اكتشاف جليد الماء في الكون شهد علم الفلك تطورًا ملحوظًا بفضل الاكتشافات الحديثة التي ساعدتنا على فهم أصل وتوزيع الماء خارج الأرض بشكل أفضل. تفتح هذه التطورات آفاقًا جديدة لفهم كيفية وصول الماء إلى كوكبنا، وكيف يمكن العثور على هذا المورد الأساسي موزعًا في مراحل مختلفة من تكوين النجوم والكواكب.
لعدة سنوات، كان اهتمام المجتمع العلمي يدور حول كيف تتكون المياه وتحفظ في الفضاء العميقمن سحب الغاز والغبار الهائلة إلى المذنبات والأقمار الجليدية والكواكب الشبيهة بكوكبنا. ويُعد الرصد الأخير للجليد شبه الثقيل في منطقة بعيدة جزءًا أساسيًا من هذا اللغز الكوني المعقد.
الكشف الثوري عن الجليد المائي شبه الثقيل
بفضل أحدث التقنيات، وخاصة استخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، تم التعرف على وجوده لأول مرة الجليد شبه الثقيل (HDO) حول نجم شاب بخصائص مشابهة لشمسنا. وقد حدث هذا الاكتشاف في النجم الأولي L1527 مصلحة الضرائب الداخلية، الذي يقع في سحابة الثور الجزيئية، على بعد حوالي 460 سنة ضوئية، ويمثل أول ملاحظة مباشرة لهذا الجزيء على شكل جليد في جسم له هذه الخصائص.
المكون الرئيسي لهذا الاكتشاف هو القياس الدقيق لكمية HDO فيما يتعلق بـ H₂O في الجليد بين النجوم. تكمن أهمية هذه المعلومات في أنها تُمكّننا من استنتاج الظروف الباردة والكيميائية القاسية التي سادت تلك البيئة. عادةً ما يندمج الديوتيريوم - وهو نظير الهيدروجين الثقيل الموجود في HDO - في جزيئات الماء عند درجات حرارة منخفضة للغاية، وهو أمر شائع في السحب الباردة الكثيفة حيث يبدأ تكوّن النجوم.
حتى الآن، كانت القياسات السابقة لنسبة HDO/H₂O في هذه المواقع محدودة، وكانت تُجرى دائمًا تقريبًا باستخدام الماء في حالة غازية، وهو ما لا يضمن عدم حدوث تغييرات كيميائية منذ نشأته. المراقبة المباشرة للجليد وهذا يعني أن التكوين الأصلي ظل سليما تقريبا منذ البداية.
أهمية نسبة HDO/H₂O في الفضاء
كمية تم اكتشاف مياه شبه ثقيلة في L1527 IRS يُشبه هذا الماء إلى حد كبير الماء الموجود في بعض المذنبات وفي الأقراص الكوكبية الأولية لنجوم أخرى. يُشير هذا إلى أن جزءًا كبيرًا من الماء المُكوّن للمحيطات حاليًا، أو الموجود في المذنبات نفسها، يأتي من عمليات التجمد نفسها في السحب النجمية المظلمة، قبل مئات آلاف السنين من تشكل الشمس وكواكبها.
على سبيل المثال، على الأرض وفي المذنبات المعروفة، يُقدَّر أن جزيء ماء واحد من كل عدة آلاف من الجزيئات يكون شبه ثقيل. يشير التطابق بين هذه النسب ونسبة النجم الأولي المُحلَّل إلى أن المياه التي تصل إلى الأنظمة الكوكبية لم تخضع لتغيرات كيميائية كبيرة أثناء رحلتهم من الفضاء العميق إلى الأماكن التي قد تظهر فيها الحياة.
علاوة على ذلك، عند مقارنة تركيب الماء في النجم L1527 IRS بتركيب النجوم الأولية ومناطق أخرى من الكون، يُلاحظ أن الاختلافات قد تكون ناجمة عن اختلافات في درجة الحرارة أو الإشعاع أو كثافة السحب التي تتشكل فيها النجوم المختلفة. ومع ذلك، تشير النتائج إلى مقاومة كبيرة لـ الجليد بين النجوم للحفاظ على بنيته وتكوينه مع مرور الوقت وفي بيئات مختلفة.
الآثار المترتبة على أصل الماء في الأنظمة الكوكبية
يشير قياس هذه النسب إلى أن الماء الذي يشكل محيطات ومذنبات نظامنا الشمسي لقد انتقلت من السحب الباردة المظلمة في الفضاء الخارجي على شكل جليد، دون أي تغيير تقريبًا، لتنتهي في الأقراص الكوكبية الأولية وفي النهاية في الكواكب نفسها.
إن حقيقة أن نسب HDO وH₂O تظل مستقرة حتى أثناء تكوين النجوم وفي أقراص المادة المحيطة بها أمر ضروري لدعم الفرضية القائلة بأن يتم توريث معظم مياه الكواكب مباشرة من المواد بين النجوموبعبارة أخرى، فإن المياه الحالية على الأرض وفي أماكن أخرى من العالم بدأت رحلتها قبل وقت طويل من ولادة شمسنا.
يؤكد الباحثون أن مقارنة هذه البيانات مع بيانات مناطق تكوّن النجوم الأخرى وأنواع النجوم المختلفة ستكون ضرورية لتأكيد هذا النمط العام. ومع ذلك، فإن هذه النتيجة تُقدّم دعمًا قويًا لفكرة أن دورة المياه في الكون فهو فعال جدًا في الحفاظ على محتواه من مراحله الأكثر بدائية.
تمثل هذه التطورات علامة قبل وبعد في مجال الفيزياء الفلكية، لأنها تسمح لنا بفهم كيفية كيمياء الجليد بين النجوم يؤثر على وجود الماء على الكواكب والمذنبات والأقمار بعد مليارات السنين من تشكلها.
مع هذه المعرفة الجديدة، أصبحت دراسة جليد الماء في الكون يمثل هذا الاكتشاف نقلة نوعية، إذ يقدم يقينيات حول أصله في النظام الشمسي ويفتح خطوطًا جديدة للبحث حول دوره في ظهور الحياة خارج كوكبنا.
