นักวิทยาศาสตร์ศึกษาอินทรีย์เคมีในอุกกาบาตอย่างละเอียด เผยโครงสร้างโมเลกุลคาร์บอนนับหมื่นชนิด

นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาสารอินทรีย์เคมีที่ถูกเก็บรักษาไว้ในอุกกาบาตสองดวงอย่างละเอียดเป็นพิเศษ เผยให้เห็นโมเลกุลคาร์บอนนับหมื่นชนิด พร้อมทั้งแสดงภาพโครงสร้างของโมเลกุลแต่ละตัวเป็นครั้งแรก การวิจัยครั้งนี้รวบรวมนักวิทยาศาสตร์จาก National High Magnetic Field Laboratory (MagLab), Florida State University และ Brookhaven National Laboratory ทีมวิจัยใช้เครื่อง mass spectrometer ความละเอียดสูงพิเศษของ MagLab และกล้องจุลทรรศน์ระดับอะตอมของ Brookhaven ตรวจสอบตัวอย่างอุกกาบาต Murchison meteorite ที่ตกในออสเตรเลียเมื่อปี 1969 และอุกกาบาต Aguas Zarcas meteorite ที่ตกในคอสตาริกาเมื่อปี 2019

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน The Planetary Science Journal

อุกกาบาตในฐานะแคปซูลเคมีแห่งกาลเวลา

อุกกาบาตทำหน้าที่เสมือนแคปซูลเคมีแห่งกาลเวลา เก็บรักษาวัสดุจากยุคก่อกำเนิดระบบสุริยะ อุกกาบาต Murchison มีคุณค่าอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นคาร์บอนเซียสคอนไดรต์ที่อุดมไปด้วยสารอินทรีย์ และได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางนับตั้งแต่ตกลงมา การวิเคราะห์ครั้งใหม่ใช้เครื่อง 21Tesla Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FT-ICR) mass spectrometer ของ MagLab ซึ่งสามารถแยกแยะสารประกอบจำนวนมากในส่วนผสมที่ซับซ้อนสูง ทีมวิจัยทำการละลายเศษอุกกาบาตขนาดเล็กด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ก่อนการวิเคราะห์ เทคนิคนี้เผยให้เห็นองค์ประกอบของโมเลกุลคาร์บอนนับหมื่นชนิดในอุกกาบาตแต่ละดวง

ตัวเลขนี้ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์ระบุโครงสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันโดยสมบูรณ์ได้นับหมื่นชนิด การวิเคราะห์ด้วย mass spectrometer เผยเป็นหลักถึงสูตรโมเลกุลที่มีอยู่ ซึ่งโครงสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันอาจมีสูตรโมเลกุลเดียวกันได้

Percy Zahl นักวิทยาศาสตร์จาก Brookhaven ใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมแบบไม่สัมผัสความละเอียดสูงตรวจสอบโมเลกุลแต่ละตัวในวัสดุอุกกาบาต เทคนิคนี้ใช้หัววัดที่มีความแหลมคมมากเลื่อน hover อยู่เหนือพื้นผิว กล้องจุลทรรศน์จะไม่สัมผัสโมเลกุลทางกายภาพ แต่วัดแรงโต้ตอบระหว่างหัววัดกับวัสดุเพื่อสร้างภาพโครงสร้าง การรู้องค์ประกอบธาตุของโมเลกุลไม่ได้เปิดเผยโดยจำเป็นว่าอะตอมเชื่อมต่อกันอย่างไร การจัดเรียงที่แตกต่างกันอาจให้โมเลกุลที่มีสูตรเคมีเดียวกันแต่โครงสร้างต่างกัน นักวิจัยระบุว่า การสร้างภาพโมเลกุลแต่ละตัวสำเร็จในส่วนผสมที่ซับซ้อนเช่นนี้อาจต้องใช้ความพยายามอย่างหนักตั้งแต่ไม่กี่วันจนถึงหลายเดือน

ทีมวิจัยระบุว่า นี่เป็นการรายงานครั้งที่สามถึงการใช้กล้องจุลทรรศน์ประเภทนี้กับวัสดุอุกกาบาต

ลักษณะทางเคมีของอุกกาบาตที่แตกต่างกัน

การผสมผสานนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้มุมมองที่เสริมกันสองแบบอย่างมีประสิทธิภาพ โดย mass spectrometer ให้ภาพรวมคลังสารเคมี ในขณะที่กล้องจุลทรรศน์สามารถเปิดเผยโครงสร้างของโมเลกุลที่เลือก การเปรียบเทียบระหว่าง Murchison กับ Aguas Zarcas ให้ผลสำคัญอีกประการหนึ่ง แม้อุกกาบาตทั้งสองจะจัดอยู่ในประเภทเดียวกันคืออุกกาบาตที่อุดมด้วยคาร์บอน และมีลักษณะภายนอกคล้ายคลึงกัน แต่ลายนิ้วมือโมเลกุลของทั้งสองกลับแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ มีเพียงส่วนที่ค่อนข้างเล็กขององค์ประกอบโมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งทับซ้อนกัน สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่า ดาวเคราะห์แคระต้นกำเนิดของวัสดุเหล่านี้เคยผ่านสภาพแวดล้อมทางเคมีที่แตกต่างกันในระหว่างการก่อตัวและวิวัฒนาการต่อมา ผลลัพธ์นี้เพิ่มหลักฐานที่ว่าระบบสุริยะยุคแรกไม่ได้มีความสม่ำเสมอทางเคมี

ดาวเคราะห์แคระอาจเผชิญกับการรวมกันที่แตกต่างกันของความร้อน การเปลี่ยนแปลง ปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำ และกระบวนการอื่น ๆ ทิ้งลักษณะทางเคมีเฉพาะตัว ซึ่งท้ายที่สุดถูกส่งมายังโลก ตัว Murchison เองมีอายุเก่าแก่เป็นพิเศษ นักวิจัยอธิบายว่ามีประวัติอย่างน้อย 5.5 พันล้านปี ทำให้เก่าแก่กว่าโลก และเปิดหน้าต่างสู่วัสดุก่อนการก่อตัวของดาวเคราะห์ของเรา

การค้นพบนี้ไม่ได้แสดงว่าชีวิต หรือแม้แต่ตัวก่อต้นของชีวิตโดยตรง มาจากอุกกาบาตเหล่านี้ ในทางตรงกันข้าม มันแสดงให้เห็นถึงความอุดมทางเคมีของสสารนอกโลก สารประกอบอินทรีย์มีอยู่อย่างแพร่หลายในอุกกาบาต และอุกกาบาตบางดวงยังคงรักษาวัสดุที่มีอยู่ก่อนหรือระหว่างขั้นตอนแรกสุดของการก่อตัวระบบสุริยะ อุกกาบาต Murchison เคยให้หลักฐานของอนุภาคก่อนดวงอาทิตย์มาก่อน ซึ่งเป็นวัสดุขนาดเล็กที่กำเนิดก่อนดวงอาทิตย์และยังคงอยู่รอดภายในอุกกาบาต Field Museum ในชิคาโก ซึ่งครอบครองอุกกาบาต Murchison ส่วนใหญ่ อธิบายว่าเป็นหนึ่งในคาร์บอนเซียสคอนไดรต์ที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุด

งานใหม่นี้ผลักดันการสืบสวนไปในทิศทางที่แม่นยำยิ่งขึ้น จากเดิมที่เพียงถามว่าธาตุและโมเลกุลใดรอดอยู่ มาสู่การเริ่มระบุลักษณะที่แท้จริงของโมเลกุลนอกโลกแต่ละตัว การผสมผสานระหว่างการทำแผนที่เคมีกับการสร้างภาพโมเลกุลนี้ อาจช่วยให้นักวิจัยมีภาพที่ละเอียดยิ่งขึ้นของคลังสารอินทรีย์ในระบบสุริยะยุคแรก และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสภาวะเริ่มต้นทางเคมีของการกำเนิดดาวเคราะห์และท้ายที่สุดคือชีวิตได้ดียิ่งขึ้น

ข้อมูลเชิงลึกจากการศึกษาอุกกาบาตต่อระบบสุริยะยุคแรก

การศึกษาอุกกาบาตมอบข้อมูลเชิงลึกอันล้ำค่าเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมทางเคมีในยุคแรกของระบบสุริยะ ลักษณะเฉพาะของอุกกาบาต Murchison แสดงให้เห็นว่า อุกกาบาตไม่เพียงแต่รักษาวัสดุจากยุคก่อกำเนิดเท่านั้น แต่ยังสะท้อนกระบวนการวิวัฒนาการทางเคมีของดาวเคราะห์แคระที่แตกต่างกัน การค้นพบเหล่านี้เน้นย้ำถึงความหลากหลายทางเคมีของระบบสุริยะยุคแรก และมอบเบาะแสสำคัญต่อการทำความเข้าใจสภาวะที่นำไปสู่กำเนิดชีวิต สารประกอบอินทรีย์ในอุกกาบาตอาจเป็นตัวก่อต้นของชีวิต ซึ่งผลักดันการสำรวจการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตนอกโลกให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้น