ذرة الهيدروجين تتألف من نواة (بروتون) والكترون يحوم حول هذه النواة. هذا أبسط أنواع الذرات. كما يعرف الكثير من الناس فإن مركب الماء يتألف من ذرتي هيدروجين وذرة أوكسجين. لنضع هذه المعلومة جانباً

شرح بسيط:

نوع الذرة يحدد بعدد البروتونات الموجودة في النواة فمثلاً الهيدروجين = ١ بروتون والهليوم = ٢ بروتون والكربون = ٦ بروتون
والأوكسجين = ٨ بروتون وهكذا. إذاً عدد البروتونات هو ما يحدد نوع الذرة بشكل حصري. لكن وجود أكثر من بروتون في النواة يستوجب وجود جسيم محايد الشحنة لكي يرتبط البروتونين مع بعضهما (البروتون موجب) هذا الجسيم هو النيوترون. في حال الهيدروجين عندما يوجد نيوترون مع البروتون يبقى هيدروجين لكن نسميه هيدروجين ثقيل (لأن وزنه الذري زاد بسبب النيوترون). الهيدروجين له عدة نظائر أي أن ذرة الهيدروجين على الرغم من وجود بروتون في النواة والالكترون يحوم حول النواة يوجد نظائر هدروجينية تكون نتيجة وجود نيوترونات في النواة. أنا في هذه المقالة أتحدث عن نظير الهيدرجين الذي اسمه ديوتيريوم (بروتون ونيوترون و

الكترون) يوجد نظائر أخرى لكن لن أتطرق إليها هنا. في حالة الهيدروجين الثقيل (ديوتيريوم) نجد أن البروتون الوحيد مرتبط مع نيوترون في النواة مما يزيد من وزن النواة الذري لكن لا يغير ماهيتها لأننا لم نغير عدد البروتونات. (حسناً لنضع هذه المعلومة جانباً أيضاً). تنويه: الهيدروجين الثقيل الموجود في الكون هو نتيجة الانفجار العظيم حصرياً ولا يتم انتاجه ضمن النجوم بسبب تحوله إلى هيليوم قبل أن تتشكل نسب كافية منه. هذا يعني أن كل ما نرصده من الهيدروجين الثقيل هو من كمية محددة تم انتاجها مع انتاج الكون لهذا نجد أن قياس نسب الهيدروجين الثقيل مهم إذ أنه محدود الكمية لكن هذا سابق لأوانه يوجد فكرة أريد طرحها أولاً. الكون لهذا نجد أن قياس نسب الهيدروجين الثقيل مهم إذ أنه محدود الكمية لكن هذا سابق لأوانه يوجد فكرة أريد طرحها أولاً.

من أين جاء الماء على الكرة الأرضية؟

يوجد العديد من الفرضيات التي تحاول تفسير مصدر وجود الماء على كوكب الأرض. تاريخ تشكل الكرة الأرضية ومراحل تطورها الجيولوجية تأخذنا إلى استنتاج أن الماء لم يتشكل ضمن النظام الأرضي بسبب ارتفاع دراجات الحرارة والعديد من التفاصيل الأخرى التي لن أتطرق إليها الأن. الفرضية الرائجة هي أن الماء جاء إلى كوكب الأرض عن طريق المذنبات. المذنب عبارة عن كتلة من الصخور والجليد وأحادي أكسيد الكربون وبعض الميثان والأمونيا. المذنبات التي ارتطمت في كوكب الأرض كانت تحمل الجليد الذي تحول إلى شكل الماء السائل بسبب موقع كوكب الأرض من الشمس والذي يسمح بتشكل مركب الماء ضمن الحالة السائلة. إذا الماء الموجود على الكرة الأرضية جاء من مكان ما خارج كوكب الأرض.

الأن لنستجمع كل المعلومات التي ذكرنها و نذهب إلى الملخص:

كما يعرف الأغلبية أن الماء عبارة عن ذرتين من الهيدروجين وذرة من الأوكسجين لكن يوجد توقيع (signature) محدد للماء الموجود على كوكب الأرض. أنا ذكرت الهيدروجين الثقيل سابقاً لكني لم أقل إنه بسبب حالته التي تحتاج وجود نيوترون مع البروتون ضمن النواة فهو لا يتشكل بنفس نسبة الهيدروجين العادي وبالتالي نجد أن نسبة الهيدروجين الثقيل المتضمن ضمن مركب الماء على كوكب الأرض هو 0.0312% هذا يعني أته يوجد ١٥٦ ذرة هيدروجين ثقيل لكل مليون ذرة هيدرجين على كوكب الأرض. هذه النسبة من الهيدروجين الثقيل تشكل توقيع وخاتم لمركب الماء الموجود على كوكب الأرض.

روزيتا:

وكالة الفضاء الأوربية أطلقت مسبار إلى مذنب 67P/Churyumov-Gerasimenko لتحليل الجليد الموجود على السطح وفحص نسبة الهيدروجين الثقيل إن كانت مطابقة لنسبته على كوكب الأرض. اكتشاف نسب مطابقة للهيدروجين الثقيل تعني أن مصدر ماء الأرض هو بعض هذه المذنبات الموجودة ضمن المجموعة الشمسية إلا أن نسبة الهيدروجين الثقيل على 67P/Churyumov-Gerasimenko كانت ثلاث أضعاف نسبته على كوكب الأرض. من أحد نتائج البحث على سطح هذا المذنب أيضاً وجود نسبتين مختلفتين من الهيدروجين الثقيل على أطراف المذنب مما يدل على أن هذا المذنب تشكل بسبب ارتطام مذنبين مختلفين بدليل وجود نسب متفاوتة من الهيدروجين الثقيل وبالتالي دليل على أن مصادر أقسام المذنب مختلفة.

نحن نبحث عن مصادر ماء في الفضاء تكون فيها نسب الهيدروجين الثقيل قريبة أو مطابقة للماء على الكرة الأرضية لكن حتى اليوم لم نفلح بذلك. مسبار Curiosity الموجود على سطح المريخ قام بتسخين التربة في فوهة اسمها Gale t في عام ٢٠١٢ (على ما أظن) في سبيل البحث عن الهيدروجين الثقيل وتحليل نسبته مع الهيدروجين الموجود على المريخ إلا أن النسبة أيضاً كانت غير مطابقة لكوكب الأرض وكانت ٥ أضعاف.

في الرحلة القادمة إلى القمر أنا متأكد أنه سيتم العمل على تحليل نسبة الهيدروجين الثقيل ومقارنته مع كوكب الأرض.