Faszinierende kosmische Chemie: Von der Entstehung des Lebens bis zu irdischen Anwendungen

BerlinDas Forschungsteam des Wellesley College untersucht, wie kosmische Strahlen, die durch Eispartikel hindurchgehen, niederenergetische Elektronen erzeugen. Diese Elektronen tragen zur Bildung von präbiotischen Molekülen bei, die für die Entstehung von Leben entscheidend sind. Kennedy Barnes, eine Studierende im Grundstudium, wird die Ergebnisse des Teams auf der Herbsttagung der American Chemical Society vorstellen.

Wissenschaftler hatten eine faszinierende Idee: niederenergetische Elektronen könnten eine größere Rolle als Photonen bei chemischen Reaktionen spielen, die präbiotische Moleküle im Weltraum erzeugen. Diese Hypothese entstand aus der Erkenntnis, dass kosmische Strahlung mehr Elektronen als Photonen erzeugt, wenn sie durch kosmisches Eis dringt. Um diese Theorie zu überprüfen, schufen die Forscher Weltraumbedingungen im Labor nach. Ihr Vorgehen war folgendermaßen:

Niederenergetische Elektronen als Auslöser für präbiotische Chemie im All

• Sie verwendeten eine Ultrahochvakuumkammer mit einem ultrapuren Kupfersubstrat, das auf extrem niedrige Temperaturen gekühlt wurde.
• Eine Elektronenkanone erzeugte niederenergetische Elektronen für die Bombardierung.
• Eine laserbetriebene Plasmalampe erzeugte niederenergetische Photonen.
• Die Forscher beobachteten anschließend die chemischen Reaktionen auf nanoskaligen Eisfilmen.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass niedrigenergetische Elektronen wichtige Moleküle effizienter erzeugen können als bisher angenommen. Diese neue Erkenntnis könnte unser Verständnis darüber, wie sich die Grundbausteine des Lebens auf der Erde und in eisigen Regionen wie Europa, einem Mond des Jupiter, bilden, grundlegend verändern.

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Auf der Erde haben diese Entdeckungen praktische Anwendungen. Niedrigenergetische Elektronen können durch Strahlungschemie und Spaltung von Wasser reaktive Moleküle wie Wasserstoffperoxid und Hydroperoxylradikale erzeugen. Diese Moleküle sind schädlich für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Indem wir verstehen, wie sie entstehen, können wir bessere Methoden zur Reinigung der Umwelt und zur Verbesserung medizinischer Behandlungen wie der Krebstherapie entwickeln.

Das Team von Barnes macht mehr als nur Simulationen. Sie testen verschiedene Arten von Eisschichten und erforschen diverse frühe Lebenschemien, die uns helfen könnten zu verstehen, wie lebenswichtige Moleküle entstehen.

Diese Studie stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis der Astrochemie dar. Durch die Einbeziehung von niederenergetischen Elektronen in ihre Modelle können Forscher die chemischen Prozesse in Weltraumeis besser simulieren. Die Zusammenarbeit mit internationalen Laboren fördert den Fortschritt weiter, und Barnes bezeichnet dies als ein neues Zeitalter der Raumfahrt. Unterstützt durch mehrere Stipendien und Stiftungen, wird erwartet, dass diese Forschung zu neuen Entdeckungen in der Raum- und Erdenchemie führt.