Braitheadh ​​sa deireadh an móilín hidríd héiliam, ar eol dó a bheith ann sa saotharlann agus a cheaptar le fada a bheith i láthair faoi spás faoi na coinníollacha teochta cearta agus i láthair na n-eilimintí cearta: sa réaltnéal pláinéadach NGC 7027. Níl sé, fuarthas, áfach, mar iarsma ón Cruinne luath, áit ar dócha go raibh sé ann ach gur scriosadh go tapa é. (NASA / SOFIA / L. PROUDFIT / D.RUTTER)

Níor aimsigh eolaithe an chéad mhóilín sa chruinne i ndáiríre

Bhí an chéad mhóilín ann, agus fuaireamar ceann díreach cosúil leis. Ach tá difríocht mhór ann.

Faightear an chéad mhóilín Cruinne faoi dheireadh! Sin atá á fhógairt ag na ceannlínte an tseachtain seo, mar a thug Réadlann Stratospheric do Réalteolaíocht Infridhearg (SOFIA) NASA faoi deara substaint nach féidir a fháil go dtí seo ar a dtugtar hidríd héiliam. Tá cuid de fíor, toisc gurbh é hidríd héiliam an chéad mhóilín a foirmíodh sa Cruinne an-luath, agus is é seo an chéad uair a braitheadh ​​a láithreacht sa spás, seachas a shintéisiú i saotharlanna anseo ar an Domhan.

Ach níl cuid de fíor. Ní ó na hamanna luatha sin a thagann an hidríd héiliam a fuaireamar amach. Déanta na fírinne, scriosadh 100% den hidríd héiliam a bhí mar chuid de na chéad mhóilíní a rinneadh riamh sa Cruinne go buan fadó. Ní fhaca muid riamh é, agus is dócha, ní fheicfimid choíche. Seo an fáth.

Forbraíonn an t-ábhar (barr), radaíocht (lár), agus tairiseach cosmeolaíoch (bun) go léir le himeacht ama i Cruinne atá ag leathnú. De réir mar a leathnaíonn an Cruinne, caolaíonn dlús an ábhair, ach éiríonn an radaíocht níos fuaire freisin de réir mar a théann a tonnfhaid sínte go stáit níos faide, nach bhfuil chomh fuinniúil. (E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

Déan iarracht an Cruinne a shamhlú, más féidir leat, mar a bhí sí sna céimeanna i bhfad níos luaithe den Big Bang te. Nuair a fhéachaimid ar na Cruinne inniu, feicimid go bhfuil sé lán d’ábhar go léir clumpáilte le chéile i réaltaí, réaltraí, braislí, agus ar feadh gréasáin chosmaí ollmhór. Feicimid an fhianaise go bhfuil an Cruinne seo ag leathnú, le réaltraí agus braislí i bhfad i gcéin ag leathnú óna chéile ar rátaí níos gasta is faide amach atá siad. Ina theannta sin, feicimid an Cruinne líonta le folctha de radaíocht ísealfhuinnimh i ngach treo.

Ciallaíonn sé seo, de réir mar a théann am ar aghaidh, go bhfaigheann na Cruinne:

  • níos mó,
  • sparser,
  • clumpier,
  • agus níos fuaire.

Rud a thugann le tuiscint, ar ndóigh, má fhéachaimid siar in am, go raibh a mhalairt fíor.

Cuimsíonn stair amhairc na Cruinne atá ag leathnú an stát te, dlúth ar a dtugtar an Bang Mór agus fás agus foirmiú struchtúir ina dhiaidh sin. Fágann an tsraith iomlán sonraí, lena n-áirítear breathnóireacht ar na heilimintí solais agus cúlra na micreathonn cosmaí, nach bhfuil ach an Bang Mór mar mhíniú bailí ar gach a fheicimid. De réir mar a leathnaíonn an Cruinne, fuaraíonn sí freisin, rud a chuireann ar chumas iain, adamh neodracha, agus sa deireadh móilíní, scamaill gháis, réaltaí, agus ar deireadh réaltraí a fhoirmiú. (NASA / CXC / M. WEISS)

Feicimid ár Cruinne mar atá sé inniu, thart ar 13.8 billiún bliain tar éis an Bang Mór. Agus muid ag breathnú níos faide agus níos faide i gcéin, táimid ag feiceáil na Cruinne mar a bhí sí nuair a bhí sí níos óige; táimid ag breathnú siar go bunúsach in am. Bhí na réaltraí is luaithe níos lú, níos gorma, agus bhí níos lú eilimintí troma iontu ná mar a bhíonn againne, toisc nach dtógann muid réaltraí cosúil lenár Slí Bó Finne nua-aimseartha ach trí ghlúin go leor glúine de réaltaí a chónaíonn agus a fhaigheann bás.

Déanta na fírinne, is féidir linn dul ar ais go dtí amanna níos luaithe fós: sula raibh réaltaí nó réaltraí ar bith cruthaithe againn. Don chéad chúpla deich milliún milliún bliain tar éis an Big Bang, ní raibh go leor ama ag an imtharraingt fós chun na chéad adamh neodracha a tharraingt le chéile i gcnapanna, rud a chiallaíonn nár adhaíomar comhleá núicléach iontu fós. Tharla an t-aon chomhleá le linn na céime is luaithe, is teo, is dlúithe den Big Bang, agus thug sé hidrigin, héiliam dúinn, agus gan mórán eile.

Na méideanna tuartha de héiliam-4, deoitéiriam, héiliam-3 agus litiam-7 mar a bhí tuartha ag Nucleosynthesis Big Bang, agus breathnóireachtaí le feiceáil sna ciorcail dhearga. Is é an Cruinne 75-76% hidrigin, héiliam 24-25%, beagán deoitéiriam agus héiliam-3, agus rian de litiam de réir maise. Tosaíonn gach ceann de na speicis seo ianaithe go hiomlán, ach is féidir leis na núicléis adamhacha a bhfuil méideanna níos mó luchtaithe acu leictreoin a fháil níos éasca ná hidrigin shimplí. (FOIREANN EOLAÍOCHTA NASA / WMAP)

Déanta na fírinne, tar éis an comhleá núicléach sin a dhéanamh le linn na chéad chúpla nóiméad dár stair chosmaí, bhí na céadta mílte bliain ag teastáil ón Cruinne le fuarú de réir méideanna leordhóthanacha ionas go bhféadfaimis adaimh neodracha a fhoirmiú ar bhealach cobhsaí. Roimhe sin, bhí na fótóin istigh ann fuinniúil go leor gur bhuail siad go leanúnach gach leictreon amháin de cibé núicléas adamhach a tharla dó agus a cheangail sé leis.

Nuair nach raibh an Cruinne ach cúpla nóiméad d’aois, bhí na heilimintí inti (de réir meáchain) thart ar 75% hidrigine, héiliam 25%, agus codán beag bídeach de deoitéiriam, héiliam-3, agus litiam. De réir mar a fhuaraigh sé thar na mílte bliain atá le teacht, chaill gach ceann de na fótóin - lena n-áirítear na cinn is fuinniúla a bhí freagrach go príomha as ianú - fuinneamh. Mar thoradh air sin, tosaíonn na núicléis adamhacha seo, le maiseanna éagsúla agus muirir éagsúla, ag fáil leictreon ag amanna éagsúla.

Cé gur cruthaíodh núicléis adamhacha tar éis ach cúpla nóiméad sa Cruinne, bhí rudaí an-te ar ais ansin. Ní go dtí gur leathnaigh agus gur fhuaraigh an Cruinne na mílte bliain go bhféadfadh leictreoin tosú ag ceangal leis na núicléis sin gan iad a ianú arís, agus go bhfaigheadh ​​eilimintí éagsúla leictreoin ag rátaí difriúla bunaithe ar a lucht leictreach agus ar chumraíocht na bhfithiseán adamhach. (AN EPOCH HYDROGEN ARRAY REIONISATION (HERA))

Ag na hamanna is luaithe, tá gach rud ianaithe go hiomlán, agus ní bhíonn leictreoin ar bith ag núicléis héiliam agus hidrigine.

Tar éis thart ar 32,000 bliain, fuaraíonn an Cruinne a dhóthain ionas gur féidir le leictreon amháin tosú ceangailteach le núicléas héiliam. Cuimhnigh, tógann sé dhá leictreon adamh héiliam neodrach a fhoirmiú, mar sin tá héiliam díreach leathbhealach ann ag an bpointe seo.

Tar éis 100,000 bliain eile, nuair a shroicheann an Cruinne 132,000 bliain d’aois, is féidir leis an dara leictreon sin ceangal le héiliam gan tús a chur leis. Tá an chéad adamh neodrach, neodrach againn: héiliam. Ach ní fhoirmíonn héiliam bannaí go héasca le hadaimh eile: is gás támh, uasal é.

Caillfidh eilimintí sa chéad ghrúpa den tábla peiriadach, go háirithe litiam, sóidiam, potaisiam, rubidiam, agus mar sin de, a gcéad leictreon i bhfad níos éasca ná aon eilimintí eile. Tá sé i bhfad níos éasca hidrigin a ianú go fuinniúil ná héiliam a ianú fiú uair amháin, agus tógann sé ceithre huaire an fuinneamh chun héiliam a ianú go hiomlán mar a dhéanann sé chun hidrigin a ianú go hiomlán. (WIKIMEDIA COMMONS USER SPONK)

Ní go dtí go mbeidh na Cruinne timpeall 380,000 bliain d’aois a cheanglaíonn prótóin agus leictreoin aonair le chéile chun adamh hidrigine a dhéanamh. Is féidir le hadaimh hidrigine ceangal go héasca le hadaimh hidrigine eile, ag táirgeadh an hidrigine mhóilíneach (H2) a bhfuil cur amach againn uile air.

Ach bhí am eatarthu - tar éis adamh héiliam a fhoirmiú ach cé go bhfuil hidrigin ianaithe fós - áit a bhfoirmíonn na chéad mhóilíní fíor. Sainmhínítear móilín, cuimhnigh, go simplí cibé áit a bhfuil banna móilíneach agat idir adamh amháin (nó ian) agus ceann eile. D’fhéadfá a bheith cleachtaithe le móilíní a fhoirmíonn ó adamh neodracha a cheanglaíonn le chéile go heisiach (cosúil le O2, ocsaigin), ach cruthaíonn péirí adamh-ian bannaí móilíneacha freisin, mar charbón ianaithe (C +) le hadaimh neodracha fluairín (F), a cheanglaíonn le chéile (foirmiú CF +) agus astaíonn sé fótón trí phróiseas ar a dtugtar comhlachas radaithe.

Nuair a bhíonn dhá adamh, nó ian agus adamh, scartha go maith, bíonn siad gan cheangal. Is minic go mbíonn sé fabhrach go fuinniúil dóibh banna móilíneach a fhoirmiú, áfach, agus nuair a dhéanann siad, caithfidh an stát faoi cheangal, a bhfuil fuinneamh níos ísle aige, fótón a astú chun dul isteach sa stát móilíneach sin. Creidtear gurb é hidríd héiliam, banna idir héiliam neodrach agus hidrigin ianaithe, an chéad mhóilín a foirmíodh sa Cruinne. (ACADEMY SAYLOR / CC-BY-3.0)

Bhuel, nuair a bhíonn an Cruinne san am eatarthu sin, áit a bhfuil héiliam neodrach (He) ann ach go bhfuil an hidrigin go léir ianaithe (H +), is féidir leis an dá speiceas sin ceangal le chéile trí chomhlachas radaithe. Nuair a imbhuaileann adamh héiliam agus ian hidrigine, foirmíonn siad móilín ar a dtugtar hidríd héiliam (HeH +), agus astaítear fótón tréith a léiríonn neart an bhanna mhóilíneach.

Cé nach bhfeictear an oiread sin sa nuacht leis an bhfisic nó an réalteolaíocht, tá stair fhada shaibhir ag ceimic comhdhúile cosúil le hidríd héiliam. Thángthas ar hidríd héiliam féin trína chruthú sa tsaotharlann beagnach céad bliain ó shin: siar i 1925. Go teoiriciúil, ba cheart go mbeadh sé ann freisin i dtimpeallacht an spáis idir-réaltach: go luath sa Cruinne, nuair a rinneadh an chéad mhóilín di, ach ina dhiaidh sin freisin , nuair a chruthaíonn próisis réaltfhisiceacha plasmas hidrigine ianaithe i láthair héiliam neodrach.

Ag druidim le deireadh shaol réalta atá cosúil leis an nGrian, tosaíonn sé ag séideadh a sraitheanna seachtracha isteach i ndoimhneacht an spáis, ag cruthú réaltnéal protoplangeolaíoch cosúil leis an Uibheacha Réalt, atá le feiceáil anseo. Sa chás go bhfuil hidrigin ianaithe (H +) agus héiliam neodrach (He) i láthair, ba cheart go mbeadh sé indéanta ian hidríd héiliam (HeH +) a fhoirmiú, a bhfuil banna móilíneach aige. (NASA AGUS AN FOIREANN OIDHREACHTA HUBBLE (STSCI / AURA), TELESCOPE SPACE HUBBLE / ACS)

Ba cheart go scriosfaí hidríd héiliam luath na Cruinne go léir nuair a tháinig hidrigin neodrach, toisc go bhfuil hidríd héiliam i bhfad níos lú fabhar go fuinniúil ná foirmiú hidrigine neodrach. Chomh luath agus a fhuaraíonn tú faoi bhun tairseach chriticiúil áirithe, beidh do hidríd héiliam ag idirghníomhú le hidrigin neodrach, ag cruthú go fabhrach móilíní hidrigine (H2) agus adamh héiliam iargúlta (He). Níor mhair an chéad mhóilín Cruinne fada; faoin am a rith 500,000 bliain b’fhéidir, bhí sé ar fad imithe.

Ach níos déanaí, fiú amháin sa Cruinne nua-aimseartha, tá suíomh foirfe iarrthóra ann inar cheart go mbeadh hidríd héiliam ann inár Cruinne inniu: i bplasma ianaithe réaltaí atá cosúil le Grian atá ag fáil bháis. Le teochtaí ard go leor chun hidrigin a ianú, ach neart héiliam neodrach a dhíbirttear ó shraitheanna seachtracha na réaltaí atá ag fáil bháis, ba chóir go mbeadh na nebulae pláinéadacha seo ina dtithe idéalach le haghaidh hidríd héiliam.

Ceapadh le fada go raibh na coinníollacha cearta ag an réaltnéal pláinéadach NGC 7027 chun hidríd héiliam a fhoirmiú, ach mhaígh sé go raibh brathadóirí conspóideach le blianta fada, tar éis gur theip orthu seasamh suas le grinnscrúdú i staidéir roimhe seo. (HUBBLE, NASA, ESA; CUR CHUN CINN: JUDY SCHMIDT)

Cé go bhfuil sé níos mó ná 40 bliain ó moladh réaltnéal pláinéadach mar thithe le haghaidh hidríd héiliam, ní raibh breathnuithe riamh gafa leis. Cuid den chúis ná go dtagann astaíochtaí sínithe hidríd héiliam ó thrasdul rothlach a astaíonn ar fhuinneamh an-íseal: fótóin a tháirgeadh ag 149.1 miocrón, agus é a chur sa chuid i bhfad-infridhearg den speictream.

Ní fheiceann tú é seo ón talamh, mar déanann an t-atmaisféar doiléir é. Is féidir leat iarracht a dhéanamh é a fheiceáil ón spás, ach níor leor na hionstraimí a seoladh ar bord réadlanna mar Herschel agus Spitzer chun é a nochtadh. Ach sin an áit a dtagann SOFIA NASA isteach. Eitlíonn sé suas le 45,000 troigh, os cionn an atmaisféar doiléir. Ach, toisc go bhfilleann sé ar an Domhan, is féidir a ionstraimí a uasghrádú go héasca. Agus uasghrádú an Glacadóra Ghearmánaigh ag ionstraim Terahertz Frequencies (BREATAINE) díreach mar a theastaigh ó réalteolaithe.

Tá teileascóp SOFIA NASA, a théann ar bord Boeing 747 modhnaithe, oiriúnach go sainiúil chun breathnuithe ardcháilíochta ard-infridhearg ardcháilíochta a dhéanamh agus ionstraimí inúsáidte, uasghrádaithe fós ar bord. (ECHO ROMEO / FISIC CENTRAL / AMERICAN FISICAL SOCIETY)

Chinn an staidéar nua seo, den chéad uair, go bhfuil iain hidríd héiliam ann sa spás i ndáiríre. Trí bhreathnú a dhéanamh ar an réaltnéal pláinéadach NGC 7027 leis na hionstraimí nua-uasghrádaithe seo, bhí eolaithe in ann an t-aistriú tréith seo a fheiceáil ar síniú dochreidte hidríd héiliam é. De réir Rolf Güsten, príomhúdar an staidéir nua a foilsíodh in Nature,

“Bhí sé chomh corraitheach a bheith ann, hidríd héiliam a fheiceáil den chéad uair sna sonraí. Críochnaíonn sé seo cuardach fada sona agus cuireann sé deireadh le hamhrais faoinár dtuiscint ar cheimic bhunúsach na luath-Cruinne. "

Is é seo an chéad chruthúnas atá againn gur féidir, agus go bhfuil, hidríd héiliam ann i dtimpeallacht nádúrtha an spáis.

Réadlann Stratospheric NASA do Réalteolaíocht Infridhearg (SOFIA) le doirse teileascóp oscailte. Cuireann an chomhpháirtíocht chomhpháirteach seo idir NASA agus an eagraíocht Ghearmánach DLR ar ár gcumas teileascóp infridhearg úrscothach a thabhairt chuig aon áit ar dhromchla an Domhain, rud a ligeann dúinn imeachtaí a bhreathnú cibé áit a dtarlaíonn siad. (NASA / CARLA THOMAS)

Is é an ceacht is mó atá le foghlaim uaidh seo go léir ná go bhfuil luach dochreidte ag dul trasna na teorann idir réalteolaíocht ar talamh agus spás-bhunaithe. Is iontach an rud é dul chun spáis toisc nach gá duit a thuilleadh dul i ngleic leis na héifeachtaí cur isteach ar atmaisféar an Domhain. Is iontach an rud é fanacht ar an talamh toisc nach gá duit íoc as costais seolta, níl méid do theileascóp teoranta de réir mhéid na feithicle seolta, agus tá do chuid uirlisí in-uasghrádaithe.

Ach tugann ionstraim uathúil mar SOFIA an chuid is fearr den dá shaol dúinn. Mar a dúirt Hal Yorke, stiúrthóir Ionad Eolaíochta SOFIA,

“Bhí an móilín seo ag leá amach ansin, ach bhí na hionstraimí cearta ag teastáil uainn ag déanamh breathnuithe sa suíomh ceart - agus bhí SOFIA in ann é sin a dhéanamh go foirfe."

Ceapadh le fada gurb é hidríd héiliam an chéad mhóilín sa Cruinne, ach níor éirigh linn a láithreacht nádúrtha sa spás a bhrath roimhe seo. Ag seo caite, tá cruthúnas againn go bhfuil sé ann, agus in éineacht leis, deimhniú breise ar ár bpictiúr den chaoi ar tháinig an Cruinne mar atá sí inniu.

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar scríofa ag Ethan, Beyond The Galaxy, agusTreknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.