Vatn í alheiminum

Jörðin sem vatnspláneta, kom til úr vatni - það sama gildir um reikistjörnurnar, tungl og önnur himintungl. Jafnvel stjörnurnar sjálfar komu til úr vatni. Vegna þess að vatn er til í svo miklu magni í alheiminum, ættum við að búast við að geta séð það alls staðar þar sem við lítum, allt frá öðrum reikistjörnum í okkar sólkerfi í ytra sólkerfið og áfram inn í alheiminn. Hingað til hefur lotukerfið verið forsendan til þess að ætla að vetni sé algengasta frumefni alheimsins. Það hefur verið lagt til að það sé efnið sem öll önnur efni hafa myndast úr. En þökk sé að hluta til nýrrar tækni sem hefur þróast síðustu ár, þá erum við í þann mund að afhjúpa það sem raunverulega er algengasta sameindin í alheiminum og einnig hinn sanna uppruna alls efnis.

Charles Townes var með í að finna upp hinn svokallaða meysir, eða örbylgjuleysir. Enska orðið maser er búið til úr örbylgju (e. microwave) og leysir (e. laser) og á svipaðan hátt varð hið íslenska heiti til. Þetta tæki er notað til að safna útslög á örbylgjutíðni. Townes var einnig upphafsmaður litrófsfræðinnar sem notar örbylgjur og var hann frumkvöðull í rannskóknum á gasskýjum í vetrarbrautum og í kringum stjörnur. Rannsóknir hans leiddi til uppgötvana á stjarneðlisfræðilegum meysi, eða náttúrulegum uppruna af örbylgjuorku í geimnum.

Joseph von Frauenhofer var fyrstur manna til að kortleggja róf sólarinnar snemma á 19. öld. Í litrófinu komu fram svartar línur, eða liti sem vantaði inn á milli. Hann merkti þessar svörtu línur með bókstöfum og kallaði þær gleypnilínur en þær svara til bylgjulengda sem eru "gleyptar" af mismunandi efnum. Auðvelt var að koma auga á vetni sem gleypti mest og þar af leiddi að það efni var til í meira magni en annað. Þessi athugun leiddi til þess að vísindamenn trúðu því að vetni væri algengasta frumefni alheimsins. Í dag er þessi falskenning kennd sem hún væri staðreynd í öllum kennslubókum.

Þegar nú Townes uppgötvaði hina náttúrulegu meysi, gaf það honum þann kost að greina efni í alheiminum, sem hann og gerði. Ef vetni væri algengasta frumefnið, þá ætti hann að geta greint það auðveldlega með meysirnum sínum. Þetta er það sem hann fann:

Hvaða sameindir ættum við að leita eftir næst? Það voru engin augljós og auðveld viðfangsefni... Vatn hafði litrófslínu mjög nálægt því ammoníaki sem við höfðum fundið, en örvun vatnsorkustigsins sem framkallaði þessa bylgjulengd myndi taka verulega hærri þéttni og hærri hitastig en það sem þótti líklegt í gasskýi, jafnvel eftir nýju niðurstöðurnar frá ammoníaki. Engu að síður hugsaði hópurinn minn... við gætum allt eins leitað að vatni. Hver veit hvað meira óvænt gæti gerst. Og það gerðist - vatnslínan kom upp. Við fundum fyrsta vatnið okkar í Sagittaríus B2, á sama stað og við fundum fyrst ammoníak.

Eftir að vatn kom upp í Sagittaríus B2, vildum við auðvitað leita að öðrum stöðum til að sjá hvort vatn væri algengt. (How the Laser Happened - Adventures of a Scientist: Charles H. Townes, Oxford Universtiy Press, 1999).

Townes lýsti viðbrögðum vinnufélags síns á þennan hátt:

Það hlýtur að rigna á Óríon! Hún hefur mjög sterka vatnslínu. Hann hafði fundið vatn, fullt af því. Óríon vatnslínan var 20 sinnum sterkari en sú fyrri, miklu hærri en við áttum von á.

Rannsakendum kom þetta svo mikið á óvart að þeir endurtóku tilraunina með stærra 26 m löngu loftneti til þess að sannfæra sig, en þeir fundu bara ennþá meira vatn.

Samkvæmt miklahvells-falskenningunni ættu vetni og helín að vera til í miklu meira magni en vatn, en svo er ekki.

Hvaða frumefni er algengast í alheiminum, byggt á útslagi geimgeislunar? - Vatn!

Ekki örvænta þó ég kalli vatn frumefni. Það er frumefni í þeim skilningi að það er byggingarefni á öllu öðru. Þó að vatnssameindin sé byggð úr vetni og súrefni, þá er ekki hægt að búa til vatn úr þeim tveimur efnum. Hver hefur verið í efnafræðikennslu þar sem kennarinn blandar saman súrefni og vetni saman og úr verður vatn? Einmitt. Enginn.

Skilningur okkar á því magni vatns í alheiminum mun breyta hugsunarhætti okkar um uppbyggingu okkar eigin jarðar.