Έλληνας επιστήμονας ανακάλυψε γιατί οι κομήτες παράγουν μοριακό οξυγόνο

Κάνοντας εργαστηριακά πειράματα σε συνθήκες που προσομοιάζουν στο διάστημα, ο καθηγητής Κωνσταντίνος Γιαπής του Τμήματος Χημείας και Χημικώ...

Κάνοντας εργαστηριακά πειράματα σε συνθήκες που προσομοιάζουν στο διάστημα, ο καθηγητής Κωνσταντίνος Γιαπής του Τμήματος Χημείας και Χημικών Μηχανικών του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνιας Caltech, έδειξε με ποιον τρόπο το μοριακό οξυγόνο (οξυγόνο σε αέρια μορφή) μπορεί να παραχθεί στην επιφάνεια των κομητών. Η πρώτη φορά που ανακαλύφθηκε μοριακό οξυγόνο σε κομήτη, ήταν το 2015 από τους ερευνητές που μελέτησαν τα στοιχεία, τα οποία συνέλεξε η «Ροζέτα» του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) κατά την παρατεταμένη μελέτη του κομήτη 67Ρ/Τσουριούμοφ-Γκερασιμένκο. Η «Ροζέτα» ανίχνευσε απρόσμενα μεγάλες ποσότητες αερίου οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του κομήτη. Το μοριακό οξυγόνο είναι πολύ ασταθές, επειδή συνήθως ενώνεται με το υδρογόνο για να σχηματίσει νερό ή με τον άνθρακα για να δημιουργήσει διοξείδιο του άνθρακα. Πριν τον κομήτη 67/Ρ, αέριο οξυγόνο στο διάστημα είχε ανιχνευθεί μόνο δύο φορές σε νεφελώματα που παράγουν άστρα.

Η βασική υπόθεση των επιστημόνων ήταν έως τώρα ότι το μοριακό οξυγόνο στον κομήτη είναι αρχέγονο, δηλαδή βρίσκεται στο εσωτερικό του από το ξεκίνημα του ηλιακού μας συστήματος πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια και απλώς κάποια στιγμή, όταν η επιφάνεια του κομήτη σιγά-σιγά ξεπαγώνει, αυτό διαφεύγει στην ατμόσφαιρα.

Όμως ο Γιαπής, που έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό Nature Communications, δείχνει ότι μπορεί να συμβαίνει κάτι άλλο και το οξυγόνο να είναι «φρέσκο». Καθώς ο κομήτης θερμαίνεται από τον Ήλιο, αποβάλλει μόρια υδρατμών, τα οποία ιονίζονται από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία. Στη συνέχεια ο ηλιακός «άνεμος» ωθεί τα ιονισμένα μόρια των υδρατμών πίσω, με αποτέλεσμα αυτά να προσκρούουν πάνω την επιφάνεια του κομήτη, η οποία περιέχει χημικά δεσμευμένο (όχι αέριο) οξυγόνο. Κατά την πρόσκρουση, τα μόρια των υδρατμών προσλαμβάνουν άλλο ένα άτομο οξυγόνου και έτσι τελικά σχηματίζεται το μοριακό (αέριο) οξυγόνο.

Η σημασία αυτής της εξήγησης είναι ότι το μοριακό οξυγόνο που η «Ροζέτα» έχει βρει πάνω στον κομήτη, μπορεί κάλλιστα να παράγεται σε πραγματικό χρόνο επί τόπου και να μην είναι πανάρχαιο, όπως είχαν υποθέσει άλλοι επιστήμονες.

“Άρχισα να ενδιαφέρομαι για το διάστημα και αναζητούσα μέρη όπου τα ιόντα θα επιταχύνθηκαν από τις επιφάνειες”, λέει ο Γιάπης. “Έψαχνα τις μετρήσεις που έγιναν στον κομήτη από την Rosetta, και ειδικά όσον αφορά τις ενέργειες των μορίων του νερού που έπληξαν τον κομήτη, και τότε όλα απέκτησαν νόημα. Αυτό που μελετώ για χρόνια συμβαίνει εδώ σε αυτόν τον κομήτη”.

«Δεν είχαμε καμία ιδέα, όταν χτίσαμε τις εργαστηριακές μας ρυθμίσεις, ότι θα κατέληγαν να ισχύουν για την αστροφυσική των κομητών. Αυτός ο αρχικός μηχανισμός χημείας βασίζεται στην σπάνια θεωρούμενη κατηγορία αντιδράσεων του Eley-Rideal, που συμβαίνουν όταν τα γρήγορα μετακινούμενα μόρια, το νερό σε αυτή την περίπτωση, συγκρούονται με τις επιφάνειες και εξάγουν τα άτομα που κατοικούν εκεί, σχηματίζοντας νέα μόρια. Όλες οι απαιτούμενες συνθήκες για τέτοιες αντιδράσεις υπάρχουν στον κομήτη 67P” τονίζει ο Έλληνας ερευνητής.

Και άλλα ουράνια σώματα, όπως οι εξωπλανήτες, μπορεί να παράγουν αέριο οξυγόνο με τον ίδιο χημικό αβιοτικό μηχανισμό, χωρίς να απαιτείται η μεσολάβηση κάποιου οργανισμού (π.χ. της φωτοσύνθεσης των φυτών) για να εκλυθεί το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Αυτό μπορεί να επηρεάσει το πως οι ερευνητές αναζητούν σημάδια για ύπαρξη ζωής στους εξωπλανήτες στο μέλλον.

«Το οξυγόνο είναι σημαντικό μόριο που είναι πολύ δύσκολο να ανιχνευθεί στο διάστημα. Ο μηχανισμός παραγωγής του, που μελέτησε το εργαστήριο του καθηγητή Γιαπή, μπορεί να έχει ισχύ σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα και δείχνει τη σημαντική σύνδεση ανάμεσα στις εργαστηριακές έρευνες και στην αστροχημεία» τονίζει ο συνεργάτης της NASA αστρονόμος Πολ Γκόλντσμιθ.

Ο Κωνσταντίνος Γιαπής αποφοίτησε το 1984 από τη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ στην Αθήνα, πήρε το διδακτορικό του το 1989 από το Τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου της Μινεσότα και έως το 1992 διεξήγαγε μεταδιδακτορική έρευνα στα Εργαστήρια ΑΤ&Τ Bell στο Νιού Τζέρσι. Σήμερα είναι καθηγητής στο Caltech και η έρευνά του εστιάζεται στη δυναμική αλληλεπίδραση των ιόντων με τις επιφάνειες των ημιαγωγών (υλικών για επεξεργαστές υπολογιστών και κινητών τηλεφώνων), στα νανοϋλικά και στη νανοτεχνολογία..