C.H. Townes er best kjent for sin oppfinnelse av laseren p? midten av 50-tallet. Det fikk han nobelprisen for. Noen ?r senere, i 1968, var han med p? et mindre kjent, men banebrytende eksperiment. Da rettet Townes og hans medarbeidere antennen p? radioteleskopet i Hat Creek Station i California mot Skyttent?ken i Melkeveiens sentrum 28 000 lys?r borte. M?let var ? pr?ve ? oppfange det ytterst svake mikrob?lgespekteret som ammoniakk sender ut. Riktignok hadde noen ganske f? molekyler best?ende av bare to atomer blitt funnet i verdensrommet (interstellart) tidligere. Ammoniakk best?r av fire atomer og ville v?re det f?rste fleratom?re molekyl som eventuelt kunne p?vises.
Ville Townes lykkes? De fleste forst?segp?ere var skeptiske. Deres tvil var velbegrunnet. De mange t?kene i verdensrommet er gigantiske ansamlinger av gass og st?v med diametre p? 1 - 400 lys?r. Haken er at mer enn 99 prosent av atomene er enten hydrogen eller helium, mens alle andre grunnstoffer som er av avgj?rende betydning for dannelsen av st?rre molekyler, utgj?r til sammen mindre enn 1 prosent. Dessuten er konsentrasjonen s? lav at trykket faktisk er meget lavere enn i det beste menneskeskapte ”vakuum”. Den lave temperaturen, bare f? grader over det absolutte nullpunkt (-273 ·C), er dessuten sv?rt ugunstig. Det samme kan sies om den intense ultrafiolette str?lingen fra stjernene som raskt f?r molekyler til ? spaltes i atomer. Forholdene er ytterst forskjellige fra dem kjemikerne kjente fra sine laboratorier og syntes n?rmest ? v?re sterile hva kjemi ang?r.
I sjuende himmel
Det var likevel ikke tilfellet. Townes kom til dekket bord. Ikke bare ble ammoniakk funnet. Neste molekyl som ble p?vist noen m?neder senere, var intet ringere enn vann. S? gikk det slag i slag. I l?pet av noen f? ?r ble mange andre molekyler med opp til hele 8-10 atomer funnet, ikke bare i v?r egen galakse, Melkeveien, men ogs? i andre galakser, for eksempel Andromeda, 2 millioner lys?r borte. Radioastronomene var i den sjuende himmel.
Townes' p?visning av interstellar ammoniakk utl?ste en storstilt leting etter molekyler. Denne ”jakten” som har foreg?tt i mer enn 30 ?r, er langt fra avsluttet. I dag er ca. 120 forskjellige molekyler med opp til 13 atomer funnet. Stadig kommer nye til. Letingen er ikke begrenset til v?r hjemlige Melkevei. Hele verdensrommet er kommet under lupen. Molekyler er p?vist i galakser som er hele 10 milliarder lys?r borte og fjerner seg fra oss nesten med lysets hastighet. Dersom det er riktig at universet ble skapt i Big Bang for 10-15 milliarder ?r siden, m? molekyler ha oppst?tt kort tid etter. Kjemi har ?penbart v?rt av betydning s? ? si fra tidenes begynnelse. Verdensrommet som syntes ? v?re ?de og forlatt, har gitt opphav til en ny, sprudlende gren av kjemien, astrokjemi, som n? er en h?yst sofistikert vitenskap. I dag er ingen l?rebok i astronomi fullstendig uten et eget kapittel om astrokjemi.
En utvetydig identifikasjon av et molekyl som er tusener av lys?r fra Jorden i konsentrasjon av st?rrelsesorden ett molekyl per kubikkmeter, er en teknologisk bragd. Det er utviklingen av mikrob?lgeteknikken som har gjort dette mulig. Radioteleskopene kan nemlig bestemme frekvensene til de ekstremt svake mikrob?lgesignalene med sv?rt stor n?yaktighet. Disse frekvensene blir sammenliknet med frekvenser fra det samme molekylet observert i laboratoriet. Overensstemmelsen skal v?re 100 prosent, som fingeravtrykk fra én og samme person. Her finnes ikke slingringsmonn.
Finner nye molekyler
Selv om konsentrasjonen av det enkelte molekyl er ytterst liten, er det totalt sett store mengder av det i en t?ke p? grunn av dens enorme dimensjoner (flere lys?r). Innholdet av molekyler varierer meget mellom de ulike t?kene. De st?rste forekomstene finnes i de m?rke t?kene der temperaturen er noen f? grader over det absolutte nullpunkt, samt i sirkumstellare t?ker som omgir d?ende stjerner. Enkelte molekyler som karbonmonoksid, ammoniakk, hydrogencyanid, vann og formaldehyd er funnet i hundrevis av t?ker. Tre av fire molekyler er organiske. Resten er uorganiske. De fleste av de funksjonelle gruppene i den organiske kjemien er representert. Viktige biomolekyler som aminosyrer, karbohydrater (”sukker”) og deler av arvestoffet DNA lar seg enkelt fremstille fra interstellare molekyler.
HESTEHODE: Oriont?ken med sitt ber?mte "hestehode" er 100 lys?r i diameter og inneholder nok gass til ? kune danne 1000 stjerner av samme st?rrelse som Solen. T?ken er sv?rt rik p? b?de organiske og uorganiske molekyler. Foto: David Malin/Anglo Australian Observatory ?
H?yst overraskende var det at s? mange som halvparten av de interstellare molekylene er s?rdeles vanskelig ? fremstille i laboratoriet. Blant disse er det mange s?kalte kationer (molekyler med positiv ladning) og radikaler (molekyler med et ulike antall elektroner). Mer enn 50 forskjellige molekyler er faktisk f?rst blitt funnet i verdensrommet. I noen tilfeller har en v?rt i stand til ? forutsi eksistensen av disse, men ofte har de dukket opp n?rmest som troll av eske. Fortsatt gjenst?r det en mengde signaler som det ikke har v?rt mulig ? finne opphavet til, og som nok stammer fra uidentifiserte molekyler. Hvilke disse er, er det ingen som vet. Verdensrommet vil nok ogs? i fremtiden gi oss innsikt i hvilke molekyler det faktisk er mulig ? lage.
Sp?rsm?let om hvorledes de interstellare molekylene oppst?r, ble stilt fra f?rste dag av. Forholdene i universet er ekstreme og umulig ? gjenskape i sin helhet i laboratoriet. Det er sikkert at den h?yenergetiske kosmiske str?lingen setter i gang prosesser som samtidig leder til b?de oppbygging og nedbryting av molekyler.
Det interstellare st?vet som antakelig er finkornet sand og/eller vanlig sot, er av stor betydning for kjemien. I de kalde t?kene kondenserer molekylene p? st?vet. Denne blandingen kalles gjerne ”is”. Her ligger det godt til rette for reaksjoner. Hva denne isen egentlig inneholder, skulle vi gjerne ha visst. At vi her kan vente oss b?de overraskelser og mange nye molekyler, tar vi for gitt.
Livets opprinnelse
De m?rke, molekylrike t?kene er ”f?destuer” for nye stjerner. Under visse betingelser vil tyngdekraften f?re til at konsentrasjonen av gass og st?v ?ker. N?r trykket kommer over en viss grense, tar kjernereaksjonene til. En ny stjerne blir f?dt. Eventuelle planeter og kometer blir skapt samtidig. Slik ble v?rt solsystem til. Molekyler spiller en viktig rolle ogs? i slike prosesser.
Kometene er sv?re isblokker som inneholder store mengder st?v, grus og molekyler. ”Skitne sn?baller” er en dekkende betegnelse. N?r kometer n?rmer seg Solen, sublimerer vann og molekyler, og den karakteristiske halen oppst?r. Observasjoner av halene har bekreftet at kometer inneholder interstellare molekyler.
At universet er s? rikt p? organiske molekyler som lett kan reagere videre til biomolekyler, har gitt hypotesemakere vann p? m?llen. Liv oppstod egentlig ”altfor fort” etter at Jorden ble skapt, tatt i betraktning de forholdene som da r?det her. Fikk Jorden hjelp utenfra? Kom liv til Jorden om ikke fiks ferdig, s? i hvert fall i en halvferdig form? Var de interstellare molekylene denne halvferdige formen? Ble de fraktet hit som is p? st?vet, eller kom de med kometer? Det er antatt at Jorden formelig ble bombardert av kometer med tonnevis av alskens molekyler tidlig i dens eksistens. En bedre start kunne prosessen som leder frem til liv, neppe ha f?tt. Foruten den raske utviklingen av liv, er alt vannet v?rt et trumfkort i denne hypotesen. Det meste av det kom antakelig hit med kometer.
Solens planetsystem er ikke enest?ende. I de siste ?rene er det funnet ti ganger s? mange planeter andre steder. Da ligger det godt til rette for at vann og organiske molekyler bokstavelig talt kan regne ned fra himmelen n?r sagt p? enhver planet. Dersom en planet i tillegg har en gunstig plassering i forhold til en stjerne og samtidig unng?r kollisjons- og str?lingskatastrofer, er betingelsene for at liv skal kunne oppst? til stede. Slike planeter finnes det nok et meget stort antall av.
V?rt eget solsystem oppstod for 4,6 milliarder ?r siden. Allerede 700 millioner ?r senere fantes det et rikt mikrobiologisk liv her. At molekyler eksisterte for minst 10 milliarder ?r siden, impliserer at liv godt kan ha eksistert andre steder lenge f?r v?rt hjemlige.
Liv m? ha oppst?tt fra enkle organiske molekyler. Noen annen mulighet finnes neppe. Hvorledes det oppstod, og hvor utbredt det er i universet, vil i det 21. ?rhundre bli det dominerende forskningstemaet for en ny vitenskap, astrobiologi. Realfagene, og s?rlig astrokjemi, vil her ha sin selvf?lgelige plass. En eventuell p?visning av, eller kontakt med, fremmede livsformer vil ?pne for enorme muligheter og utfordringer og i h?y grad ogs? ber?re juridiske, etiske, filosofiske og teologiske sp?rsm?l. Astrobiologi er i s?rlig grad en tverrfaglig vitenskap.
Astrobiologisk forskning har v?rt drevet lenge, ofte ukoordinert, gjerne som biprodukt av annen forskning. En slik strategi nytter ikke lenger. I USA og EU skjer det n? en betydelig mobilisering. Astrobiologi har enn? ikke noe s?rlig omfang her i landet. En beskjeden astrokjemisk forskning foreg?r blant annet ved UiO. Tilretteleggelse for identifisering av interstellare, biologisk viktige molekyler er et av temaene for denne forskningen. Et annet er hvorledes molekyler blir dannet i verdensrommet.