EGZOLUNARYSTYKA III (4) - lód

WIZJA ASTRONOMII PLASTYCZNEJ
LÓD

BUDULEC ŻYCIA W KOSMOSIE – NIEKTÓRE BADANIA

Szczególną rolę w syntezie organicznej odgrywają pierwiastki życia znajdujące się w przestrzeni kosmicznej. Rola gwiazd może być tu szersza.

Obserwacje i teorie astronomów z ostatnich kilkudziesięciu lat wykazały możliwość istnienia różnych prebiotycznych procesów w międzygwiazdowym lodzie. Na przykład w ciemnym obłoku, mgławicy pyłowo-gazowej NGC 1999 w Orionie stwierdzono obecność bardzo dużych zasobów lodu i kilka ciekawych z punktu widzenia bioastronomii zjawisk… Ale po kolei.

Dlaczego ten problem jest taki ważny dla zagadnienia życia? Wiadomo, że lód i woda występują w różnych postaciach, w tym lód w 12 fazach krystalizacji. Zjawiska i procesy związane z lodem i jego istnieniem w kosmosie były stopniowo coraz wnikliwiej badane w ostatnich latach. I tu pojawia się problem amorficznego lodu. Największe problemy były z jego laboratoryjnym uzyskaniem. Nie zachodzi to tak łatwo jak przy krzemionce SiO₂, która w procesie szybkiego schładzania przechodzi w postać szkła amorficznego. W przypadku wody uzyskano to dopiero w 1932 r. w komorze próżniowej na jej ściankach.

W latach siedemdziesiątych problem lodu kosmicznego był przedmiotem doświadczalnych badań i astronomicznych obserwacji. Nie rozumiano jednak niektórych mechanizmów i procesów zachodzących w lodzie, zwłaszcza w kontekście problemu struktur organicznych. Jednak w laboratoriach lód w wielu postaciach poddawano różnym oddziaływaniom, np. naświetlaniu wysokoenergetycznymi elektronami (eksperyment niemiecki Heidego z 1984 r.). Okazało się, że lód przybiera tu postać amorficznej cieczy w temperaturze poniżej ok. 30 K. Podobny efekt łączono z działaniem ultrafioletu na lód międzygwiazdowy w ogóle. Dzięki tym wszystkim doświadczeniom zdobyto pewną wiedzę o lodzie, jego formach, procesach i zjawiskach, często ekstremalnych, zachodzących w nim i wokół niego w kosmosie. Co się więc okazało?

Najogólniej wyróżniamy różne fazy zamrożonego lodu. Do niedawna uważano, że lód w temperaturze poniżej kilkadziesiąt stopni K nie zmienia postaci i faz. Okazało się jednak, że tzw. lód amorficzny w temperaturze 10-65 K zachowuje się jak ciecz o wiązaniach bardzo luźnych tak, że może dać schronienie, a nawet stworzyć złożone, choć o prostej budowie, cząstki organiczne. Podobną, jak się okazało, postać ma tzw. lód amorficzny o małej już gęstości (65-125 K), gdzie podobne jak wyżej cząstki i wiązania wodorowo-tlenowe są tak swobodne, że występuje nieskrępowany przepływ, mobilność i ruch cząstek organicznych, tak że pozwala to tworzyć rozbudowane ich układy. W temperaturze 125 K lód amorficzny przechodzi w stan tzw. lepkiej cieczy. Występuje to np. na powierzchni jąder komet i na powierzchni niektórych lodowych księżyców planet  zewnętrznych. Inną postacią lodu jest lód przyjmujący w temperaturze 135 K (135-200 K) postać tzw. lodu kubicznego, o bardziej związanej strukturze, gdzie przepływ towarzyszących mu cząstek jest utrudniony. Stwierdzono, że jedna trzecia lodu kometarnego ma taką postać. W temperaturze 200-275 K lód ma formę struktury heksagonalnej, gdzie krystaliczna jego faza uniemożliwia ruch drobin i niszczy życie.

Jakie to wszystko ma znaczenie dla teorii życia w kosmosie?

W zewnętrznych rejonach układu planetarnego, gdzie łączą się i gromadzą oraz gromadziły w mgławicy protogwiazdowej w początkach istnienia naszego systemu komety i planetozymale, jest zimno tak, że zachowały się tu życiodajne formy amorficznego lodu. Na podstawie badań i obserwacji warkoczy kometarnych stwierdzono, że przeważająca część lodu komet to lód amorficzny. Pozwala on razem z wyżej wymienionymi obszarami lodu lepkociekłego przechować związki organiczne aż do momentu gdy kometa uderzy w Ziemię i gdy wejdą one w obręb struktur wody ciekłej.

Tak więc rejony peryferyjne prawdopodobnie wchodzące w skład wielu podobnych do naszego układów planetarnych oraz sama przestrzeń międzygwiezdna, zawierają obiekty lodowe, które mogą stać się „wylęgarnią” związków organicznych czy wręcz życia i mają znaczący udział w jego rozprowadzaniu.
Jak powyższe i podobne zjawiska były badane, przedstawię w kolejnej notce.

Powyższy rysunek autora przedstawia powierzchnię, formy życia i przyszłą obecność człowieka na hipotetycznej ziemiopodobnej egzoplanecie (na niebie widoczny jej księżyc) (o śr. półosi orbity 1,3 j.a., obiegającej gwiazdę centralną co 571 dni, mimośrodzie 0,001) w układzie gwiazdy HD 28185 typu G5V, jasności 7,8 mag., odległej o 129 l. ś. (39,6 pc).

    Zamiana ról – hipotetyczna egzoplaneta gwiazdy HD 28185

    Materiały źródłowe:
D.F. Blake, P. Jenniskens, „Życiodajny lód”, „Świat Nauki”, 2001, nr 10.

Tagi: egzoksiężyce, egzolunarystyka