UZAY KİMYASI

Uzay kimyasına değinmeden önce kısaca bazı terimlere açıklık getirelim.

Kimya nedir? Maddenin yapısını ve o yapıdaki değişiklikleri inceleyen bilim dalıdır.

Biyokimya nedir? Organik moleküller ve canlıların kimyası ile ilgilenen bir bilim dalıdır.

Madde nedir? Uzayda yer tutan ve kütlesi olan her şey maddedir.

Kütle nedir? Bir objenin içerdiği maddenin miktar olarak ölçüsüdür.

Atom nedir? Kimyasal elementlerin en küçük birimidir.

Element nedir? Aynı zamanda atom olarak da bilinen ve kimyasal tepkileşmelerle daha küçük diğer maddelere ayrılamayan maddedir.

Doğal olarak oluşmuş 92 element vardır. Bunlardan 25'i yaşam için esasdır.

Canlı maddelerin yüzde 96'sı, karbon, oksijen, hidrojen ve azottan oluşmuştur.

Geride kalan yüzde 4'ünü ise kalsyum, fosfor, potasyum, sülfür, sodyum, klor ve mağnezyum oluşturur.

Şu eser elementler de canlıların yapısına katılırlar: Boron, krom, kobalt, bakır, flor, iyot, demir, manganez, molibden, selenyum, silikon, vanadyum ve çinko.

Atomaltı parçacıklar nelerdir?

Üç atomaltı parçacık vardır:
Proton: Pozitif elektrik yüklü parçacıktır. Nötronlarla birlikte atom çekirdeğinde yer alır.
Nötron: Elektrik yükü olmayan ve protonlarla birlikte atomun çekirdeğinde yer alan parçacıktır.
Proton ve nötron atomun çekirdeğinde yer alır.
Elektron: Negatif elektrik yüklü, kütlesi protonun kütlesinin yaklaşık ikibinde biri kadar olan bir parçacıktır. Atom çekirdeğinin etrafında, kabuk da denen orbitallerde yer alır.

Evrende, yıldızlar arasındaki uzayda, mevcut poliatomik kimyasal moleküllerin çoğu genellikle C (Karbon), H (Hidrojen), N (Azot) ve O(oksijen)’den oluşmuştur.

Galaksimiz olan Saman Yolu’na (Milky Way) kısa bir göz atalım. Galakside mevcut kütlenin yüzde 90’ını sayıları 10^11 kadar olan yıldızlar oluşturmuştur. Geride kalan yüzde 10, gaz (çoğunlukla Hidrojen) ve toz bulutlarından ibarettir. Bu gaz bulutlarının içinde koyu ve karanlık renkli olan yıldızlar arası bulutlarda bazı moleküllerin varlığı dikkati çekmektedir.

Sıcak bulutlarda kozmik UV (ultraviole, mor ötesi) radyasyonu yoğun olduğu için oluşan moleküller hemen parçalanırlar. Buna photodissociation denir. Fotonlar tarafından parçalanma yani. Bu etkiden dolayı bu moleküller birkaç çifte atomlu küçük moleküler yapılara dönüşmüşlerdir.

Koyu ve yoğun bulutların merkezinde ise durum farklıdır. Kozmik gazlar ve tozlar UV radyasyonunu kısmen önledikleri için, bazı kararlı moleküllerin sentez edildiği koşulların oluşmaşını sağlarlar. Buralarda sentez edilen kararlı moleküllerden bazıları şunlardır.

H2 , CO, HNC, C3N ve NH3

Tabii kararsız mokelüller de oluşur. Onlar da şunlardır.

HCO+, HN2+, HC2, HNC, C3N ve C4H

Ortamda mevcut UV, X ışınları ve diğer kozmik ışınlardan dolayı termodinamik bir dengenin oluşması, dolayısıyla CH4 (metan) ve H2O(su) gibi hidrojenden zengin moleküllerin ortaya çıkması mümkün değildir. Ancak koyu, yoğun ve daha soğuk bulutlarda kararlı moleküller, yani H2, CO, H2CO, HCN ve NH3 gibi moleküller, kararsız poliatomik (çok atomlu) moleküllerle birlikte ortaya çıkabilir.

Daha da koyu ve siyah buluttan oluşan yörelerde koşullar kararlı moleküllerin birleşerek kompleks moleküller oluşturması için uygundur. Etil alkol ve eter bu koşullarda ortaya çıkan kararlı organik moleküllerdir.

Yıldızlar arası uzayda dünyadaki organik moleküllerin öncüsü olan moleküllerin, yani hidrojen siyanid, formaldehit ve siyanoasetilen'in oluşması için koşullar uygundur.

Hidrojen siyanid, amino asitlerin ve nükleik bazların öncüsüdür.

Formaldehit, şekerlerin öncüsüdür.

Siyanoasetilen ise, organik maddelerin ortaya çıkmasında rolü olan kondenzasyon ajanıdır.

Genç dünyanın, uzayın sonsuz boşluğunda bol miktarda ortaya çıkan bu organik moleküllerden çok zengin olduğu tahmin edilmektedir. Bu moleküllerin okyanuslarda organik bir çorba oluşturduğu iddiaları bile vardır. Herşeyden önce bunlar evrensel moleküllerdir. Yani evrenin her yerinde vardırlar. Aydan getirilen tozlarda ve meteor taşlarında bu moleküllere ve amino asitlere rastlanmıştır. Bu gözlemler dünyanın, yaşamın çıktığı tek gezegen olmayabileceğini telkin etmektedir.

Dünyada yaşamdan sorumlu organik moleküllerin birçoğunun uzayın derinliklerinde  de var olduklarını ve orada sentez edildiklerini biliyoruz. Ama onların ortaya çıkış mekanizmasını anlamada zorluk çekiyoruz. Onların aşırı soğuk ortamda sentez edilmemeleri lazım. Çünkü molekülleri bir arada tutan kimyasal bağların koparak onlardan yeni moleküllerin oluşması süreci enerji gerektirir. Bu da ancak dünyada gerçekleşen kimyasal tepkileşmelerde mümkündür. Ortam ne kadar soğuksa kimyasal tepkileşmerin hızı ve oranı o kadar yavaş ve azdır. Uzayın derinliklerindeki koyu bulutların içinde sentez edilememeleri gereken kompleks bazı organik moleküllerin ortaya çıktıklarını biliyoruz. Bilmediğimiz onların nasıl ortaya çıktığıdır.

2013'de dünyadan 600 ışık yılı uzaklıktaki Perseus moleküler bulutlarında  karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan  methoxy moleküllerin varlığı saptanmıştır. Bilim insanları onları laboratuvar koşullarında sentez edemedikleri için , uzayda kendiliklerinden nasıl ortaya çıktıklarını açıklamada zorluk çekmektedirler. Laboratuvar koşullarında hydroxyl radical'leri ile methanol gazını birleştirip methoxy üretmek mümkündür. Ama bu büyükçe bir enerji engelini aşmayı gerektirir. Dünyadaki koşullarda bu gereksinim bir sorun yaratmaz. Uzayın derinliklerinde ise, termal enerji yokluğundan dolayı, bu kimyasal tepkileşmeleri açıklamada zorluk çekilmektedir.

Heard ve arkadaşları kuantum mekanik bir süreç olan tünellemenin (tunneling) bu soruna ışık tuttuğu ve hidroksil radikallerinin bu engelin üzerinden aşmayıp, onu delip geçtiklerini ileri sürmüşlerdir. İddiaya göre düşük ısılarda moleküller yavaş hareket ettikleri ve birbirleri ile olan temasları daha uzun sürdüğü için, dünyadaki koşullarda mümkün olmayan tünelleme uzayda mümkün olabilmektedir.  İddiaya göre moleküllerin birbirleri ile olan temas süresi tünelleme için yeterlidir.