Manh mối mới về đồng vị ôxy khởi nguyên hệ mặt trời

Bài viết 1: Nguyên tố oxi Bài viết 2: Tìm hiểu về nguyên tố oxi Ôxy là nguyên tố nhiều nhất trên Trái Đất, chiếm tới gần một nửa khối lượng của hành tinh. Trong số 3 đồng vị ổn định của ôxy, đồng vị oxy 16 (hạt nhân chứa 8 nơtron) chiếm tới 99,762% tỉ lệ ôxy trên Trái Đất, trong khi đồng vị ôxy 17 (9 nơtron trong hạt nhân) chỉ chiếm 0,038%, đồng vị nặng nhất – đồng vị ôxy 18 (10 nơtron) chiếm 0,2%. Nhưng các khoáng chất trong các vật thể nguyên thuỷ nhất thuộc...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Manh mối mới về đồng vị ôxy khởi nguyên hệ mặt trời Manh mối mới về đồng vị ôxy khởi nguyên hệ mặt trờiBài viết 1: Nguyên tố oxiBài viết 2: Tìm hiểu về nguyên tố oxiÔxy là nguyên tố nhiều nhất trên Trái Đất, chiếm tới gần một nửakhối lượng của hành tinh. Trong số 3 đồng vị ổn định của ôxy,đồng vị oxy 16 (hạt nhân chứa 8 nơtron) chiếm tới 99,762% tỉ lệôxy trên Trái Đất, trong khi đồng vị ôxy 17 (9 nơtron trong hạtnhân) chỉ chiếm 0,038%, đồng vị nặng nhất – đồng vị ôxy 18 (10nơtron) chiếm 0,2%.Nhưng các khoáng chất trong các vật thể nguyên thuỷ nhất thuộc TháiDương hệ, trong đó có thiên thạch có tên chondrite cacbon, lại chứa tỉlệ đồng vị ôxy tương đối khác so với Trái Đất. Có lẽ các đồng ôxy nặnghiếm hơn đã từng tổn tại với tỉ lệ nhiều hơn vào giai đoạn đầu của hệmặt trời.Musahid (Musa) Ahmed – nhà khoa học nghiên cứu đường vận độngphân tử thuộc ban khoa học hoá chất thuộc Phòng thí nghiệm Berkeley– cho biết: “Đối với một nhà hoá học, câu hỏi đặt ra cho tỉ lệ đồng vịôxy là câu hỏi giúp chúng tôi hiểu được nguồn gốc của hệ mặt trời. Tạisao tỉ lệ đồng vị ôxy trong thiên thạch lại khác biệt đáng kể so với tỉ lệtrên trái đất –câu hỏi đã làm băn khoăn các nhà khoa học nhiều nămqua”. Rất nhiều mô hình đãđược thiết lập để giải thích sự khác biệt này thông qua các chu trình hoáhọc, trong đó bao gồm cả giả thuyết cho rằng tỉ lệ đồng vị trong hệ mặt trời của chúng ta là do chúng được sinh ra từ một ngôi sao kỳ lạ, hoặc là ở nhiều ngôi sao khác nhau. Các mô hình thông qua quá trình hoáhọc theo Ahmed là “không có tác dụng”, hay nói một cách thuyết phục hơn: các quá trình hóa học trong tinh vật mặt trời bản thân nó đã làm tăng tỉ lệ đồng vị ôxy. Một quá trình trong đó được gọi là “đồng vị tự chắn”. Phân tử mang ôxy có nhiều nhất trong tinh vân mặt trời là cacbon mono-ôxit, CO. Quá trình tự chắn được coi là chìa khóa giảithích tỉ lệ lớn của ôxi tạo thành khi CO bị phân tách dưới ánh sáng cựctím chân không, hay tia VUV. VUV có bước sóng vào khoảng 200 đến 10 nanomet.Có thể quan sát thấy quá trình tự chắn trong các đám mây khí bụi trongvũ trụ. Khi ánh sáng VUV mạnh từ một ngôi sao gần đó xâm nhập vàođám mây, nó sẽ bẻ gãy cấu trúc phân tử CO thành nguyên tử cacbon vàôxy. Các đồng vị khác nhau thì hấp thụ photon VUV với năng lượngkhác nhau, tuy nhiên ở gần rìa của đám mây các nguyên tử CO mangđồng bị ôxy 16 có số lượng nhiều nhất sẽ hấp thụ các photon màđồng vị ôxi 16 hấp thụ được. Do đó đồng vị ôxy 16 được chắn sâu hơnvào trong đám mây. Nhưng đồng vị ôxi 17 và 18 hấp thụ năng lượngkhác lại không được chắn. Lúc đó bên trong đám mây, các phân tử COmang đồng vị nặng hơn bị phân tách nhiều hơn nên giải phóng ra phântử ôxy nặng hơn.Hoàn hoàn hợp lý nếu suy đoán rằng có một quá trình tương tự đã diễnra vào giai đoạn đầu của hệ mặt trời. Khi đó mặt trời nguyên thuỷ phátra tia VUV tác động lên CO nằm ở một vùng nóng gần đó, hoặc có thểở một vùng lạnh hơn phía xa. Liệu quá trình tự chắn VUV có thực sựdiễn ra dưới điều kiện như thế hay không? Nếu có thì tác động của nóđối với tỉ lệ đồng vị ôxy như thế nào? Cho đến nay vẫn chưa hề có câutrả lời, còn các giả thuyết cũng chưa hề được tiến hành kiểm định.Ahmed cho biết: “Mark Thiemens thuộc Đại học California, San Diegođã liên lạc với chúng tôi để sử dụng đường vận động phân tử 9.0.2trong một thí nghiệm trực tiếp. Nguồn ánh sáng cao cấp (AdvancedLight Source – ALS) tạo ra photon VUV có thể được điều chỉnh chínhxác thành các mức năng lượng khác nhau để phân tách CO”.Nhà hóa học vũ trụ Thiemens đã đi tìm lời giải đáp cho câu hỏi về đồngvị ôxy trong hệ mặt trời hơn 30 năm nay. Ông là thành viên nhóm khoahọc của tàu vũ trụ Genesis đã mang mẫu vật trong gió mặt trời trở về.Ông tin rằng con đường hệ mặt trời hình thành và phát triển không thểsuy ra từ việc tìm hiểu đặc tính hoá học vũ trụ của ôxy. Mặt Trời dưới ánh sáng cực tím. Khi Thái Dương hệ hình thành, mặt trời nguyên thuỷ là nguồn tia cực tím vô cùng lớn. (Ảnh: NASA)Cùng với quá trình quang ly CO trong hệ mặt trời nguyên thủy, nướccũng đồng là một nhân tố chủ chốt trong quá trình. Nước và CO tạonên đặc tính hoá học khó hiểu, chúng gắn kết các đồng vị ôxy nặnghơn vào khoáng chất hình thành nên các thiên thạch cổ xưa nhất,từ đó tạo nên tất cả các vật thể trong hệ mặt trời.Ahmed giải thích: “Bước đầu tiên là quá trình quang ly CO thànhnguyên tử cacbon và nguyên tử ôxy. Ôxy sau đó kết hợp với nguyên tửhiđrô tạo nên gốc hydroxyl – OH – dễ dàng kết hợp với một nguyên tửhiđrô nữa để tạo nước. Tất cả các quá trình trên có lẽ đều diễn ra trênmột phần tử bụi. Do đó ôxy trong nước chuyển dấu hiệu đồng vị của nóvào silicat. Các đồng vị ôxy khác nhau duy trì qua các bước trên. Thínghiệm của chúng tôi tìm hiểu những gì diễn ra ở bước đầu tiên”.Trong thí nghiệm, cacbon mono-ôxit có độ tinh khiết cực cao được đưaqua phòng thí nghiệm và tiếp ...