Διαστημική σκόνη:Από τι πραγματικά αποτελείται (και γιατί δεν είναι σαν τη σκόνη της γης)

Σε αυτήν την εικόνα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble της NASA/ESA είναι ένας φακοειδούς γαλαξίας που ονομάζεται NGC 4753 comicsic inststruct.

Εδώ στη Γη, η σκόνη είναι μια συλλογή μικρών σωματιδίων που προέρχονται από γεωλογικές πηγές, όπως πέτρες, καθώς και άλλα υλικά όπως γύρη, βρωμιά, βακτήρια ή ρύπους. Στο διάστημα, η σκόνη δεν θα αποτελείται από γύρη ή βακτήρια. Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι υπέθεταν ότι η διαστημική σκόνη ήταν μια αραιή συλλογή από κηλίδες βράχου και άνθρακα, όπως μικροσκοπικές μπάλες μπιλιάρδου. Είναι μια απλή ιδέα και σύμφωνα με μια νέα μελέτη, μάλλον είναι λάθος.

Η κοσμική σκόνη, αποδεικνύεται, δεν είναι φτιαγμένη από μικροσκοπικούς βράχους. Είναι χνούδι.

Μια ολοκληρωμένη ανάλυση δεδομένων από διαστημικές αποστολές, προηγμένες προσομοιώσεις υπολογιστή και καινοτόμα εργαστηριακά πειράματα υποστηρίζει ότι τα αρχέγονα σωματίδια σκόνης είναι πορώδη, πολύπλοκα και φράκταλ, μοιάζοντας περισσότερο με λεπτές νιφάδες χιονιού παρά με συμπαγείς κόκκους.

Dusty Secrets

Η κοσμική σκόνη κάποτε ήταν καθαρά ενοχλητική για τους αστρονόμους, ένα εμπόδιο που έκρυβε μερικά από τα αντικείμενα που ήθελαν να παρατηρήσουν. Όταν ξεκίνησε η υπέρυθρη αστρονομία και χρησιμοποιήθηκαν περισσότερα μήκη κύματος, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι η σκόνη μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη. Ανακάλυψαν ότι η ενεργειακή σκόνη που απορροφάται από το φως των αστεριών απελευθερώνεται ως μια αμυδρή λάμψη στα υπέρυθρα μήκη κύματος. Αυτή η εκπομπή αποδείχθηκε ότι ήταν ένα ισχυρό εργαλείο, επιτρέποντας στους αστρονόμους να εντοπίσουν τη συνολική μάζα τόσο του αερίου όσο και της σκόνης μέσα στα πυκνά, σκοτεινά σύννεφα όπου γεννιούνται νέα αστέρια και πλανήτες.

Αλλά η χρησιμότητά του υπερβαίνει κατά πολύ το να είναι ένας απλός ιχνηλάτης. Οι επιστήμονες καταλαβαίνουν τώρα ότι αυτή η σκόνη είναι ένα από τα πιο κρίσιμα συστατικά στον κόσμο. Η κοσμική σκόνη είναι κάτι περισσότερο από τυχαίο τρίξιμο. Αυτοί οι κόκκοι είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των βραχωδών πλανητών, οι πυρήνες των γιγάντων αερίων και μικρότερων σωμάτων όπως οι κομήτες και οι αστεροειδείς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η σκόνη επιταχύνει ακόμη και αυτές τις διαδικασίες, λειτουργώντας ως καταλύτης.

Αυτή είναι μια εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης  ενός διαπλανητικού σωματιδίου σκόνης. Πιστώσεις εικόνας:Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον/Σιάτλ.

Αλλά όπως αποδεικνύεται, έχουμε ακόμα πολλά να μάθουμε για την κοσμική σκόνη.

Η υπόθεση για την πορώδη σκόνη δεν βασίζεται σε μία μόνο ανακάλυψη, αλλά σε ένα ίχνος ενδείξεων που συγκεντρώθηκαν από όλο το ηλιακό σύστημα και βαθιά στο διάστημα. Η πρώτη και πιο συναρπαστική ένδειξη είναι η σκόνη που μπορούμε πραγματικά να αγγίξουμε. Τα τελευταία δύο χρόνια, με την αποστολή Stardust και την αποστολή Rosetta, οι ερευνητές είχαν πρόσβαση σε δείγματα αρχέγονης σκόνης. Αυτά τα δείγματα έδειξαν πολύ διαφορετικούς τύπους κόκκων, πολλοί από τους οποίους ήταν "αφράτα αδρανή":πορώδεις, χαμηλής πυκνότητας συστάδες σωματιδίων.

Ξεχωριστά, οι επιστήμονες κατάφεραν επίσης να αναδημιουργήσουν τη γέννηση της σκόνης στα εργαστήριά τους. Σε περίπλοκους θαλάμους κενού, χρησιμοποιούν λέιζερ υψηλής ισχύος για την εξάτμιση στόχων γραφίτη ή υλικών με βάση το πυρίτιο, μιμούμενοι τις εκροές των αστεριών που πεθαίνουν όπου γεννιέται σκόνη. Καθώς τα εξατμισμένα άτομα ψύχονται και συμπυκνώνονται σε ένα αέριο χαμηλής πίεσης, δεν σχηματίζουν συμπαγείς μικρές σφαίρες. Αντίθετα, σχηματίζουν πρώτα σπόρους μεγέθους νανομέτρων, οι οποίοι στη συνέχεια συγκρούονται και κολλάνε, μετατρέποντας σε πορώδη, τυχαίου σχήματος συσσωματώματα με έως και 90% κενό χώρο - ένα σχεδόν τέλειο ταίρι για τα χνουδωτά σωματίδια που βρίσκονται στους κομήτες.

Γιατί αυτό έχει σημασία

Ο Δρ Alexey Potapov από το Πανεπιστήμιο Friedrich Schiller Jena, ο κύριος συγγραφέας της κριτικής, εξηγεί:

"Εάν αυτοί οι κόκκοι είναι πορώδεις, αυτό σημαίνει ότι έχουν πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια από ό,τι πιστεύαμε. Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα μόρια στο διάστημα."

Κοσμική σκόνη του Νεφελώματος Horsehead όπως αποκαλύφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Πιστώσεις εικόνας:NASA.

Αρκετά κοσμικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται σήμερα περιλαμβάνουν κοσμική σκόνη. Ο σχηματισμός πολλών μορίων, συμπεριλαμβανομένου του μοριακού υδρογόνου, πιστεύεται ότι συνδέεται με την κοσμική σκόνη. Ορισμένα μοντέλα προτείνουν ακόμη και οι ίδιες οι επιφάνειες των κόκκων, με τις ασυνήθιστες ατομικές τους διατάξεις, θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως ισχυροί καταλύτες, οδηγώντας ενεργά τον σχηματισμό πολύπλοκων οργανικών μορίων που απαιτούνται για τη σπορά της ζωής. Εάν η σκόνη είναι πιο πορώδης από ό,τι πιστεύαμε, αυτά τα μοντέλα θα μπορούσαν να λεπτύνουν.

Δεύτερον, αυτό το χνουδωτό θα μπορούσε να λύσει έναν σημαντικό πονοκέφαλο στη θεωρία σχηματισμού πλανητών:πώς να ξεκινήσετε τα πράγματα. Για να αναπτυχθούν οι πλανήτες, οι μικροσκοπικοί κόκκοι σκόνης πρέπει να κολλήσουν μεταξύ τους όταν συγκρούονται. Για δεκαετίες, τα μοντέλα προσπαθούσαν να εξηγήσουν πόσο συμπαγείς, βραχώδεις κόκκοι μπορούσαν να το κάνουν αυτό χωρίς απλώς να αναπηδούν ο ένας από τον άλλο ή να θρυμματίζονται. Όμως τα εργαστηριακά πειράματα και οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι τα χνουδωτά, πορώδη αδρανή είναι πολύ πιο κολλώδη. Οι ανοιχτές δομές τους μπορούν να παραμορφωθούν και να αλληλεπιδράσουν κατά την πρόσκρουση, διαχέοντας την ενέργεια της σύγκρουσης και καθιστώντας πολύ πιο πιθανό να συγχωνευθούν αντί να διασπαστούν. Αυτό θα πρόσφερε μια πολύ καλύτερη εξήγηση για το πώς οι πλανήτες μπορούν να αρχίσουν να αναπτύσσονται στις πρώιμες φάσεις τους.

Ο καθηγητής Martin McCoustra, από τη Σχολή Μηχανικών και Φυσικών Επιστημών του Heriot-Watt, εξήγησε, «Οι σπογγώδεις κόκκοι θα μπορούσαν να καταστραφούν πιο εύκολα από κραδασμούς και ακτινοβολία καθώς ταξιδεύουν στο διαστρικό διάστημα».

Αλλά ίσως η πιο σημαντική συνέπεια είναι για το νερό.

Μπορεί το νερό της Γης να προέρχεται από τη σκόνη;

Η Γη σχηματίστηκε μέσα στη «χιονογραμμή» του ηλιακού μας συστήματος, την περιοχή όπου ήταν πολύ ζεστό για να παγώσει το νερό σε συμπαγή πάγο. Η σκόνη εδώ θα έπρεπε να έχει στεγνώσει στα κόκαλα. Λοιπόν, από πού προήλθαν οι ωκεανοί μας; Η κύρια θεωρία ήταν εδώ και πολύ καιρό ότι η Γη γεννήθηκε στεγνή και ότι το νερό της μεταφέρθηκε πολύ αργότερα από ένα καταιγισμό παγωμένων κομητών και αστεροειδών που πέταξαν από το εξωτερικό ηλιακό σύστημα.

Η πορώδης κοσμική σκόνη προσφέρει μια εναλλακτική λύση.

Οι πορώδεις πυριτικοί κόκκοι δρουν σαν ισχυρά αποξηραντικά, ικανά να παγιδεύουν μόρια νερού μέσα στις περίπλοκες δομές τους. Αυτά τα μόρια νερού δεσμεύονται τόσο έντονα που μπορούν να παραμείνουν κλειδωμένα στον κόκκο της σκόνης ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό σημαίνει ότι οι κόκκοι σκόνης στην καυτή, εσωτερική περιοχή του ηλιακού νεφελώματος δεν ήταν τελικά ξηροί. Ήταν σφουγγάρια, που έφεραν μια κρυμμένη δεξαμενή νερού.

Η Γη θα μπορούσε να είχε κατασκευαστεί από αυτή την πλούσια σε νερό σκόνη από την αρχή. Ίσως, η Γη κληρονόμησε τους ωκεανούς της όχι από έναν τυχαίο ουράνιο βομβαρδισμό, αλλά από τον ίδιο τον ιστό του σχηματισμού της. Η πρόσφατη ανάλυση των παρατηρήσεων του JWST έχει ήδη παράσχει δελεαστικά στοιχεία για παγιδευμένο νερό μέσα στη γραμμή χιονιού ενός μακρινού δίσκου που σχηματίζει πλανήτες. Εάν αυτό ισχύει, υποδηλώνει ότι βραχώδεις πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη στον γαλαξία μπορεί να γεννηθούν με το δικό τους νερό, καθιστώντας τους δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους πολύ πιο συνηθισμένους από ό,τι πιστεύαμε ποτέ.

Όλα αυτά είναι λίγο εικασιακά. Δεν ξέρουμε αν αυτό συνέβη πράγματι. Αλλά αυτή είναι μια από τις ενδιαφέρουσες δυνατότητες που ανοίγονται από τη νέα κατανόηση της κοσμικής σκόνης. Αυτό το χνουδωτό υλικό που μοιάζει με σφουγγάρι μπορεί απλώς να περιέχει μερικές βασικές ενδείξεις για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες και πώς σπόροι τους με νερό.