آ اول ب آخر؛ آب. اولین واژهای که پشت نیمکت‌های چوبی خواندیم و روی دفترهای صدبرگ، شصت برگ یا چهل برگ نوشتیم. در ابتدا هیچ نبود و «آب» اولین کلمه بود. کلمه، این معجزه‌ی آغازین. نیروی گرانش به صورت شگفت انگیزی کارهای جهان را پیش می‌برد. بستر کهکشان‌ها و ستارگان به وجود می‌آمد. ستارگان منفجر می‌شدند و گاهی در هم سقوط می‌کردند. سیارات به ملاقات ستاره‌ی خویش می‌رفتند و با او می‌رقصیدند، سیاهچاله‌ها در آن میان پنهان می‌شدند. کیهان زیبا و شگفت‌انگیز بود. دو حرف کم داشت که نگاهش کنند تا شناخته شود و آن اولین کلمه بود؛ واژهای که رنگ زندگی داشت. از آن به بعد حیات کوچکی بزرگ شد، پیچیده‌تر شد و آرام‌آرام شروع کرد به نگاه کردن، شناختن و روزی سؤال پرسید. حیات هوشمند دوپایی که جست‌وجو می‌کرد، درک می‌کرد و سؤال‌های بی‌پاسخ بسیاری داشت، اولین کلمه‌اش دو حرف بود. مهم‌ترین کاوش او در دور و نزدیک‌های کیهان دو حرف بود و شاید روزی خطرناک‌ترین سفرش به دنبال دو حرف باشد، آ اول ب آخر؛ آب.

سیاره‌ی آبی!
وجود آب در سطح و عمق سیاره‌ی آبی علی‌الخصوص به هر سه حالت عمده‌ی گاز، مایع و جامد از شگفتی‌های آن نقش مؤثری زمین به شمار می‌آید، اما حالت مایع در زیست و گسترش حیات داشته و دارد؛ ولی نقش دیگرش چیست که آن را متمایز می‌کند؟ آب در دو حالت گاز و جامد در کهکشان‌های دور، (محیط میان‌ستاره‌ای)، منظومه‌ها، سیارات، قمرها و حتی مهم‌تر از آن در دنباله‌دارها نیز یافت می‌شود. آیا ورای زمین هم آب عاملی برای حیات محسوب می‌شود؟ دانشمندان هنوز در حال بررسی این سؤال هستند و برای یافتن آب به حالت مایع تلاش می‌کنند.

به نظر می‌رسد اکنون شرایط عادی در جهان حکم‌فرما است و آبی که ما به مقدار زیادی در اجرام آسمانی مشاهده می‌کنیم، همگی در حالت جامد یا گاز هستند و نه حالت مایع، البته زمین جزء استثناهای این ماجراست.

به این فکر کرده‌اید که اگر آب اقیانوس‌های زمین وجود نداشت من و شما هم نبودیم که این سؤال را بپرسیم! این اقیانوس‌های پهناور و عمیق هستند که حیات ما مدیون آنها است؛ اما عادت‌های انسانی و تغییرات آب و هوایی به‌واسطه‌ی اعمال انسان، موجب به خطر انداختن آب‌های اقیانوسی شده است. برای بحث درباره‌ی نحوه‌ی ایجاد حیات، مقید به پایبندی به شرطی هستیم که «ما هنوز نمی‌دانیم حیات در زمین دقیقاً چطور ایجاد شده، با این وجود دانشمندان احتمال می‌دهند حیات در محیط آبی به وجود آمده باشند». در نهایت این آب مایع است که مهم بوده و هست! برای جستجوی این مولکول حیات، باید فراتر از منظومه‌ی شمسی پا بگذاریم، در کهکشان‌های دور و یا حتی ستاره‌های نزدیک، رد پای آب در اجرام آسمانی دیده می‌شود، همان‌طور که در جو زمین، مریخ و زهره یافت شده است.

وقتی ستاره‌ای روی خود می‌رمبد عناصری خلق می‌کند که عنصر خیلی ابتدایی آن هیدروژن است و باقی عناصر پیچیده، بسته به جرم و ابعاد ستاره تشکیل می‌شوند؛ یعنی نایاب‌ترین عناصر (طلا) توسط بزرگ‌ترین ستارگان تولید می‌شوند.

نگاهی بر تاثیر آب در حیات زمین و موجودیت آن در میان ستارگان

مولکول حیات!
ابتدا مولکول‌های اکسیژن و هیدروژن، سپس هیدروژنی دیگر با اکسیژن ترکیب می‌شود تا مولکول آب خلق شود، اما وقتی شکل گرفت چطور پایدار بماند؟ طبق نظر محققان اشعه‌ی فرابنفش نقشی کلیدی در ایجاد حیات بر روی سطح زمین داشته به گونه‌ای که بدون آن ایجاد حیات غیرممکن بود. در ابتدا زمین به شکل توپی از گدازه بود. پس از سرد شدن زمین، شروع به پس دادن گازهای تجمعی من‌جمله بخار آب کرد. بعدها فشار در سطح زمین به اندازه‌ای رسید که موجب شکل گیری مولکول آب مایع شد. آب از آمونیاک و حتی متانول هم پایدارتر است، ولی نسبت به کربن مونوکسید، کربن دی‌اکسید و متان پایداری کمتری دارد. آب یک خصوصیت ویژه دارد که برای سیاره‌ی ما منحصربه‌فرد است و وجه تمایز آن با سایر مولکول‌هاست؛ پایداری آن در دماهای بالاتر از 3000 درجه، بدون اینکه نابود شود! اما چرا حالت مایع آن بسیار مهم است؟

خاصیت ویژه‌اش به قطبیت این مولکول وابسته است که به موجب آن می‌تواند با یون‌های مثبت و منفی به‌راحتی ترکیب شود، همین سبب ایجاد مقدار عظیمی از کربن دی‌اکسید در جو زمین شود، سپس در آب اقیانوس‌ها حل‌شده و دوباره به جو زمین برمی‌گردد، بنابراین باعث ایجاد پایداری دما در جو اطراف سیاره است. دیگری گرانروی کم آب است که موجب ترکیب شدن آب با خاک می‌شود. ویژگی دیگر آن، چگالی آن بوده که ماکزیمم آن در 4 درجه است و همین باعث شناور ماندن یخ بر روی آب می‌شود؛ اما مطالعات کیهانی درباره‌ی آب چطور بوده است؟ اتم‌های سبکی که می‌شناسیم مانند هیدروژن، هلیوم و لیتیوم در کیهان اولیه طی فرآیند هسته زایی به وجود آمدند.

وجود عناصر سنگین‌تری چون آهن و کربن (که در بدن ما وجود دارند) را اما مدیون همجوشی هسته‌ای درون ستاره‌ها هستیم. اتم‌های سبک در عالم اولیه مقدارشان بسیار زیاد بود، چرا که برای شکل گیری آنها از انرژی کمتری در مقایسه با تولید عناصر دیگر در دل ستاره‌ها (در دمای زیاد) نیاز بود؛ تا جایی که 75 درصد هیدروژن و 23 درصد جهان را هلیم احاطه کرده بود. اما ما برای رسیدن به مولکول آب به دنبال اکسیژن هم هستیم. با گذشت زمان، آب ابتدا تبدیل به یخ می‌شود؛ یخ‌هایی از آمونیاک و متان.

هیدروژن در مراحل ابتدایی ‌ تشکیل عالم از بیگ بنگ خلق شد، اکسیژن در هسته‌زایی ستاره‌ای در هسته‌ی اولین و دومین نوع ستارگان تشکیل شد که در نهایت با انفجارشان فضای بین ستاره‌ای را پر کردند. آب به طور طبیعی از پیوند شیمیایی هیدروژن و اکسیژن تشکیل شد که به صورت یخ و بخار در فضای عمیق کیهانی موجود است. اینکه سرمنشأ آب در زمین چیست و چرا فراوانی آن زیاد است، تاکنون پاسخ درستی نیافته، ولی شکی در آن نیست که مولکول‌های اولیه از پیوند شیمیایی هیدروژن و اکسیژن در فضای عمیق کیهانی ایجاد شدند.

سیاره زمین

موجودیت آب در میان ستارگان!
زمانی که هیدروژن فراوان‌ترین عنصر در جهان بود، به طبع بیشترین و رایج‌ترین واکنش آن می‌توانسته ترکیب هیدروژن با هیدروژن و تولید اتم آن باشد (دمای حدود 100 کلوین)، اما دما به قدری زیاد بوده است که بدون اعمال انرژی خارجی، موجبات ترکیب شدن آن فراهم نمی‌شد، بنابراین با گذشت زمان شرایط برای ترکیب یونی اکسیژن و هیدروژن مهیا می‌شد و بعد از ایجاد یون‌هایی، در نهایت مولکول آب خلق شد. اگر متان و اکسیژن ترکیب شوند، کربن دی‌اکسید و آب تولید می‌کنند؛ اما این آب به حالت گازی یا بخار است. اجزای میان ستارهای، شامل ابرهای گازی مولکولی و چگال سرد بوده‌اند که باعث تبدیل مستقیم آب به یخ شد؛ به طوری که تمامی سطوح غبار میان ستارگان محصور در یخ شد و ما هنوز هم محیط میان ستارگان را غرق در یخ می‌بینیم، جو سطحی در محیط میان ستارگان مملو از مولکول‌های کربنی است که توانسته به‌راحتی روی سطح یخ بنشیند. تحرک مولکول‌های هیدروژن بالای سطح سرد محیط میان ستارگان، مولکول‌های آب، متان و آمونیاک را خلق کرد. یکی از نشانه‌هایی که بشر به وجود آب پی برده است، به یمن آزمایش‌های اسپکتروسکوپی نوری و طیفی بوده است. دانشمندان وقتی طیف به جامانده از ستارگانی که به سمت جو زمین می‌آیند را بررسی کردند، به وجود عناصری پی بردند و متوجه مقداری تفاوت طیف آب با طیف‌های دیگر موجود در زمین شدند. هنوز نشانه‌هایی از وجود آب مایع در سیارات، منظومه‌ها و دنباله دارها یافت نشده است.

مشاهدات مریخی نشان می‌دهد که آب مایع در ابتدای تاریخ مریخ، به سطح خارجی آن راه یافته است، همچنین نشانه‌هایی از اقیانوس آب مایع در زیر سطح یخزده‌ی اروپا (از قمرهای مشتری) یافتند. مأموریت ISO بین سال‌های 1995 تا 1998 نشان داد که آب هر جایی اطراف جهان موجود است، از نزدیک‌ترین سیارات تا دورترین کهکشان‌ها، اما فقط به حالت گازی و یخی (جامد.) پس از آن مأموریت اسپیتزر، سپس هرشل و SWAS در سال 2008 همین نتایج را یافتند، اما دانشمندان برای پاسخ به این پرسش اساسی دربارهی مولکول حیات، به نزدیک‌ترین سیاره یعنی سیاره‌ی سرخ رفتند و به دنبال آب مایع گشتند.

کارل ساگان: نیتروژن در DNA ما، کلسیم موجود در دندان ما، آهن خونمان، کربن موجود در پای سیب‌هایمان، همگی در دل فروپاشی ستارگان ایجاد شدند، پس ما ساخته‌ی ستارگانیم.

این مطلب اولین بار در ماهنامه ساروس به قلم اصلان ظهیری و طناز محمدی اکبری منتشر شده است.