Egy laboratóriumi asztrofizikai program keretében az Atommagkutató Intézet (Atomki) Atom- és Molekulafizikai Laboratóriumának kutatói nemzetközi együttműködésben tanulmányozzák, hogyan keletkezhetnek bonyolult szerves molekulák az űrben.
A kutatás azt hivatott laboratóriumi körülmények között vizsgálni, hogyan hozhatnak létre jéggé fagyott gázkeverékekbe csapódó, nagyon nagy energiájú ionok az élet létrejöttéhez alapvető fontosságú molekulákat. A kísérletsorozathoz a kutatóintézet új Tandentron gyorsítója (1. ábra) szolgáltatja az ionokat az úgynevezett napszél és az alacsony energiájú kozmikus sugárzás energiatartományában. Ezekkel az ionokkal 10-15 K hőmérsékletű jegeket bombáznak vákuumban, és azonosítják az ennek során keletkező új molekulákat. A kísérlet közelebb vihet ahhoz, hogy tisztázzuk a bonyolultabb szerves molekulák világűrbeli keletkezésének módját. Hozzájárulhat ezzel az élet keletkezésének megértéséhez is.
látható. (Atomki saját felvétel)
Az Atomki azon kevés hely egyike Magyarországon, ahol az ionok nemcsak a kémiában tanult módon viselkednek. Még csak nem is a néhány tízezer kelvin hőmérsékletű plazmákban száguldozó ionokként. A debreceni intézetnek több olyan iongyorsítója van, ahol az ionokat sok millió, vagy ezermillió foknak megfelelő energiákra gyorsítják.
Persze ha nem hőmérsékletben gondolkodunk, akkor ezek elég szelíd gyorsítók. A legnagyobb elérhető energia az Atomkiban protonokra, vagyis pozitív hidrogénionokra, mintegy 22 MeV, azaz 22 millió elektronvolt. Ez nevetségesen kicsi, ha a CERN gyorsítóinak tipikusan sokmilliószor nagyobb, teraelektronvoltokban mért energiáihoz mérjük (1 TeV = 1012 eV = 106 MeV). Ám ha egy plazmában ennyi (22 MeV) az ionok átlagos energiája, akkor ennek a plazmának a hőmérséklete kb. 250 milliárd kelvin. Írhatnánk Celsius fokot is, az abszolút nulla és a szobahőmérséklet közötti 300 fok különbség itt igazán eltörpül.
A Nap középpontjában ehhez a „szelíd” gyorsítóenergiához képest egyébként dermesztő hideg van: a hőmérséklet több ezerszer kisebb, 15 millió kelvin. Ez kb. 1,3 keV (kiloelektronvolt) átlagenergiának felel meg. Persze ilyen átlagérték mellett az ionok egy kis része ennél lényegesen gyorsabban repülhet, néhányuk mozgási energiája 100 keV, vagy annál nagyobb is lehet. Ennek a „néhány” igen gyors ionnak az ütközései vezetnek a magfúzióhoz, a csillagok energiatermelő folyamatához.
A Napból, a csillagokból kiáramló, a naprendszerek minden bolygóját és részecskéjét állandóan bombázó úgynevezett napszél energiája sem kicsi. A mi Naprendszerünkben ez zömében néhány száz elektronvolt energiájú (néhány millió kelvin „hőmérsékletű”) protonokból áll. A Naprendszeren kívülről érkező kozmikus sugárzás részecskéinek energiája ennél lényegesen nagyobb lehet, néhányuké sokkal nagyobb, mint amit a legnagyobb gyorsítókkal el lehet érni.
A világűr nagy részében viszont tényleg hideg van. A csillagoktól távolodva egyre hidegebb. A Jupiteren és jeges holdjain 140 K (-130 C°) körüli, az Uránuszon körülbelül 80 K. A Naprendszer külső bolygóit és holdjaik felszínét is helyenként több kilométer vastag jégréteg borítja. De jégréteg fedi a távolabbi űrben keringő szikladarabok, vagy az onnan időnként a Nap közelébe tévedő üstökösök jó részét is.
Az ennél lényegesen távolabbi csillagközi térben ritkásan előforduló, mikroszkopikus méretű porszemcsék hőmérséklete a 10-50 K tartományba esik. Anyaguk szén, szilikát vagy vas. Ezeknek a porszemcséknek az átlagos sűrűsége a csillagközi térben igen kicsi: egy száz méter élhosszúságú kockában átlagosan két porszemcse található. Az atomok, molekulák sűrűsége sem túl nagy, egy köbcentiméterben átlagosan egy található belőlük. A sűrűség a csillagközi ködökben (2. ábra) persze ennél nagyobb, az úgynevezett molekuláris felhőkben pedig lényegesen nagyobb lehet. A nagyon hideg porszemcsék felületén a néha-néha becsapódó ionok, molekulák pedig szép lassan jégréteget formálnak [1]. Idő van rá. Néhány százmillió év alatt egy 1 mikron átmérőjű szemcsén a jégréteg akár néhány tized mikron vastagságot is elérhet.
Honnan tudjuk mindezt? Az űrbéli felhőkben előforduló molekulák a spektroszkópia segítségével azonosíthatók. A csillagok fénye által gerjesztett molekulák rezgései, forgásai a mikrohullámoktól az infravörösig terjedő tartományban bocsátanak ki (emittálnak) sugárzást a molekulára jellemző frekvenciákon. Mivel a felhők nemcsak ritkák, hanem nagyon nagyok is, a sok azonos molekula által kibocsátott sugárzást nagy távolságokról is tudjuk észlelni. Az ilyen molekulafelhőkön áthaladó csillagfényből pedig ugyanazok a frekvenciák fognak hiányozni, vagyis, a sugárzásnak ez a része elnyelődik, abszorbeálódik. Ez az abszorpciós spektrum is nagy távolságból megfigyelhető.
A nagyon nagy távolságból is adatokat gyűjtő mérőeszközeink többnyire úgynevezett spektrométerek. Spektrumnak hívják például azt a grafikont, amely az infravörös sugárzás hullámhosszának, vagy az 1 cm-re eső hullámok számának függvényében ábrázolja a mért sugárzás erősségét. Emissziós spektrum esetén a sugárzás erőssége az adott molekulára jellemző hullámhosszaknál maximális, abszorpciós spektrum esetén ugyanott minimális.
A földi légkör elnyeli az infravörös sugárzás túlnyomó részét (ennek eredménye az üvegházhatás is), ezért azt legjobban a műholdakon elhelyezett műszerekkel, spektrométerekkel lehet észlelni. A harmincas évek első távoli molekula-észleléseit követő, a hatvanas években még földi mérőállomásokkal indult, később rádiócsillagászati eszközökkel is végzett mérések eredményei sorozatos meglepetéseket okoztak. Az egyszerű molekulák vonalai mellett jól azonosíthatók voltak több, 10-20 atomot tartalmazó szerves molekulákra jellemző spektrumvonal is. Az egyszerűbb vegyületek, a víz, szén-dioxid, szén-monoxid, metán mellett jól észlelhetők voltak a gyűrűs szerkezetű szerves molekulák (úgynevezett policiklusos aromás szénhidrogének), de előfordultak ezeknél bonyolultabb szerves vegyületek is.
Az első kérdés az volt, hogy keletkezhettek-e ilyen összetett molekulák atomok sorozatos ütközéseiből ezekben a rettenetesen ritka gázokban. Az ütközési folyamatok modellezése azt mutatta, hogy ez egyszerűen lehetetlen.
Kell a jég!
A rejtély megoldása fokozatosan, a mérési adatokból kiindulva bontakozott ki [2]. Az összetettebb molekulák a kozmikus por szemcséire rakódó jégben keletkezhetnek. Ezekben – egyszerű molekulák alkotórészeiként – nagy sűrűségben találhatók a szerves anyagok felépítéséhez szükséges elemek, a hidrogén, szén, nitrogén, oxigén, kén, és társaik. A jéggel borított porszemcséket folyamatosan bombázzák a csillagokból, szupernóvákból érkező nagyenergiájú töltött részecskék és fotonok, valamint a kozmikus sugárzás még nagyobb energiájú részecskéi. Ha a jégrétegbe nagyenergiájú részecskék csapódnak be, sokkal nagyobb valószínűséggel jöhetnek létre bonyolultabb molekulákat eredményező kémiai reakciók, mint a felhőmolekuláinak ütközései során. Ha aztán a szemcse afelhő melegebb, csillagközeli vidékére vetődik, a jég „elpárolog”, szublimál, és a bonyolultabb molekulák gázhalmazállapotba kerülve gazdagítják a felhőt, egyben megfigyelhetővé is válnak.
Amikor az ionok jegekbe csapódva adják le hatalmas energiájukat, ez egy nagyon hideg környezet nagyon kis térfogatában összpontosul. Ebben a nagyon forró „fordított sültfagylalt”-buborékban rendkívül kis valószínűségű folyamatok, kémiai reakciók is lejátszódhatnak. A nagyon hideg közeg nagyon kis térfogatába bejutott óriási energiák az élet létrejöttében alapvető fontosságúnak bizonyuló molekulákat is létrehozhatnak.
A második, azonnal felvetődő kérdés tehát az volt, lehetséges-e hogy az élet a Földön a szerves molekulák távoli világűrben zajló szintézisével indult? A jegekben keletkezett, és onnan kiszabaduló szerves molekulák eljuthatnak olyan bolygók felszínére is, ahol az élet feltételei már adottak, vagyis van folyékony víz és a hőmérséklet nem túl magas. Ebben az esetben pedig, a világűrből rájuk hulló szerves anyag jócskán hozzájárulhatott az élet kialakulásához. Persze itt nem az ezer fényévekre lévő csillagközi ködökre kell gondolni. A Naprendszer távolabbi égitestei is jegekkel vannak borítva és a jéggel bevont apró részecskék, porok, kődarabkák sűrűsége is nagy. Őket is folyamatosan bombázza a napszél és a kozmikus sugárzás. Persze csak azokat, amelyek nem rendelkeznek mágneses védőpajzzsal. Sok bolygót – Földünket is – és a holdak egy részét mágneses tér védi a töltött részecskék bombázásától. Ha ez a védelem nem lenne, a jórészt protonokból – de más ionokból is – álló részecskék viharában az élet valószínűleg ki sem alakult volna, vagy teljesen másképp fejlődött volna a Földön. A védőpajzs miatt a napszél részecskéinek zöme a sarkok felé terelődik, és ott időnként gyönyörű sarki fényt idéz elő.
A földi élet eredetének titka eszmélése óta izgatja az emberiséget. A nagy kérdésre a vallások által képviselt teremtéstörténetek adták az első, széles körben elfogadott válaszokat, ám már több ezer évvel ezelőtt is akadtak olyanok, akiket a válaszok nem elégítettek ki teljesen, már csak azért sem, mert a teremtés története maga is felfogható a teremtett természet folyamataiként. Az egyik első gondolkodó, aki az élet kialakulását természeti jelenségként értelmezte, a görög Anaxagorasz volt. Ő úgy vélte, hogy az élet magokkal érkezett. Nemcsak a Földre, de számtalan más, saját nappal és holddal rendelkező világba is. Elgondolása sok évszázadra feledésbe merült, majd a XIX. században több kutató is (Jöns Jakob Berzelius, Lord Kelvin, majd Hermann von Helmholtz) reálisnak kezdte tekinteni ezt a lehetőséget. A hipotézist a XX. század elején a későbbi Nobel-díjas Svante Arrhenius is figyelemre méltónak találta, ő nevezte el pánspermium elméletnek is. Az újabb kor jelentős tudósai közül földönkívüli eredetűnek tartja az életet a DNS-kutatásaiért Nobel-díjjal elismert Francis Circk is, aki egyenesen úgy véli, hogy az élet az évmilliárdokkal ezelőtt, idegen civilizációk által tudatosan szétlövellt baktériumok formájában érkezett a Földre. Annak lehetséges módját azonban, hogy hogyan keletkezhetnek bonyolult szerves molekulák az űrben, csak a legutóbbi időkben kezdték el érdemben kutatni.
A huszadik század ötvenes éveiben Stanley Miller és Harold Urey kísérletileg megmutatták, hogy az élet keletkezéséhez szükséges építőkövek más természeti körülmények között is létrejöhetnek, például a bolygófejlődés kezdeti, kaotikusabb szakaszában uralkodó légköri viszonyok között. Vízgőz, hidrogén, metán és ammónia sűrű, magas hőmérsékletű keverékében elektromos kisülésekkel sikerült bonyolultabb szerves vegyületeket, közöttük aminosavakat is, előállítaniuk [3]. Amikor ezt az úgynevezett „ősleves” kísérletet végezték, az űrbeli jegekben sugárzás hatására végbemenő szervesanyag-szintézis még nem volt ismert.
A két folyamat látszólag teljesen különböző. Az őslevesben forró, sűrű anyagban folyamatosan zajló „villámlás” hoz létre egyszerűbb molekulákból bonyolultabbakat, a nagyon hideg jegekben egyedi, nagyenergiájú becsapódások összpontosítanak extrém nagy energiákat nagyon kicsi térfogatokba. Az Atomki-ban induló kutatás kezdeményezője, Sulik Béla szerint, ha belegondolunk, a két folyamat olyan nagyon nem is különbözik. Erre világít rá egy szintén huszadik századi, tudományos fantasztikus műveket író lengyel szerző, az igen termékeny és mély humorú Stanislaw Lem egyik „találmánya”, a valószínűségi sárkánygenerátor. Az ő Kiberiáda című művében [4] olvashatjuk, Murányi Beatrix ihletett fordításában:
„Trurl és Klapanciusz … megteremtették a valószínűségi drakológiát, amelyből kitűnik, hogy a sárkány termodinamikailag csak statikus értelemben lehetetlen … Az általános valószínűtlenségi egyenletből két tudósunk kiszámította …, hogy egy átlagos sárkány spontán manifesztációjára körülbelül tizenhat kvintokvadrillió-heptillió évig kellene várni. Az egész probléma alighanem csupán matematikai érdekesség maradt volna Trurl ismeretes barkácsoló hajlama nélkül. Ő azonban elhatározta, hogy empirikusan is megvizsgálja a kérdést. Mivel pedig valószínűtlen jelenségről volt szó, feltalálta a valószínűségerősítő gépet. Először otthon, a pincében próbálta ki. … Lehet, hogy Trurl folytatni is szándékozott a kísérletezést az erősítőjével, de már az első kísérletnél súlyos zúzódást szenvedett, mivel a virtualizálódó sárkány farba rúgta.”
Szóval a lényeg a valószínűség-erősítő gépben van. Ha sárkányt (vagy egy bonyolult szerves molekulát, mondjuk egy aminosavat) akarunk létrehozni, ilyet kell barkácsolnunk. A nagyon kis valószínűséggel az szokott a baj lenni, hogy az adott hőmérsékleten gyakoribb, nagyobb valószínűségű folyamatok azonnal visszaalakítják, vagy mássá alakítják a kis valószínűséggel létrejött eredményt. Más a helyzet, ha a megcélzott átalakulás után mintegy „befagynak” az átalakulási lehetőségek. A 20 K hőmérsékletű jégbe csapódó több mega-elektronvolt energiájú szénion sok mindenre képes, nagyon kis valószínűséggel arra is, hogy a sűrű jégben megtalálható hidrogén, szén, nitrogén, oxigén és kénatomokat tartalmazó egyszerű molekulákból nagy energiabefektetéssel egy bonyolultabb molekulát hozzon létre. Ám ez a molekula már nem forró közegben találja magát, nem verődik szét, nem alakul tovább. Megmarad. Ha sok hasonló becsapódás történik, az ilyen molekulák lassan fel is halmozódhatnak.
A jég kedvezőbb, mint a gőz?
Látszólag ez valami teljesen más, mint a forró ősleves. Pedig lényegében ugyanarról van szó. A forró őslevesben 370-380 K az alaphőmérséklet. A villamos kisülésben körülbelül 10 000 K a hőmérséklet, helyenként ennél is nagyobb. A nagy energiakoncentrációjú helyeken, kis valószínűséggel keletkező molekulák, viszont némi sodródással, gyorsan „hideg” környezetbe kerülnek, „kifagynak”. Az ívkisülés energiasűrűségéhez képest a 20 K és a 380 K hőmérséklet egyaránt hidegnek számít. Mindkét esetben ugyanarról van tehát szó, mégis érezzük, hogy van különbség. Lehetséges, hogy ha nagyobb a különbség az energiakoncentrációk között, akkor sárkánygenerátorunk többre képes? Lehetséges, hogy a jegekbe csapódó ionok, elektronok, nagyenergiájú fotonok jobb szervesmolekula-gyártók, mint az ősleves ívkisülése?
Ezek ma nyitott kérdések. Megválaszolásukhoz két út is kínálkozik. Az egyik lehetőség az, hogy űrszondákat küldjünk ki a Naprendszerbe, oda ahol a jegeket a sugárzás éri. Ilyenek például, a Szaturnusz-küldetést sikeresen teljesítő Cassini, vagy a 2022-ben induló JUICE, aminek a feladata a Jupiter jeges holdjainak vizsgálata lesz [5]. Az üstökösök űrszondákkal való kutatása, például a Rosetta misszió, is igen izgalmas történet.
A kiküldött űreszközök főként foton- és töltöttrészecske-spektrumokat mérnek. Ám spektrométereik jeleinek az értékelése nem annyira egyszerű. Ezek ugyanis a hatósugarukba kerülő jelenségek mindegyikéből érkező, összetett jelet adnak, amit meglehetősen nehéz értelmezni. A műszerek által begyűjtött adatok helyes értelmezéséhez részletes, megbízható adatbázisok kellenek. Ezek felépítéséhez laboratóriumi mérések sokaságára van szükség.
A másik út tehát a laboratóriumi asztrofizika és asztrokémia. Ha nem is a pincében végzett, de földi kísérletekre kell támaszkodni. Arra a kérdésre, hogy az egyszerű gázok (H2O, CO, CO2, N2, H2S, CH4, NH3) molekuláiból képződő jegekben mi is történik nagy energiájú fotonok, elektronok, ionok becsapódásakor, mindenekelőtt a laboratóriumi kísérletek adhatnak választ. Világszerte széles körben vizsgálják az elektromágneses sugárzás hatását, a lézer-impulzusok, az ultraibolya fény, vagy az úgynevezett terahertzes sugárzás eredményezte kémiai reakciókat. Sok laboratóriumban tanulmányozzák az igen hideg jegekben elektronbombázás hatásra lezajló folyamatokat is. Utóbbira jó példa a kaliforniai Berkeley egyetem kutatóinak munkája, akik a világűrben jelen lévő gázfelhők – illetve, tulajdonképpen jegek – nagy energiájú sugárzás hatására produkált viselkedését modellezték laboratóriumban. 2013-ban publikált tanulmányuk szerint [6] a „Mars Szerves Analizátor” nevű berendezésükkel 10 K hőmérsékletű, szénalapú molekulákból álló jegeket bombáztak nagyenergiájú elektronokkal, és kilenc aminosav, valamint két peptid jelenlétét mutatták ki bennük.
Az ionbombázás hatásait vizsgálni nehezebb feladat, ilyen kísérleteket még csak néhány laboratóriumban végeznek. Európában az egyik az olaszországi Cataniában, a másik Franciaországban, a GANIL nehézion-gyorsítóközpontban működik. Ez év elejétől pedig az egyik ilyen, nemzetközileg is kulcsszerepet játszó laboratórium az Atommagkutató Intézet új Tandetron Laboratóriuma lett. A kísérleteket az Atomki a Kenti Egyetemmel (UNIKENT) és a Queen Mary University of Londonnal (QMUL) együttműködve végzi, de alakulóban
van a szorosabb együttműködés a francia kutatókkal is. Ez részben a kölcsönös mérési lehetőségek kiaknázását jelenti, a francia és a magyar laboratóriumokban ugyanis más-másfajta ionokkal lehet mérni.
Valószínűségi sárkánygenerátor az Atomkiban
A laboratóriumi asztrofizika és asztrokémia módszereivel vizsgálódik az Atomki nemzetközi együttműködésben dolgozó kutatócsoportja is: meghatározott ionnal, meghatározott sebességgel lőnek meghatározott összetételű anyagba, és spektroszkópiai módszerekkel vizsgálják, hogy mi keletkezik. A négy évig tartó kutatási program során pontosan ismert összetételű és vastagságú jégkeveréket hoznak létre néhányszor 10 K hőmérsékleten, és ismert fajtájú ionok, ismert mennyiségével bombázzák azt. A jég ionbombázás előtti, és ionbombázás utáni infravörös tartománybeli abszorpciós spektrumát vizsgálva meg tudják állapítani, hogyan változik a jegek kémiai összetétele, milyen folyamatok játszódtak le a besugárzás hatására. Így kulcsot kaphatnak a szondák által mért spektrumok értelmezéséhez is. A méréseket egy speciális besugárzó kamrában (3. ábra), vákuumban kell elvégezni, amelyben a lehűtött és az infravörös sugárzás számára átlátszó fólián csapódik le a gázkeverékből keletkező jég. Az infravörös hullámhossztartományt végigtapogató spektrométer nyalábját a mintán átengedve mérik meg, hogy milyen frekvencián nyeli el a sugárzást a jég, majd ebből az elnyelési (abszorpciós) spektrumból azonosítják, a besugárzás előtti és utáni molekulákat, molekulatöredékeket a jégben.
Az új program több korosztályt fog át. Az Atom és Molekulafizikai Laboratóriumot a nemzetközi konzorciumba Sulik Béla tudományos tanácsadó, ma már emeritus professzor kapcsolta be. A négy éves együttműködés vezető kutatója és koordinátora Juhász Zoltán tudományos főmunkatárs, a technikai részletekért és a kutatási program jó részéért Herczku Péter tudományos munkatárs felel.
Debrecenben azért dolgozhatnak ionokkal, mert ez a lehetőség nagyobb gyorsítókhoz kötött, itt pedig van egy olyan nagyon korszerű gyorsító, amely sokféle iont tud produkálni (H, He, C, N, O, … S, Cl), széles energiatartományban (4 MeV/nukleon maximális energiáig). Ennek az Tandetron gyorsítónak a megvásárlását, és a hozzá tartozó laboratórium kiépítését a Magyar Tudományos Akadémiától elnyert infrastruktúra fejlesztési pályázati támogatások és egy GINOP projekt tették lehetővé.
Ennek a kutatási környezetnek köszönhető, hogy az Atomki már a pályázás fázisában bekapcsolódhatott a nyertes EUROPLANET-RI-2024 kutatási infrastruktúra konzorciális projektbe, amely 21 ország 97 kutatóhelyének munkáját koordinálja a Naprendszer bolygóinak és holdjainak tudományos felderítésében [7]. A konzorcium vezetője, Nigel Mason professzor, a téma szenvedélyes művelője [8], egyben a Atomki-UNIKENT-QMUL együttműködés koordinátora és résztvevője a University of Kent részéről. A berendezéshez a spektrométert ő, a kísérleti kamrát a QMUL biztosítja. Az Atomki az EUROPLANET-RI-2024 projekt keretében a teljes berendezést 4 éven át más kutatócsoportoknak is rendelkezésére bocsátja, amennyiben a konzorcium a pályázatukat erre megfelelőnek találja, és pénzügyi fedezetét is biztosítja. Ez egy úgynevezett Transnational Access (TA) program keretében történik. A pályázó kutatócsoportok javaslatait szakreferensek és egy bíráló bizottság értékelik, ezután kerülhet sor a kísérlet megvalósítására. Az Atomki ICA (Ice Chamber for Astrophysics/Astrochemistry) jeges kamrája [9] a május 5-én záruló első pályázati fordulóban igen népszerűnek bizonyult: az Europlanet 24 TA laboratóriumába összesen 80 pályázat érkezett; ebből 7 futott be az ICA-hoz.
A kísérleti program az ötlet szintjén másfél évvel ezelőtt, Mason professzor Atomki-ban tett látogatásával indult. Jelenleg a berendezés tesztelésének fázisában van. Vízből, széndioxidból, és metanolból álló jegekben zajló folyamatokat vizsgálnak. Berendezésük tavaly novemberben már működött, és az első spektrumokat is megkapták. Idén januárban és februárban protonokkal bombáztak, ez a Napból érkező részecskeáramnak a legerősebb komponense. Májusban szisztematikusan vizsgálták a protonok energiájának és áramuk erősségének hatásait, júniusban pedig, a Jupiter környezetében, az ottani jeges holdak felületén a legérdekesebb bombázó ionnak számító kénionokkal végeztek méréseket. A távoli Naprendszerben a 80-100 K hőmérsékletek a jellemzőek, az Atomki berendezésével pedig egészen 20 kelvinig le lehet hűteni a mintát, így a távoli világűrben zajló folyamatok tartományát is vizsgálni tudják.
A kísérlethez használt tartólemezt egy, a légköri nyomás tízmilliárdod részének megfelelő vákuumban (10-8 mbar) a cseppfolyós héliumot előállító kompresszor folyamatosan hűti, és pontosan beállított hőmérsékleten tartja. A beengedett gáz erre a hideg felületre egy-két mikron vastagságban azonnal rá is fagy. A jégréteget (annak átlátszó tartólemezével együtt) infravörös fénnyel átvilágítják, és felveszik a besugározatlan jég összetételét tükröző spektrumot. Ezek után sugározzák be a jégréteget ionokkal, állandó ionáram mellett. Először csak tíz másodpercig, majd húsz, és minden alkalommal hosszabb ideig, és minden bombázás után felvesznek egy spektrumot, amelyekben jól látszik, hogy mi az, ami elkezdett fogyni, és mi az ami megjelent.
A 2020. januári mérésekben szén-dioxid jeget vizsgáltak, a februári mérések során pedig egykomponensű metanol jeget készítettek. Mivel ez tartalmaz szenet, hidrogént és oxigént is, a sugárzás hatására különböző szénalapú vegyületek – például aceton is – keletkeztek, de hosszabb mérésekben nagyobb molekulák felépülését is észlelhetik majd. A jég lehűtési módjának és hőmérsékletének beállításával szabályozni tudják, hogy a vizsgált jég kristályos, vagy amorf szerkezetű legyen. A jégalkotó molekula széttöredezését és új molekulák létrejöttére a 4. ábra mutat be egy – már Debrecenben mért – egyszerű példát: a szén-dioxid (CO2) a besugárzás hatására széttöredezik, ezért a szén-monoxid (CO) molekula koncentrációja a sugárzással növekszik. A töredék molekula mellett azonban megjelennek olyan új molekulák is, amelyek puszta széttöréssel nem lennének létrehozhatók: például a CO3 és az O3 (ózon) molekulák.
A kutatás fő motivációját természetesen az jelenti, hogy közelebb juthatunk az Univerzum történetének megismeréséhez, és az élet szerves építőkövei keletkezésének megértéséhez. Az élet keletkezése persze komplexitásában messze túlmutat ennek a kutatásnak a témakörén. A munka jelentőségét azonban nemcsak ez a motívum adja. A jegekben zajló kémiai folyamatok, valamint a nagyenergiás részecskebombázással történő koncentrált energiabevitel mechanizmusa önmagukban is igen érdekes kutatási területek.
DOMBI MARGIT
A cikk a Természet Világa 2020. szeptemberi számában (151. évf. 9. sz.) jelent meg.
