrophysik genannt wird. Die Bildung, die atomare und chemische Zusammensetzung, die Evolution und das Schicksal von molekularen Gaswolken sind von speziellem Interesse, weil es von diesen Wolken ist, die Sonnensysteme bilden.

Spektroskopie

Ein besonders wichtiges experimentelles Werkzeug in astrochemistry ist Spektroskopie, der Gebrauch von Fernrohren, um die Absorption und Emission des Lichtes von Molekülen und Atomen in verschiedenen Umgebungen zu messen. Durch das Vergleichen astronomischer Beobachtungen mit Labormaßen kann astrochemists den elementaren Überfluss, die chemische Zusammensetzung und die Temperaturen von Sternen und interstellaren Wolken ableiten. Das ist möglich, weil Ionen, Atome und Moleküle charakteristische Spektren haben: D. h. die Absorption und Emission von bestimmten Wellenlängen (Farben) des Lichtes, das häufig zum menschlichen Auge nicht sichtbar ist. Jedoch haben diese Maße Beschränkungen, mit verschiedenen Typen der Radiation (Radio, infrarot, sichtbar, ultraviolett usw.) fähig, nur bestimmte Typen der Arten abhängig von den chemischen Eigenschaften der Moleküle zu entdecken. Interstellarer formaldehyde war das erste organische im interstellaren Medium entdeckte Polyatommolekül.

Vielleicht ist die stärkste Technik für die Entdeckung von individuellen Molekülen Radioastronomie, die auf die Entdeckung von mehr als hundert interstellaren Arten, einschließlich Radikaler und Ionen, und organisch (d. h. Kohlenstoff-basiert) Zusammensetzungen, wie alcohols, Säuren, Aldehyde und ketones hinausgelaufen ist. Eines der reichlichsten interstellaren Moleküle, und unter dem leichtesten, um mit Funkwellen (wegen seines starken elektrischen Dipolmoments) zu entdecken, ist CO (Kohlenmonoxid). Tatsächlich ist CO solch ein allgemeines interstellares Molekül, dass es verwendet wird, um molekulare Gebiete auszuarbeiten. Die Radiobeobachtung vielleicht des größten menschlichen Interesses ist der Anspruch von interstellarem glycine, der einfachsten Aminosäure, aber mit der beträchtlichen Begleitmeinungsverschiedenheit. Einer der Gründe, warum diese Entdeckung umstritten war, ist, dass, obwohl Radio (und einige andere Methoden wie Rotationsspektroskopie) für die Identifizierung der einfachen Arten mit großen Dipolmomenten gut sind, sie zu komplizierteren Molekülen, sogar etwas relativ Kleines wie Aminosäuren weniger empfindlich sind.

Außerdem sind solche Methoden zu Molekülen völlig blind, die keinen Dipol haben. Zum Beispiel bei weitem ist das allgemeinste Molekül im Weltall H (Wasserstoffbenzin), aber es hat keinen Dipolmoment, so ist es für Radiofernrohre unsichtbar. Außerdem können solche Methoden nicht Arten entdecken, die nicht im gasphasigen sind. Da dichte molekulare Wolken sehr kalt sind (10-50 K =-263 zu-223 C =-440 zu-370 F), werden die meisten Moleküle in ihnen (anders als Wasserstoff) eingefroren, d. h. fest. Statt dessen werden Wasserstoff und diese anderen Moleküle mit anderen Wellenlängen des Lichtes entdeckt. Wasserstoff wird im ultravioletten (UV) und den sichtbaren Reihen von seiner Absorption und Emission des Lichtes (die Wasserstofflinie) leicht entdeckt. Außerdem absorbieren die meisten organischen Zusammensetzungen und strahlen Licht in infrarot (IR) so zum Beispiel aus, die neue Entdeckung des Methans in der Atmosphäre des Mars wurde mit einem IR Boden-basierten Fernrohr, der 3-Meter-Infrarotfernrohr-Möglichkeit der NASA oben auf Mauna Kea, die Hawaiiinseln erreicht. NASA hat auch ein IR Bordfernrohr genannt SOFIA und ein IR Raumfernrohr genannt Spitzer.

Infrarotastronomie hat auch offenbart, dass das interstellare Medium ein Gefolge von genannten polyaromatischen Kohlenwasserstoffen von Zusammensetzungen des komplizierten gasphasigen Kohlenstoff enthält, häufig hat PAHs oder PACs abgekürzt. Wie man sagt, sind diese Moleküle, zusammengesetzt in erster Linie aus verschmolzenen Ringen von Kohlenstoff (entweder neutral oder in einem ionisierten Staat), die allgemeinste Klasse der Kohlenstoff-Zusammensetzung in der Milchstraße. Sie sind auch die allgemeinste Klasse des Kohlenstoff-Moleküls in Meteorsteinen und in cometary und Asteroidal-Staub (kosmischer Staub). Diese Zusammensetzungen, sowie die Aminosäuren, nucleobases, und viele andere Zusammensetzungen in Meteorsteinen, tragen schweren Wasserstoff und Isotope von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die auf der Erde sehr selten sind, für ihren außerirdischen Ursprung zeugend. Wie man denkt, formen sich die PAHs in heißen circumstellar Umgebungen (um das Sterben, die am Kohlenstoff reichen roten riesigen Sterne).

Infrarotastronomie ist auch verwendet worden, um die Zusammensetzung von festen Materialien im interstellaren Medium, einschließlich des Silikats, der kerogen ähnlichen am Kohlenstoff reichen Festkörper und des Eises zu bewerten. Das ist, weil verschieden vom sichtbaren Licht, das gestreut oder durch feste Partikeln gefesselt wird, die IR Radiation die mikroskopischen interstellaren Partikeln durchführen kann, aber im Prozess gibt es Absorptionen an bestimmten Wellenlängen, die für die Zusammensetzung der Körner charakteristisch sind. Als oben mit der Radioastronomie gibt es bestimmte Beschränkungen z.B. N ist schwierig, entweder durch IR oder durch Radioastronomie zu entdecken.

Solche IR Beobachtungen haben beschlossen, dass in dichten Wolken (wo es genug Partikeln gibt, um die zerstörende UV Radiation zu verdünnen) dünne Eisschichten die mikroskopischen Partikeln anstreichen, einer Chemie der niedrigen Temperatur erlaubend, vorzukommen. Da Wasserstoff bei weitem das reichlichste Molekül im Weltall ist, wird die anfängliche Chemie dieses Eises durch die Chemie des Wasserstoffs bestimmt. Wenn der Wasserstoff atomar ist, dann reagieren die H Atome mit verfügbarem O, C und N Atomen, "reduzierte" Arten wie HO, CH und NH erzeugend. Jedoch, wenn der Wasserstoff molekular und so nicht reaktiv ist, erlaubt das den schwereren Atomen, zu reagieren oder zusammengebunden zu bleiben, CO, CO, CN usw. erzeugend. Dieses mischmolekulare Eis wird zur Ultraviolettstrahlung und den kosmischen Strahlen ausgestellt, der auf Komplex strahlengesteuerte Chemie hinausläuft. Laboratorium-Experimente auf der Photochemie des einfachen interstellaren Eises haben Aminosäuren erzeugt. Die Ähnlichkeit zwischen interstellarem und Cometary-Eis (sowie Vergleiche von Gasphase-Zusammensetzungen) ist als Hinweise einer Verbindung zwischen der interstellaren und cometary Chemie angerufen worden. Das wird durch die Ergebnisse der Analyse des organics von den durch die Mission von Stardust zurückgegebenen Komet-Proben etwas unterstützt, aber die Minerale haben auch einen überraschenden Beitrag von der Hoch-Temperaturchemie im Sonnennebelfleck angezeigt.

Forschung

Forschung schreitet unterwegs fort, in dem sich interstellare und circumstellar Moleküle formen und aufeinander wirken, und diese Forschung einen tiefen Einfluss auf unser Verstehen des Gefolges von Molekülen haben konnte, die in der molekularen Wolke da gewesen sind, als sich unser Sonnensystem geformt hat, der zur reichen Kohlenstoff-Chemie von Kometen und Asteroiden und folglich den Meteorsteinen und interstellaren Staub-Partikeln beigetragen hat, die zur Erde um die Tonne jeden Tag fallen.

Die Spärlichkeit des interstellaren und interplanetarischen Raums läuft auf eine ungewöhnliche Chemie hinaus, da Symmetrie-verbotene Reaktionen außer auf der längsten von Zeitskalen nicht vorkommen können. Deshalb können Moleküle und molekulare Ionen, die auf der Erde nicht stabil sind, im Raum, zum Beispiel das H Ion hoch reichlich sein. Astrochemistry überlappt mit der Astrophysik und Kernphysik im Charakterisieren der Kernreaktionen, die in Sternen, den Folgen für die Sternevolution, sowie Stern'Generationen' vorkommen. Tatsächlich erzeugen die Kernreaktionen in Sternen jedes natürlich vorkommende chemische Element. Weil die Stern'Generationen', die Masse der kürzlich gebildeten Element-Zunahmen vorwärts gehen. Ein Stern der ersten Generation verwendet elementaren Wasserstoff (H) als eine Kraftstoffquelle und erzeugt Helium (Er). Wasserstoff ist das reichlichste Element, und es ist der grundlegende Baustein für alle anderen Elemente, weil sein Kern nur ein Proton hat. Die Anziehungskraft zum Zentrum eines Sterns schafft massive Beträge der Hitze und des Drucks, die Kernfusion verursachen. Durch diesen Prozess, Kernmasse zu verschmelzen, werden schwerere Elemente gebildet. Kohlenstoff, Sauerstoff und Silikon sind Beispiele von Elementen, die sich in der Sternfusion formen. Nach vielen Sterngenerationen werden sehr schwere Elemente (z.B Eisen und Leitung) gebildet.

Im Oktober 2011 haben Wissenschaftler berichtet, dass kosmischer Staub komplizierte organische Sache enthält ("amorphe organische Festkörper mit einer aromatischen-aliphatic Mischstruktur"), der natürlich, und schnell durch Sterne geschaffen werden konnte.

Siehe auch

• Interstellares Medium
• Liste von Molekülen im interstellaren Raum
• Molekulare Astrophysik
• Nucleocosmochronology

Links

• Abteilung von Astrochemistry der Internationalen Astronomischen Vereinigung
• Die Universität von Arizona Astrochemistry Group
• Astrophysics & Astrochemistry an Astrochemistry.eu
• Das Astrochemistry Laboratorium an NASA Forschungszentrum von Ames
• Das Astrochemistry Laboratorium an NASA Raumflugzentrum von Goddard
• Die Universität des Leiden Laboratoriums für die Astrophysik
• Der astrochymist (Mittel für Astrochemists & Interested Bystanders)