سرعت و زاویه برخورد، احتمال انتقال مولکول‌های حیات توسط دنباله‌دارها را کاهش می‌دهد

چکیده‌ای از یک پرسش کهن

یکی از پرسش‌های بنیادین علم، این است که مولکول‌های سازنده حیات چگونه به زمین رسیدند. فرضیه‌ای قدیمی و پرطرفدار می‌گوید دنباله‌دارها و شهاب‌سنگ‌ها، در دوران جوانی منظومه شمسی، مواد آلی پیچیده‌ای مانند اسیدهای آمینه و پیش‌ماده‌های ژنتیکی را با خود به زمین آوردند. اما یک پژوهش تازه، این روایت را با تردید جدی روبه‌رو کرده است. بر پایه این مطالعه، بیشتر دنباله‌دارها با سرعت و زاویه‌ای چنان تند به جو و سطح زمین برخورد می‌کردند که این مولکول‌های ظریف، در همان لحظه برخورد از بین می‌رفتند.

دنباله‌دار چیست و چه چیزی با خود می‌آورد؟

دنباله‌دارها اجرامی یخی و سنگی هستند که از مناطق دورافتاده منظومه شمسی، مانند کمربند کویپر و ابر اورت، می‌آیند. این اجرام از یخ آب، یخ دی‌اکسید کربن، ترکیبات آلی مانند متانول و اسید هیدروسیانیک، و گرد و غبار سنگی ساخته شده‌اند. بخشی از این ترکیبات آلی، همان مولکول‌هایی هستند که در آزمایشگاه می‌توان از آن‌ها پیش‌ماده‌های حیات را ساخت. همین ویژگی باعث شد که اخترشناسان برای دهه‌ها دنباله‌دارها را به‌عنوان یکی از گزینه‌های اصلی انتقال مواد اولیه حیات به زمین ببینند.

سازوکار برخورد و سرعت خیره‌کننده دنباله‌دارها

کلید فهم این پژوهش، در مفهوم انرژی جنبشی نهفته است. انرژی جنبشی با مجذور سرعت رابطه مستقیم دارد؛ یعنی اگر سرعت جسمی دو برابر شود، انرژی جنبشی آن چهار برابر می‌شود. دنباله‌دارها به دلیل حرکت در مدارهای بسیار کشیده و نزدیک شدن از فواصل دور، با سرعتی در حدود ده‌ها کیلومتر بر ثانیه به زمین نزدیک می‌شوند. این سرعت، بسیار بیشتر از شهاب‌سنگ‌های معمولی است. هنگامی که چنین جرمی وارد جو زمین می‌شود و سپس به سطح برخورد می‌کند، انرژی جنبشی آن به‌طور ناگهانی به گرما، فشار و موج ضربه‌ای تبدیل می‌شود. فشار و دمای حاصل، می‌تواند به میلیون‌ها درجه سلسیوس برسد و هر پیوند شیمیایی آلی را بشکند.

نقش زاویه برخورد

زاویه برخورد، همانند سرعت، سرنوشت مولکول‌ها را تعیین می‌کند. اگر جسمی با زاویه‌ای تند، یعنی نزدیک به عمود، وارد شود، انرژی آن در حجم کوچکی از جو و سطح متمرکز می‌شود. این تمرکز انرژی، موج ضربه‌ای شدیدتری ایجاد می‌کند و احتمال بقای مولکول‌های آلی را به شدت کاهش می‌دهد. در مقابل، برخوردهای مماس و کم‌شیب، ممکن است بخشی از مواد را بدون تخریب کامل آزاد کنند. بر پایه این پژوهش، بیشتر دنباله‌دارها با زاویه‌ای برخورد می‌کنند که برای بقای مولکول‌های حیات نامطلوب است؛ زیرا مدارهایی که دنباله‌دارها را به زمین می‌رسانند، اغلب زاویه‌ای تند و پرانرژی پدید می‌آورند.

یک تشبیه ساده برای درک ماجرا

برای درک این موضوع، یک باران شدید را در نظر بگیرید که بر سطح آب یک استخر می‌بارد. قطرات باران با سرعت زیاد و زاویه‌ای تند فرو می‌روند، اما آب استخر آرام می‌ماند و ساختار آن آسیب نمی‌بیند. حالا فرض کنید بخواهیم یک حباب صابون ظریف را با همین قطره‌ها به داخل استخر بفرستیم؛ حباب در همان لحظه برخورد می‌ترکد. مولکول‌های آلی نیز چنین وضعیتی دارند؛ آن‌ها به‌اندازه کافی پایدار هستند تا در خلأ فضا دوام بیاورند، اما در برابر ضربه‌ای با انرژی چند میلیون برابر، تاب نمی‌آورند. دنباله‌دار، به‌جای قاصدک باد، سنگ آسیابی است که در حین پرواز، گلبرگ‌هایش را می‌سوزاند.

چگونه پژوهشگران این نتیجه را گرفتند؟

پژوهشگران برای رسیدن به این نتیجه، از مدل‌سازی رایانه‌ای و شبیه‌سازی فیزیکی استفاده کرده‌اند. آن‌ها سرعت، زاویه و توزیع انرژی برخوردهای دنباله‌داری را با داده‌های آزمایشگاهی درباره پایداری مولکول‌های آلی در دما و فشار بالا ترکیب کردند. سپس بررسی کردند که در چه شرایطی این مولکول‌ها می‌توانند از فرآیند برخورد جان سالم به در ببرند. نتیجه این بود که پنجره بقا، یعنی محدوده سرعت و زاویه‌ای که در آن مولکول‌ها سالم می‌مانند، بسیار باریک و محدود است؛ چنان باریک که تنها بخش کوچکی از دنباله‌دارها می‌توانند در آن جای بگیرند.

چرا این یافته مهم است؟

این یافته، یک فرضیه رایج در اخترزیست‌شناسی و مطالعه منشأ حیات را تضعیف می‌کند. اگر دنباله‌دارها نتوانستند مواد آلی پیچیده را سالم به زمین برسانند، باید به سراغ گزینه‌های دیگری برویم. شهاب‌سنگ‌ها، به دلیل سرعت کمتر و ساختار سنگی محکم‌تر، گزینه محتمل‌تری هستند. شاید هم بخش عمده مولکول‌های اولیه حیات، در همان زمین جوان و در محیط‌هایی مانند چشمه‌های گرمابی زیر دریا یا حوضچه‌های سطحی، به‌طور مستقل شکل گرفته باشند. این نتایج همچنین نشان می‌دهد که حیات در سیارات دیگر، اگر از فضای بیرونی سرچشمه گرفته باشد، با محدودیتی جدی روبه‌روست؛ زیرا همان قوانین فیزیکی در همه‌جا حاکم است.

پیوند با کاوش‌های فضایی

این debate تنها یک بحث نظری نیست. مأموریت‌هایی مانند روزتا و کاوش‌گرهای دنباله‌داری، نمونه‌هایی از مواد آلی را در نزدیکی دنباله‌دارها شناسایی کرده‌اند. اما کشف یک مولکول در دنباله‌دار، با رسیدن سالم آن به سطح یک سیاره، دو موضوع متفاوت است. مطالعات آزمایشگاهی روی شهاب‌سنگ‌ها نیز نشان داده که برخی اسیدهای آمینه می‌توانند در برخوردهای کم‌شیب‌تر دوام بیاورند. بنابراین، تصویر کامل ماجرا احتمالاً ترکیبی است: بخشی از مواد اولیه از فضا و بخشی دیگر، از فرآیندهای شیمیایی خود زمین.

جمع‌بندی

پژوهش تازه نشان می‌دهد دنباله‌دارها، به‌احتمال زیاد، ناقلان مناسبی برای مولکول‌های حیات نبوده‌اند. سرعت بسیار زیاد آن‌ها در نزدیکی زمین، همراه با زاویه تند برخورد، باعث می‌شد انرژی جنبشی عظیم آن‌ها در لحظه برخورد به گرما و فشار ویرانگر تبدیل شود و پیوندهای آلی را از هم بگسلد. این یافته، فرضیه انتقال مواد حیات را حذف نمی‌کند، بلکه آن را اصلاح می‌کند: شهاب‌سنگ‌ها و یا فرآیندهای شیمیایی زمینی، نقش پررنگ‌تری در شکل‌گیری نخستین مولکول‌های حیات داشته‌اند. پرسش از منشأ حیات همچنان باز است، اما هر پژوهش تازه، یک قطعه از این پازل بزرگ را جابه‌جا می‌کند.