درب التبانة )أو »الطريق اللبني«( هي مجرة حلزونية الشكل وهي اسم المجرة التي تنتمي إليها الشمس، والأرض، وبقية المجموعة الشمسية. تشتمل مجرة درب التبانة على مئات البلايين من النجوم، وتنتشر سحابات هائلة من ذرات التراب والغازات في شتى أطراف المجرة. في النجوم تتكون العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم عن طريق اندماجها النووي وتتكون العناصر منها الليثيوم والكربون والنيتروجين والأكسجين والصوديوم و الحديد. ضاء ف الكيمياء و ال

الفهرس الكيمياء مستقبلنا 1 قصة الكيمياء الفلكية. 2 مسألة حياة. 3 اجهزة كيميائيون الفلك. 4 التراكيب الكيميائية الكواكب. 5 تجارب كيميائية فلكية. 7 النجم النيتروني. 9 هل تعلم؟ 10 مراجع. 11

الكيمياء ؛ مستقبلنا.... المستقبل... كم هي فكرة حالمة؟ منذ قرون، يغوص البشر في الخيال فيرون األعاجيب والمعجزات وقد أصبحت حقيقة في المستقبل. لقد قرأناجميًعا الكتب، كما شاهدنا األفالم السينمائية التي تصور بشر المستقبل وهم يرتدون مالبس براقة غير تقليدية، ويعيشون في مدن طافية،ويحلقون بمركباتهم من مكان إلى آخر. كما رأينا في تلك الكتب واألفالم بشر المستقبل وهم يتنقلون في الفضاء ما بين الكواكب والمجرات بمنتهى البساطة التي نسافر بها اليوم من قارة إلى أخرى. ولكن، ألم تكن فكرة السفر جوا ما بين القارات األخرى رؤية مستقبلية في وقت من األوقات؟ فهل هذا يعني أنه في أحد األيام سيكون السفر في الفضاء أمرا عاديا؟ من يعلم ؟ ولكن، هل هذا الحلم هو األكثر أهمية اآلن؟ إن استكشاف الفضاء في حد ذاته هو كنز ال يفنى من المعرفة التي تطلعنا علىأسرار ذلك الكون الذي نقطنه وكيفية تطوره. وما قد يكون أكثر أهمية من ذلك هو أنه السبيل إلى استكشاف كواكب مشابهة لألرض؛ حيثيمكن ألمثال البشر الحياة، وهو بمثابة خطة بديلة إذا ما فشلت مساعينا في إنقاذ كوكبنا العليل. ولكن، ماذا عن الخطة الرئيسية؟ ماذا عنإنقاذ األرض، موطننا الوحيد على حد علمنا؟ الواقع أن األرض وقاطنيها يجابهون بالفعل تحديات شديدة الخطورة حيويا. ومن المفجع أن بعض أكثر تلك المخاطر بشاعة هي تلك الناجمة عن عمليات البحث واالستكشافات التي يقوم بها اإلنسان. فمن المشين حقا أن الكثير من روائع االكتشافات العلمية التي في األغلب ماحسنت من نوعية الحياة التي نعيشها قد تم استغاللها بطمع وعنف شديدين؛ فكانت ضريبة ذلك أنه تم استنزاف الكوكب وأصبح قاطنوها جميًعا في خطر محدق. اليوم، نجابه تحديات عميقة تتزايد مع الكثافة السكانية المتفجرة والتي تلتهم موارد الكوكب ومعها فرصه في المستقبل. وبالتبعية، فإننا نواجه تحديات حيوية لتأمين الهواء النظيف، والماء اآلمن، والغذاء الصحي، والدواء الشافي، والطاقة المستدامة والمنتجات صديقة البيئة وكذلك المواد المتطورة. وعلى الرغم من التقدم المتزايد الذي يشهده البشر مؤخرا فإن الكوارث المدمرة التي تلحق بأجزاء العالم المختلفة مؤخرا هي أي ًضا في تزايد. لقد حان الوقت أن نوجه كل طاقتنا اإلبداعية والعبقرية إلى خلق مستقبل ليس حالما فحسب بل مستقبل ملموس االستدامة ألجيال قادمة واآلن أكثر من أي وقت مضى، أن ُتكّرس ترسانة مواردنا من أجل معركة المستقبل وما من سالح أكثر قوة من ذلك العلم الساحر الذي نطلق عليه اسم الكيمياء. والكيمياء سالح ذو حدين، إال أنها متأصلة في كل أوجه حياتنا وكل ما يحيط بنا. واألهم من ذلك أن لها من القدرة الكامنة ما يكفي، إذا ما استخدمت بشكل سليم، أن تنفث الهواء النقي في رئاتنا، وأن تسقي الظمأى، وأن تطعم الجوعى، وأن تشفي المرضى، وأن تنقذ حياة البشر، وأن تمد العالم بالطاقة التي يحتاج إليها ألجيال وأجيال. لقد وصلنا إلى المحك؛ فلم يعد هناك وقت لنضيعه في األحالم الهائمة. اآلن هو وقت األحالم التي تغير من الحياة إلى األفضل ليس شكال، بل موضو ًعا. 1

ا فتصارع وتقوم بسحق أما النجوم الأكبر حج ًم الكربون لتكون عناصر ستة أخرى تصل إلى المغنسيوم، الأمر الذي يساعدها على الاستمرار لبضع مئات من السنين أكثر. وتنتهي بعض النجوم عند ذلك، إلا أن النجوم الأكبر والأسخن تقوم بحرق تلكالعناصر أيضا لملايين أخرى من السنين. ما هذا إلا تطور العناصر وآخر مراحل التطور الطبيعي للنجوم هو الحديد؛ وذلك لأن صهر الحديد يستهلك الطاقة بدلا من إنتاجها. وتنتج العناصر الأثقل من الحديد في صورتها من خلال انفجارات كونية "صغيرة". فبعد حرق عناصركالمغنسيوم والسليكون تنصهر النجوم الضخمة إلى لب من الحديد، وذلك في حوالي يوم أرضي واحد فجأة تفتقر تلك النجوم إلى الطاقة التي تحتاج إليها لتبقي على حجمها الضخم فتنهار تحت تأثير جاذبيتها الهائلة فتسحق حتى البروتونات والإلكترونات في لبها لتشكل نيترونات حتى لايبقى سواها وارتدادا من هذا الانهيار تنفجر النجوم فتتمدد النجوم المتفجرة المعروفة بالسوبرنوفا لملايين الأميال وتسطع أكثر من بلايين النجوم لمدة شهر. في أثناء ذلك تتصادم بلايين وبلايين من الجزيئات مرات ومرات في الثانية الواحدة منتجة عناصر جديدة، فتنطلق من تلك العاصفة الجزيئيةكل التركيبات الطبيعية من العناصر والنظائر الفيزيائية صناعة النجوم الكيمياء الفلكية المجال الذي يجمع ما بين الفلك والكيمياء؛ فهي دراسة طبيعة وسلوك وتاريخ الجزيئات والمواد بالبيئات الفلكية المختلفة والاداة الاكثر أهمية في هذا المجال البحثي هي التحليل الطيفي، وهو استخدام التليسكوبات لقياس امتصاص وانبعاث الضوء من الجزيئات والذرات في البيئات المختلفة. ويمكن استنباط مدى توافر العناصر وتركيباتها الكيميائية ودرجات حرارتها من الرصد الفلكي ثم مقارنتها بالقياسات المعملية. كان الفكر العام السائد بالعلم لقرون هو أن العناصر لا تنتج من أي مصدر بل إن عمرها من عمر الكون، فلا يمكن خلقها أو تدميرها. ولكن بحلول عام 1939 ،أثبت العلماء أن الشمس وغيرها من النجوم تقوم بتسخين نفسها بدمج جزيئات الهيدروجين لتكوين الهليوم، وهي عملية ينتج عنها كم هائل من الطاقة بالمقارنة مع حجم الذرات الدقيق. وبتقدم التليسكوبات أثبتت المعلومات أن معظم النجوم الشابة تحتوي علىالهيدروجين والهليوم بينما تعج النجوم الأكثر تقدما في العمر العناصر، ففي سبيل الحفاظ على حرارتها العالية تقوم النجوم التي تفتقر إلىالهيدروجين بحرق ودمج الهليوم داخل قلبها وسريعا ما تتراكم داخل النجوم كميات من الليثيوم والبورون والبريليوم وبالأخص الكربون. إلا أنحرق الهليوم يطلق طاقة أقل من حرق الهيدروجين فينفذ مخزون النجوم من الهليوم في بضع مئات من ملايين السنين عند هذه المرحلة تموتالنجوم الصغيرة منتجة كتلًا من الكربون الذائب تعرف بالأقزام البيضاء وصواًل الى االرض منذ ٦,٤ بلايين عام أصدر نجم منفجر "سوبرنوفا" انفجارا صوتيا مدويا اخترق سحابة مسطحة من الغبار الكوني عرضها حوالي خمسة عشر بليون ميل هي بقايا نجمين سابقين على الأقل؛ ثم اندمل المركز المكثف لتلك السحابة مشكلا الشمس، وبدأت الأجسام الكوكبية التجمع والتشكل. وقد تشكلت الكواكب الأكبر والأكثر إثارة، وهي الكواكب الغازية عندما نفتت رياح نجمية العناصر الأخف إلى الخارج في اتجاه الحافة. الأكبر والأكثر غازية من بين هذه في الكواكب العملاقة هو المشتري، والذي يعتبر معسكرا هائلا للعناصر التي لأسباب عديدة ومتنوعة - تتواجد في أشكال لا يمكن حتى تخيلها على الأرض. إذا تشكلت الكواكب الغازية العملاقة أولًا عندما بدأ النظام الشمسي في التكوين وكان ذلك في غضون حوالي مليون عام؛ بينما تجمعت العناصر الأثقل في حزام سماوي يتمركز تقريبا على مدار الأرض وقد ظل ذلك الحزام مستقرا لملايين الأعوام. وأخيرا، عندما بدأت الأرض وجيرانها في التشكل في صورتهم الكوكبية الذائبة، اختلطت تلك العناصر بصورة شبه منتظمة بداخل الكواكب بينما غاص الحديد إلى لب كل كوكب. وعندما بردت الأرض وتصلبت بما يكفي لإيقاف عملية الخلط انتشرت تجمعات العناصر على مسافات متباعدة بما يكفي حتى لا تحتكر أية دولة أيا من تلك العناصر إلا في بعض الحالات القليلة والشهيرة. قد يتساءل العقلاء كيف للعلماء الإلمام بكيفية تشكل الأرض. وفي الواقع، فقد قام العلماء بتحليل كميات ومواقع العناصر الشائعة والنادرة في سطح الأرض ليستدلوا إلى كيفية وصولها إلى أماكنها تلك. فعلى سبيل المثال، ساعدت عناصر الألومنيوم واليورانيوم الشائعة في تحديد تاريخ ميلاد الأرض، وذلك من خلال سلسلة من التجارب الشديدة الدقة التي قام بها الطالب كلير باترسون في شيكاجو في الخمسينيات من القرن العشرين ا بقايا النيازك مستخدًم 2

مسألة حياة لعقود مضت اختلف العلماء عما إذا كانت جزيئات الحياة قد وجدت في أعماق الفضاء أم أنها قد تطورت أثناء الانفجارات البركانية العنيفة والعواصف البرقية التي اجتاحت الأرض الشابة. ففكرة أن تكون الحياة البدائية قد غرست في الأرض من جراء اصطدام مذنب أو نيزك بها هي فكرة مثيرة للجدل؛ إلا أنه منذ أن اقترحت الفكرة منذ أكثر من أربعين عاما قد تم بالفعل اكتشاف جزيئات عضوية أكثر تعقيدا في الفضاء. وقد تم أول اكتشاف للأحماض الأمينية، والتي هي لبنات الحياة، في عام ١٩٩٤ ،وذلك عندما عثر العلماء على الجليسين في أحد النيازك. واكتشاف أحماض أمينية في النيازك يشير إلى أن هناك أكثر من طريقة لتكونها في الفضاء الأمر الذي يزيد من فرص وجود حياة في مكان آخر بالكون. إن اكتشاف الجليسين، وهو أبسط الأحماض الأمينية العشرين، هو الخطوة الأولى في تحديد الصلة الحاسمة بين الأحماض الأمينية في الفضاء وظهور الحياة في النظام الشمسي، أو في أي مكان آخر في المجرة. والأطياف الجزيئية التي يمكن رؤيتها في السحب الغازية بين النجمية تتطابق بشدة مع تلك الموجودة في المذنبات والنيازك وبمقارنتها ا لعلماء الفلك أو يمكن نظرًي علماء أحياء الفضاء اقتفاء أثر أصل الكيمياء المبكرة للأرض إلى السحابة الغازية التي تكونت منها. قد تكون بعض الأحماض الأمينية الراسخة في النيازك والصخور القمرية قد تكونت أولا في الفضاء بين النجمي ثم تجمدت في النيازك التي قصفت الأرض في تاريخها المبكر. وعلى أمل الكشف عن المزيد من الأدلة يبحث علماء الفلك عن الأحماض الأمينية في الغاز الجزيئي البارد الموجود في بعض المناطق من مجرتنا درب التبانة. سديم أو سحابة القاعدة أو كارينا )Nebula Carin )هي سحابة كونية عظيمة الاتساع تحوط عدة تجمعات نجمية مفتوحة ويرمز لها طبقا ل الفهرس العام الجديد ب NGC 3372 .وتعتبر سحابة كوكبة القاعدة إلى جانب 93129A HD من أكثر السحب الكونية التي تحتوي على أكبر النجوم وأشدها لمعانا في مجرتنا، مجرة درب التبانة . لوس انجليس )رويترز( - عالم عثر لاول مرة على حمض جلايسين الاميني وهو اللبنة الاساسية لبناء البروتينات على مذنب مما يدعم نظرية ان المكونات الخام للحياة وصلت الى كوكب الارض من الفضاء الخارجي. 3

يون ئ ة كيميا ز اجه لك ف ال أحد الأجزاء الهامة من الكيمياء الفلكية هو المطيافية، حيث تستخدم التلسكوبات لقياس امتصاص وابتعاث الضوء من الذرات والجزيئات في أماكن مختلفة. وبمقارنة الأرصاد الفلكية مع قياسات المختبر ُيمكن للعلماء معرفة التركيب الكيميائي وحرارة الأجرام السماوية والوسط البين نجمي. زة. ُممكن بسبب أن كلًّا من الأيونات والذرات والجزيئات تملك أطيافًا مم ّي وهذا كيف يدرس كيميائيون الفلك الفضاء؟ التحليل الطيفي الفلكي يطلق مصطلح »التحليل الطيفي-Spectroscopy» على دراسة الأطياف الضوئية الناتجة عن إصدار المواد للضوء أو تفاعلها معه. ورغم استخدامه في مختلف العلوم والدراسات، إلا أن دوره في الفلك يكاد يكون ا. فهو أداة رئيسة يعتمد جوهرًي عليها الفلكيون لمعرفة مكونات النجوم والكواكب التي تبعد عنا مليارات السنوات. إنها التقنية التي تحلل الضوء الذي يمر عبر الوسط النجمي ، وكذلك الضوء الذي تنتجه النجوم في ضوء هذا هو تتبع هوية المركبات الموجودة في الوسط التلسكوب الراديوي التلسكوب الراديوي )Radio Telescopes )هو أداة فلكية تتكون من جهاز استقبال لاسلكي ونظام هوائي، ُتستخدم للكشف عن إشعاع التردد الراديوي المنبعث من مصادر خارج الأرض مثل: النجوم والمجرات والأقمار، والتي تمتلك أطوال موجية تتفاوت بين الـ 10 أمتار )30 ميغا هرتز ]MHz )]و 1 مم )300 جيجاهرتز ]GHz،)] ا لأن أطوال الموجات الراديوية ونظ ًر أطول بكثير من موجات الضوء المرئي، كان لا بد لحجم هذه التلسكوبات الراديوية أن يكون كبيرًا جًدا من أجل الوصول إلى دقة التلسكوبات البصرية. مطياف الأشعة تحت الحمراء هو أحد فروع علم الأطياف الذي يتعامل مع المنطقة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. ويشمل مجموعة من التقنيات، وأشهرها مطيافية الامتصاص. وتستعمل هذه المطيافية في تعيين العناصر الكيميائية في المركبات قيد الدراسة. وهي تستخدم بصفة رئيسية في علم الفلك لمعرفة عناصر المواد الموجودة في مناطق معينة من الكون، كما لها استخدامات أخرى في نطاق التحليل الكيميائي. فبواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء يمكم التعرف على، مثلا الميثيلين والتفرقة بين الألكينات والمواد العضوية العطرية . ويمكن الاطلاع على جدول الارتباط لمطيافية الأشعة تحت الحمراء الذي يبين خصائص مواد عديدة يمكنها إصدار وامتصاص أشعة تحت الحمراء تميزها، مثل بصمة الإصبع للإنسان. 4

)%30.1( والأكسجين )%15.1( والسليكون عندما استقر النظام الشمسي على شكله الحالي منذ حوالي 5.4 مليار سنة، تشكلت الأرض عندما سحبت الجاذبية الغاز والغبار الملتف إلى الداخل لتصبح الكوكب الثالث بعيًدا عن الشمس، وكباقي الكواكب فللأرض نواة مركزية وغطاء صخري وقشرة صلبة. تتكون الأرض من أربع طبقات رئيسية، تبدأ بنواة داخلية في مركز الكوكب، يلفها اللب الخارجي والغطاء والقشرة التركيب الكيميائي لبعض الكواكب التكوين الكيميائي لكوكب األرض تزن كتلة كوكب الأرض حوالي ا، 98.5×1024 كيلوغرام تقريًب ويتكون معظمها من الحديد )%32.1( الغلاف الجوي لكوكب الأرض يوجد بالقرب من سطح الكوكب غلاف جوي يتكون من 78 ٪نيتروجين و 21 ٪أكسجين و 1 ٪غازات أخرى مثل الأرجون وثاني أكسيد الكربون والنيون. ويؤثر الغلاف الجوي على مناخ الأرض على المدى الطويل والطقس المحلي قصير المدى ويوفر الحماية من الكثير من الإشعاعات الضارة القادمة من الشمس. كما أنه يوفر الحماية من النيازك التي يحترق معظمها في الغلاف الجوي و ُينظر إليها على أنها نيازك في سماء الليل قبل أن تتمكن من ضرب السطح على شكل نيازك تتكون الارض من 70 ٪من الماء تتكون الارض من 30 ٪من اليابسة وتتنوع فيها العناصر الكيميائية 5

آثار أخرى ظروف السطح الضغط الجوي 1000 مرة درجة حرارة الأرض: تختلف باختلاف العمق. تبلغ سرعة الرياح أكثر من 400 ميل في الساعة في الغلاف الجوي العلوي ، وقد التقطت هذه الصورة لغيوم كوكب المشتري في عام 1979 بواسطة المركبة الفضائية فوييجر 2 القلب المعدني من المحتمل ان يكون قلب المشتري مكون من طبقات من الصخور والمعادن جنبًا إلى جنب مع جليد الميثان الامونيا وجليد الماء المشتري أكبر من الأرض بما يزيد عن إحدى عشر مرة كيمياء بلوتو نواة صخرية من المحتمل أن تكون النواة الصخرية لبلوتو مغطاة بوشاح من الثلج تكسو سطحه طبقة من النايتروجين والميثان المتجمد. اللون الأحمر يعتقد العلماء أن اللون الأحمر لسطح الكوكب ناتج من جزيئات تكونت على سطحه بسبب تأثر غاز الميثان CH. بالأشعة فوق البنفسجية، وقد ارتبطت هذه الجزيئات ببعضها البعض لتصبح أنقل لتنزل بعدها على هيئة مطر إلى سطح | الكوكب وتكسبه اللون الأحمر. المشتري 6

تجربة ثورية تكشف احتمالية بدء كيمياء الحياة في الفضاء العميق أظهر باحثون من مختبر لورنس بيركلي الوطني في الولايات المتحدة كيف يمكن لجزيئي كربون بسيطين نسبيًا أن يّتحدا حول النجوم لتكوين مركبات حلقية تدعى الهيدروكربونات الأروماتية )العطرية( عديدة الحلقات وتعرف اختصارًا بـ PAHs. هي التي تقوم بتلك القفزة من سلاسل بسيطة والتي من الممكن أن نربطها بالأحماض من الهيدروكربونات إلى كتل أكثر تعقيدًا النووية والبروتينات إننا نعلم بالفعل أن الفضاء ممتلٌئ بغبار النجوم، في الواقع إن ما يصل إلى 20 %من الكربون في مجرتنا درب التبانة قد يكون مختزن فيمركبات PAHs .كما أن لديها كل المكونات اللازمة في بناء مواد عضوية أكبر، بما في ذلك الهياكل الكروية ثلاثية الأبعاد مثل كرات البوكي)كرات مغناطيسية تستخدم في بناء أشكال وهياكل مثل مكعبات الليجو( وقال الكيميائي في قسم العلوم الكيميائية في مختبرات بيركلي"هذا شيء حاول الناس قياسه تجريبيًا في تجارب درجات الحرارة العالية لكنهم لم يسبق وأن فعلوها". لاختبار الفكرة ع َّرض الباحثون جذر المادة أحادية حلقات الكربون 1 -إندينيل )1 -indenyl ِّخ نت إلى radical )لجذرالميثيل في بيئة ُس نحو 1150 درجة مئوية. قام جهاز يدعى مطياف زمن الطيران بقياس إطلاق نفاثة خارج المفاعل بسرعة عالية راصدًا شكلًا أساسيًا من PAH ذا عشر ذرات كربونفقط مرتبطة كأزواج من الحلقات معروفة باسم النفثالين وما اظهرته النتائج الاولية كان مدهش فحلقات الكربون اتضح انها تتشكل بمدارات صغيرة مع العناصر الاخرى في الفضاء الى حلقات كبيرة كالتي في كوكب زحل 7

ا النجم النيتروني 8 تش ُّك ل النجوم النيوترونية: تولد هذه الأجسام المثيرة للاهتمام من نجوم هرمة وكبيرة يتراوح حجمها بين 4 إلى 8 مرات من حجم شمسنا وكتلتها1 حوالي 8 إلى 30 مرة من كتلة شمسنا قبل أن تنفجر إلى مستعر أعظم كارثي. بعد أن يسبب الانفجار تطاير الطبقات الخارجية للنجم في الفضاء. تبقى النواة ولكنها لا تستمر طويلًا حتى تولد ا، لكن ذلك الاندماج النووي لا يسبب أي ضغط اندماًجا نووًي نحو الخارج ما يعني عدم وجود قوة لتوازن قوة الجاذبية الدافعة نحو الداخل، ما يؤدي إلى تكاثف النجموانهياره على نفسه. وبسبب الكثافة الشديدة المترافقة مع هذا الانهيار تتحد البروتونات مع الإلكترونات مشكلة النيوترونات لتشكل ما نسميه بالنجوم النيوترونية. يمكن أن تتكون النجوم النيوترونية أيضًا بسبب انهيار قزم أبيض ذو كتلة 4.1 من كتلة الشمس النجوم النيوترونية هي واحدة من بين أكثر الأشياء غرابة وتطرفا وعنفا في الكون، وهي نوى ذرية عملاقة يبلغ قطرها بضعة كيلومترات فقط، ولكنها ثقيلة مثل النجوم، وقد ظهرت إلى الوجود نتيجة لموت نجم مهيب، وفقا لموقع "ساينس أليرت" )ScienceAlert.) النجوم النيوترونية هي أحد النهايات المحتملة للنجوم الضخمة فائقة الكتلة، حينما تنفجر تلك النجوم في شكل مستعر أعظم مخلفة وراءها جسما صغيرا فائق الكثافة، يتم ضغط كل كتلته -التي تصل إلى ضعف كتلة شمسنا- في نجم يبلغ عرضه حوالي 15 كلم، أو بحجم مدينة على كوكب الأرض.

9

هل تعلم؟ 10

11 مراجع كتاب سام كين الملعقةالمتلاشية www.astrobio.net www.daviddarling.info www.universetoday.com archive.ncsa.illinois.edu en.wikiversity.org sciencealert.com /https://arabian-chemistry.com اعداد الطالبة:رنا ماجد الصف: الثاني ثانوي /2