Συχνά με ρωτούν οι μαθητές στις τάξεις αστρονομίας της κοινοτικής εκπαίδευσης εάν έχουν βρεθεί νέα στοιχεία στο διάστημα άγνωστο στη Γη. Η απάντηση στην ερώτηση είναι αρνητική – η φύση χρησιμοποιεί τα ίδια 98 φυσικά στοιχεία για να δημιουργήσει τα πάντα, από τα γνωστά αστέρια και τους πλανήτες μέχρι εκείνους στους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες που μπορούμε να δούμε. Εκτός από μια περιστασιακή ένωση ή ορυκτό, η Γη είναι το μέρος όπου θα βρείτε περισσότερα εξωτικά στοιχεία από οπουδήποτε αλλού στο σύμπαν.
Ένα στοιχείο είναι μια καθαρή ουσία που αποτελείται από έναν μόνο τύπο ατόμου. Αυτό που ξεχωρίζει ένα στοιχείο από ένα άλλο είναι ο αριθμός των πρωτονίων στους πυρήνες των ατόμων του. Κάθε άτομο με έξι πρωτόνια θα είναι πάντα άνθρακας, 79 πρωτόνια χρυσός, 94 πρωτόνια πλουτώνιο και 1 πρωτόνιο υδρογόνο. Ο αριθμός πρωτονίου είναι επίσης του στοιχείουατομικός αριθμόςστο περιοδικός πίνακας στοιχείων . Τα στοιχεία του πίνακα είναι διατεταγμένα σύμφωνα με τον ατομικό τους αριθμό.
Τα άτομα αποτελούνται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια σε τροχιά. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου τον καθιστά μοναδικό από όλους τους άλλους. Το υδρογόνο, το πιο απλό στοιχείο, έχει ένα. άνθρακας έχει έξι.
Τα δύο πιο κοινά στοιχεία είναι το υδρογόνο και το ήλιο, οι αριθμοί 1 και 2 στον περιοδικό πίνακα. μαζί αποτελούν το 98% όλης της ορατής ύλης στο σύμπαν. Το υπόλοιπο 2% περιλαμβάνει οτιδήποτε άλλο από το ελαφρύ λίθιο (αριθμός 3) μέχρι το τέλος καλιφόρνιο (98), το βαρύτερο φυσικό στοιχείο που βρέθηκε στη Γη και στα αστέρια. Το Californium είναι ασταθές και «διασπάται» σε πιο απλά στοιχεία. Αν και οι επιστήμονες το καταφέρνουν στο εργαστήριο βομβαρδίζοντας βερκέλιο (97) με τα νετρόνια, ίχνη αυτού του πολύ σπάνιου στοιχείου βρίσκονται φυσικά σε πλούσια κοιτάσματα ουρανίου.
Όταν ήμουν στο γυμνάσιο και σπούδαζα χημεία, ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων τελείωνε στο Lawrencium (103). Προς το παρόν υπάρχουν 118 στοιχεία, με το πιο πρόσφατο που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο μια νύχτα (εσείς-να-NOC-tee-um). Στην πραγματικότητα, όλα τα στοιχεία πέρα από το 98 είναι τεχνητά, ζωντανεύουν σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ή σε πειράματα επιταχυντών σωματιδίων. Ζουν πολύ σύντομες ζωές. Με τόσα πολλά θετικά φορτισμένα πρωτόνια που πιέζουν το ένα πάνω στο άλλο στους πυρήνες τους, αυτά τα στοιχεία διασπώνται γρήγορα σε απλούστερα σε μια διαδικασία που ονομάζεται ραδιενεργή διάσπαση .
Η ιδέα του καλλιτέχνη για τα πρώτα αστέρια στο Σύμπαν που ενεργοποιούνται περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτοί οι πρώτοι ήλιοι ήταν φτιαγμένοι από σχεδόν καθαρό υδρογόνο και ήλιο. Αυτοί και οι επόμενες γενιές μαγείρεψαν βαρύτερα στοιχεία που αργότερα ενσωματώθηκαν στον ήλιο και σε εμάς. Πίστωση: Επιστημονική Ομάδα NASA/WMAP
Πίσω στην εποχή της Μεγάλης Έκρηξης, όταν το σύμπαν εμφανίστηκε, μόνο τα πιο απλά στοιχεία - υδρογόνο, ήλιο και ίχνη λιθίου - είχαν μαγειρευτεί. Δεν μπορείς να φτιάξεις έναν πλανήτη από τέτοια χνουδωτά πράγματα. Χρειάστηκε η πρώτη γενιά αστεριών, που σχηματίστηκε από αυτά τα βασικά δομικά στοιχεία, για να συνθέσει πιο περίπλοκα στοιχεία όπως ο άνθρακας, το οξυγόνο, το θείο και τα παρόμοια μέσω πυρηνικής σύντηξης στους πυρήνες τους.
Όταν τα αστέρια εξερράγησαν ως σουπερνόβα, όχι μόνο αυτά τα ολοκαίνουργια στοιχεία εκτοξεύτηκαν στο διάστημα, αλλά η τεράστια θερμότητα και πίεση κατά τη διάρκεια της έκρηξης δημιούργησαν ακόμη βαρύτερα στοιχεία όπως χρυσό, χαλκό, υδράργυρο και μόλυβδο. Όλα ενσωματώθηκαν σε μια δεύτερη γενιά αστεριών. Και ένα τρίτο.
Το 2% των στοιχείων που κατασκευάζονται από αστέρια, που περιλαμβάνουν άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο και πυρίτιο μεταξύ άλλων, πήγαν για την κατασκευή των πλανητών και αργότερα έγιναν απαραίτητα για τη ζωή. Είμαστε φτιαγμένοι από εξαιρετικά επεξεργασμένο υλικό εσείς και εγώ. Τα άτομα των όντων μας ήταν μέσα και έξω από τους πυρήνες πολλών γενεών αστεριών. Σκεφτείτε αυτό το καλό και δύσκολο και ίσως απλά να έρθετε σε επαφή με το δικό σας «εσωτερικό αστέρι».
Το κοινό επιτραπέζιο αλάτι σχηματίζεται από άτομα νατρίου και χλωρίου που εφαρμόζουν σφιχτά. Κάθε στοιχείο έχει τον δικό του ατομικό χαρακτήρα - το ένα είναι εύφλεκτο μέταλλο (νάτριο), το άλλο ένα επικίνδυνο αέριο. Συνδυάστε τα και βγείτε ένα ασφαλές, νόστιμο καρύκευμα. Πίστωση: Wikipedia
Ας επαναδιατυπώσουμε την ερώτηση σχετικά με τα εξωτικά υλικά στο διάστημα που δεν υπάρχουν στη Γη. Αντί για στοιχεία, αν δούμε σύνθετα, χτυπάμε paydirt. Μια ένωση είναι επίσης μια καθαρή ουσία, αλλά αποτελείται από δύο ή περισσότερα χημικά στοιχεία ενωμένα μεταξύ τους. Οι γνωστές ενώσεις περιλαμβάνουν νερό (δύο υδρογόνα ενωμένα σε ένα οξυγόνο) και αλάτι (ένα νάτριο και ένα χλώριο).
Μια επιλογή μορίων (χημικών ενώσεων) συμπεριλαμβανομένου του νερού που βρέθηκε στο Νεφέλωμα του Ωρίωνα που ανιχνεύθηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Herschel. Πίστωση: ESA, HEXOS και η Κοινοπραξία HIFI E. Bergin
Οι αστρονόμοι βρήκαν για 220 ενώσεις ή μόρια στο διάστημα πολλά από αυτά με αδέρφια στη Γη αλλά μερικά εξωγήινα. Δεν χρειάζεται να ψάξουμε πολύ για να τα βρούμε, καθώς μερικά έχουν παραδοθεί ακριβώς στο κατώφλι μας ως βραχώδεις συσκευασίες που ονομάζονται μετεωρίτες. Εδώ είναι μια σύντομη λίστα με νέα ορυκτά που σχηματίστηκαν μέσα σε αστεροειδείς (όπου προέρχονται οι μετεωρίτες) υπό συνθήκες πολύ διαφορετικές από αυτές που βρέθηκαν στη Γη:
* Barringerite – μεταλλική ένωση από σίδηρο, νικέλιο και φώσφορο
* Oldhamite – καφέ ορυκτό από ασβέστιο, μαγνήσιο και θείο
* Kosmochlor – πράσινο ορυκτό που περιέχει ασβέστιο, χρώμιο, πυρίτιο και οξυγόνο
Τι θα λέγατε για νέα πράγματα σε πλανήτες και κομήτες; Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ενώσεις στις ατμόσφαιρες των γιγάντιων πλανητών Δία, Κρόνος, Ουρανός και Ποσειδώνας όπως σιλάνιο (πυρίτιο-υδρογόνο), αρσίνη (αρσενικό-υδρογόνο) και φωσφίνη (φώσφορο-υδρογόνο) που δεν υπάρχουν φυσικά στη Γη. Οι άνθρωποι δημιούργησαν και τα τρία στο εργαστήριο και τα χρησιμοποίησαν καλά σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής ημιαγωγών.
Το ήλιο, το αέριο που επιπλέει τα μπαλόνια μας, ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στο φάσμα του ήλιου από τον Γάλλο αστρονόμο Pierre Janssen κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης το 1868. Οι επιστήμονες το βρήκαν τελικά στη Γη το 1895. Κάντε κλικ για να μάθετε την ιστορία του ηλίου. Πίστωση: Bob King
Και μετά υπάρχει Brownleeite , ένα πυριτοκτόνο μαγγανίου που βρέθηκε το 2003 σε ένα σωματίδιο σκόνης που χύθηκε από τον κομήτη 26P/Grigg-Skjellerup. Προχωρώντας πέρα από το ηλιακό σύστημα, οι αστρονόμοι βλέπουν ασυνήθιστα μακράς αλύσου μόρια άνθρακα στο διάστημα που δεν μπορούσαν να δημιουργηθούν στη Γη επειδή το οξυγόνο θα τα χώριζε. Το διάστημα είναι το ασφαλές τους καταφύγιο.
Έτσι, η Γη είναι η τοποθεσία στο Σύμπαν όπου θα βρείτε περισσότερα εξωτικά στοιχεία από οπουδήποτε αλλού. Χάρη στην ανθρώπινη δραστηριότητα και τα περίπλοκα μόρια που τυλίγονται μαζί για να σχηματίσουν ζωή, η Γη είναι το πιο εξωτικό μέρος στο σύμπαν.
