اشعهی كاتدی چیست؟ جریان از این قرار است كه در ساختار بلور فلزّات، به ازای هر اتم یك یا چند الكترون آزاد وجود دارد كه تقریباً در همهی نمونهی فلزّی كه میبینیم میتواند آزادانه حركت كند. میزان انرژی لازم برای این كه بشود این الكترونها را از فلز خارج كرد كم است و البتّه برای فلزّات مختلف متفاوت است. امّا به طور كلّی اگر شما یك قطعه فلز را داغ كنید، میلیاردها الكترون به راحتی انرژی لازم برای فرار كردن از ساختار بلوری فلز را به دست میآورند و از سطح آن جدا میشوند. فلزّاتی كه انرژی لازم برای جدا كردن الكترون از آنها كمتر است، غالباً برای ساخت كاتد به كار میروند و جریانی كه با گرم كردن آنها (كاتد گرم) یا انرژی دادن به آنها به روشهای دیگر (كاتد سرد) به دست میآید، جریان یا اشعهی كاتدی نام دارد. اگر الآن این نوشتهها را روی یك مانیتور CRT میخوانید، در پشت صفحهی مانیتور و دقیقاً روبهروی شما یك تفنگ الكترونی قرار دارد كه الكترونها مورد نیازش را از طریق یك قطعه فلزّ كاتد فراهم میكند و بعد از جهتدهی آنها را به سمت صفحه میفرستد.
اشعه كاتدی: ذرات الكترونی پر انرژی هستند كه از كاتد حرارت دیده ساطع میشوند.
از اشعه های یون زا برای استریل كردن وسائل و بسته های پلاستیكی مثل سرنگ ها و بوات های یكبار مصرف استفاده میشود..
شناخت اشعه کاتدی
طی آزمایشاتی كه بر روی الكترولیز توسط فاراده Faraday انجام شد وی دو قانون معروف خود را به شرح زیر در سال ۱۸۳۰ میلادی منتشر نمود:
۱- در الكترولیز مقدار عنصر آزاد شده متناسب با مقدار جریان الكتریسته است.به عنوان مثال اگر ۱ فاراد یا ۹۶۵۰۰ كولن الكتریسته را ازمحلول نمك حاوی یون تك ظرفیتی جیوه عبور دهیم، ۱ مول اتم جیوه و اگر از محلول نمك حاوی یون دو ظرفیتی عبور دهیم ۰.۵ مول اتم جیوه ته نشین می شود. پس بسته هایی از الكتریسته وجود دارد كه یك بسته از آن ها به سمت فلز تك ظرفیتی و دو بسته به سمت فلز دو ظرفیتی حركت می كنند.
۲- هرگاه مقدار یكسان جریان الكتریسیته را از سه ظرف بگذرانیم كه حاوی نمك ها با ظرفیت های متفاوت هستند، یعنی در ظرف اول نمك یك ظرفیتی، در ظرف دوم نمك دو ظرفیتی و در ظرف سوم نمك سه ظرفیتی داشته باشیم. رسوبهای فلز حاصل از عبور جریان الكتریسیته از ظروف متناسب با جرم اتمی فلز تقسیم بر ظرفیت عناصر آن می باشد.
نتیجه: هر اتم مقداری ثابت بار می گیرد. اتم یك ظرفیتی یك بسته، اتم دو ظرفیتی دو بسته و اتم سه ظرفیتی سه بسته بار می تواند حمل نماید.و هرگز جزء كسری از بار الكتریكی مانند ۱.۲۳ را به خود نمی گیرند. این بسته برای تمام اتمها یكسان است، یعنی الكتریسته از بسته ها یا ذرات كوچكی تشكیل شده اند. كه آنها را الكترون می گوییم.
بعد از آزمایش الكترولیز بر روی مایعات و جامدات نوبت به الكترولیز گازها رسید كه در الكترولیز گازها نتایج زیر به دست آمد:
۱- ولتاژ معمولی از گازها عبور نمی كند.
۲- در ولتاژهای بالا چنانچه فاصله دو الكترود زیاد باشد جریان الكتریسیته عبور نمی كند.
۳- در فشار معمولی به ازای هر سانتیمتر فاصله الكترودها به ۳۰۰۰۰ ولت اختلاف پتانسیل نیازمندیم.
در جریان این آزمایش ها دانشمندان مجبور به ساختن لوله هایی از جنس شیشه شدند تا بتوانند فشار داخل آن را كاهش داده و به بررسی های مختلف بپردازند. بعد از ساخت این لوله ها دانشمندان به نتایج زیر دست یافتند:
۱- در فشار 0.1 اتمسفر اگر ولتاژ ۱۰۰۰۰ ولت برقرار شود، گاز درون لوله ملتهب شده و به رنگ های گوناگون پرتو افشانی می نماید. به عنوان مثال نئون رنگ قرمز، هوا رنگ صورتی ملایم، بخار سدیم رنگ زرد و بخار جیوه رنگ آبی مایل به سبز را ایجاد می نماید.
۲- در فشار کمتر از 0.0001 اتمسفر و ولتاژ بالای ۱۰۰۰۰ ولت جداره شیشه ملتهب شده و نور سبز مغز پسته از خود منتشر می نماید.
۳- با کم کردن فشار تا 0.000001 اتمسفر روشنایی از بین رفته و نوعی درخشندگی یا تابش مهتابی در دیواره لوله ایجاد می شود که در حضور صفحات فلوئور به طور کامل قابل مشاهده است.
این اشعه که توسط ویلیام كروكس William Crookes كشف گردید به اشعه کاتدی معروف شد. اشعه كاتدی نیز به نوبه خود مورد مطالعه قرار گرفته و ویژگی های یكی پس از دیگری كشف گردید. به آزمایش های زیر و نتایج به دست آمده از آنها توجه كنید:
۱- برای اینكه ماهیت این اشعه هرچه بیشتر برای ما روشن گردد یك مانع بین دو الكترود در لوله قرار می دهیم.
همانطور كه مشاهده می شود ، در سمت آند سایه ای تشكیل می شود و این بدان معناست كه اشعه از كاتد خارج شده و به سمت آند حركت می كند. همچنین می توان نتیجه گرفت كه این اشعه به خط مستقیم سیر می كند.
۲- جابجایی کاتد در لوله تأثیری در جهت اشعه نداشته و اشعه به خط مستقیم سیر می نماید.
به محل قرار گرفتن آند توجه کنید.
۳- جنس كاتد را تغییر می دهیم ولی در اشعه هیچ تغییری مشاهداه نمی شود. بنابراین ماهیت اشعه به جنس كاتد بستگی ندارد و تمام فلزات توان تولید این اشعه را دارند.
۴- جنس گاز داخل لوله را تغییر می دهیم ولی باز در ماهیت اشعه تغییری مشاهده نمی شود. بنابراین ماهیت اشعه به جنس گاز داخل لوله بستگی ندارد.
۵- یك فرفره پره دار را در مسیر اشعه قرار می دهیم.
مشاهده می شود كه مدتی پس از شروع به كار دستگاه فرفره شروع به حركت می نماید. این مطلب نشان دهنده آن است كه اشعه كاتدی حامل ذراتی است كه دارای انرژی هستند. این ذرات پس از برخورد با پره های فرفره انرژی خود را به پره ها می دهند به همین دلیل پره ها گرم شده و باعث گرم شدن گاز اطراف خود می شوند. گاز گرم شده درون لوله توسط جریان همرفتی به حركت درآمده و باعث چرخش فرفره می گردد.
۶- یك میدان الكتریكی قوی را از خارج لوله بر اشعه اثر می دهیم.
همانطور كه مشاهده می شود، اشعه در میدان الكتریكی به سمت قطب مثبت منحرف می شود. یعنی اینكه دارای بار منفی است.
۷- از خارج از لوله یك میدان مغناطیسی را بر اشعه اثر می دهیم.
اشعه در راستای عمود بر میدان در جهتی منحرف می شود كه از بار ذرات دارای بار منفی انتظار می رود. بنابراین اشعه از جنس ذرات باردارمی باشد.
بنابراین با توجه به آزمایشات فوق داریم:
0- اشعه کاتدی از ذراتی که دارای بار منفی هستند تشکیل شده است. این ذرات را در سال ۱۸۷۴ الکترین نامیدند که در سال ۱۸۹۱ بعد از آزمایشات فوق این نام به الکترون تغییریافت.
۲- این اشعه به نوع فلز کاتد یا گاز داخل لوله بشتگی نداردُ بنابراین تمام مواد دارای الکترون هستند.
بعدها از اشعه کاتدی در ساخت تلویزیون ها و مانیتورها استفاده شد، ساخت این تجهیزات شاید بدون اشعه كاتدی میسر نمی شد. به صفحه نمایش مانیتورها و تلویزیون هایی با استفاده از اشعه كاتدی تصویر را ایجاد می نمایند بطور اختصاری CRT گفته می شود كه مخفف Cathode Ray Tube می باشد. در شكل نحوه عملكرد این نمایشگرها را می بینید.
با توجه به اینکه آزمایشات فوق نشان دهنده وجود ذره ای کوچکتر از اتم با بار منفی هستند، بنابراین نظریه اتمی دالتون به چالش بزرگی كشانده شده است، اما در علم برای اثبات وجود یك ذره باید مختصات آن ذره یعنی جرم و مقدار بار آن تعیین گردد.
کاربردهای دیگر فیزیک هسته ای
1- برای کشف مطلبی اگر احتیاج به تجزیه و تحلیل موادی باشد که هیچ گونه امکان کنترلی روی آن نیست چه کاری میتوان انجام داد؟ مثلاً اگر بخواهیم مقداری خاک کفش مشخص مظنونی یا موی سر یک انسان و یا نفت خام یک کشتی را که مقداری از کالای خود را بطور غیر قانونی در جای دیگر فروخته است تجزیه و تحلیل نمایید، چه کاری میتوانیم بکنیم؟ البته میتوان از روش شیمیایی استفاده کرد؛ اما روش سریع و مطمئن تری هم وجود دارد. نمونه ای از ماده ای را که نیاز به تجزیه دارد برداشته و آن را با ایزوتوپ رادیواکتیو مخلوط میکنیم، نمونه رادیواکتیو شده را در یک راکتور تحقیقاتی به وسیله نوترون بمباران میکنیم. با جذب نوترون نمونه پایدار شده و اتم های جسم مورد آزمایش نیز رادیواکتیو میشوند و تابش میکنند. مقدار تابش برای هر عنصر متفاوت است. بنابراین اگر ده عنصر مختلف در نمونه داشته باشیم، ده نوع تابش مختلف نیز خواهیم داشت. از روی این تابشها میتوان نوع و میزان عناصر تشکیل دهنده نمونه را مشخص کرد. از این روش میتوان برای ردیابی آلودگی هوا و هم چنین آلودگی دریا توسط نفت کشها استفاده کرد. با آزمایش 40 نوع نفت مختلف که در نقاط مختلف جهان استخراج میشوند دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در تمام مواد نفتی هفت نوع عنصر مشترک وجود دارد. اما مقدار آنها در نفتی که در یک نقطه استخراج میشود با نفت نقطه دیگر دنیا متفاوت است.
هنگامی که مواد نفتی در جایی مشاهده میشوند نمونه ای از آن به آزمایشگاه برده شده و در معرض تابش نوترونی قرار میگیرد و به این ترتیب عناصر مختلف آن و مقدار آنها مشخص میشود. و میتوان به طور دقیق اعلام کرد که کدام کشتی مسئول آلوده سازی بوده است.
یک روش ساده و سریع، برای تجزیه هوای آلوده نیز وجود دارد. ابتدا وسیله صافی هایی آلودگی هوا گرفته میشود. و سپس به وسیله همان روشی که در بالا توضیح داده شده نوع و مقدار عناصر زیان آور موجود درا آن مشخص میشود. با تهیه نقشه های برای آلودگی هوا مشابه نقشه های تغییرات جوی، میتوان پیش گویی هایی در مورد آلودگی هوا انجام داد و اقدامات لازم را در رابطه با پاکیزه نگه داشتن هوا انجام داد.
2- یکی دیگر از کاربردهای تابش های هسته ای تصویر برداری است. همانطور که میدانید برای تصویر برداری از اجسام تیره ( کدر ) مثل بدن انسان از اشعه ایکس استفاده میشود. حالا اگر از اشعه ای پرانرژی تر از اشعه X استفاده کنیم، قابلیت نفوذ در عمق بیشتری را دارد و به این ترتیب از اجسام ضخیم تر نیز میتوان عکس برداری کرد. اشعه گاما خیلی از اشعه X قوی تر است و میتواند در فلزات و اجسام تیره به قطر چند اینچ نفوذ کند و این امکان را برای مهندسین فراهم کند تا داخل ماشین آلات را ببینند.
3- ردیابی ایزوتوپ رادیواکتیو را تقریباً در تمام مراحل تأسیسات صنعتی پتروشیمی میتوان مشاهده نمود. هنگام کشف و استخراج نفت، دانشمندان میله های رادیواکتیو را داخل چاههای آزمایشی فرو برده، سپس میزان انتشار تشعشع رادیواکتیو را در طبقات مختلف اندازه میگیرند زمین شناسان میزان بازتاب اشعه رادیواکتیو را ثبت نموده و یک تصویر واضح و دقیق از طبقات زیرین جهت حفاری بیشتر برای رسیدن به نفت در آن منطقه یا متوقف کردن کار به دست میآورند، در تأسیسات تصفیه و پالایش از ردیابی های ایزوتوپ های رادیواکتیو جهت دنبال کردن مواد پتروشیمی و آماده سازی آنها در قسمتهای مختلف استفاده میشود. در مرحله نهایی محصولات مواد نفتی تصفیه شده جهت تعیین درجه خالص بودن آنها با استفاده از ایزوتوپهای رادیواکتیو آزمایش میشوند در هنگام انتقال مواد نفتی در فاصله های زیاد، چون شرکتهای مختلف نفتی از لوله های نفت مشترک استفاده میکنند ردیابی ایزوتوپی مختلف جهت علامت گذاری ابتدای انتقال هر محموله نفتی به کار برده میشوند.
0کهکشان ما
(کهکشان راه شیری) Galaxy
کهکشانی که
خورشید و ستارگان همسایه ما در آن قرار دارند.این کهکشان از
نوع مار پیچی می باشد و بیش از صد ها هزار میلیون منظومه دارد،که هر یک همانند
منظومۀ شمسی هستند نزدیکترین منظومه به ما در این کهکشان منظومه ای است که خورشیدِ
آن پروکسیما نام دارد و در فاصلۀ 25/4 سالِ نوری از ما قرار دارد
· منظومه شمسی Solar System
منظومهای
متشکل از سیارات ، اقمار ، سیارکها و ستارگان دنباله دار که به دور خورشید در گردشند.یکی از منظومه
های کهکشان راه شیری است که عمر آن حدودِ 10 میلیارد سال تخمین زده میشود
· خورشید (شمس) Sun
مرکز منظومۀ شمسی که بیشترین حجم آن از هیدروژن (73درصد) وهِلیُم
(25 در صد) تشکیل شده دمای سطح آن حدودِ 6000 درجۀ سانتیگراد ودمایِ مرکز
حدود آن ده میلیون درجۀ سانتیگراد می باشد . چگونگیِ ایجاد نور و حرارت(انرژی) در
این ستاره بر اثر واکنش های هسته ای (فوزیون)می باشد.
قطر خورشید 4/1 میلیون کیلو متر می باشد،یعنی
110 برابر قطر زمین.
در خورشید قسمت های سردتری هم وجود دارد به لکه های خورشیدی Sunspotمعروفند.
مدار سیارات بدورِ خورشید بیضوی است و خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد
· آیا میدانید اگر شعاع کره ای n برابر شود حجم آن چند برابر میشود ؟
· حجم
کره n به توان 3 ،
برابرمیشود.
بنا براین حجم خورشید 110 به توان ِ
3 برابر ِ حجمِ زمین میشودیعنی:
1331000=110×110×110 برابر حجمِ
زمین
· تیر (عطارد) Mercury
عطارد
نزدیکترین سیاره به خورشید است. قطرآن 4878Km میباشد ، دمای آن در روز به
400 درجه سانتیگراد میرسد. در این دما سرب هم ذوب میشود. شبها دما افت میکند و احتمالا تا
200 درجه سانتیگراد پایین میآید. عطارد جَو ندارد و نمیتواند گرما را نگه دارد. از اینرو دمای شب و روز آن تفاوت
زیادی باهم دارند. یک بار چرخش آن به
دور خود 59 روز و یک بار گردش آن به دور خورشید 88 روز طول میکشد. مدار عطارد کاملا به شکل بیضی است و در
نتیجه فاصله آن از خورشید بین 47 تا 69 میلیون کیلومتر تغییر میکند. این سیاره کوچک اندکی از ماه
بزرگتر است.
· زهره(ناهید) Vanus
ستاره شام
نامیده میشود. . قطرآن 12104Km میباشد. این سیاره درخشان بیش از هر سیاره دیگر ، به زمین نزدیک میشود و در نزدیکترین نقطه به 42
میلیون کیلومتری ما میرسد. در
روشنترین حالت ، پس از ماه ، درخشندهترین جرم آسمانی است. هنگام طلوع خورشید درمشرق دیده میشود
و هنگام غروب خورشید در مغرب. چگالی آن 1/5 گرم بر سانتیمتر مکعب است.
مدت زمانِ گردش آن به دور خورشید 225 روز می باشد ویک شبانه روز در آنجا59 روز ِ
زمینی طول می کشد (حرکت وضعی)
· زمین (ارض) Earth
سومین و تنها سیارۀ مسکونی در منظومۀ شمسی با قطر12756Km است. مدت زمانِ گردش
آن به دور خورشید تقریبا 365 روز ومدت
گردش بدور خودش حدود 24 ساعت می باشد .میانگینِ فاصلۀ زمین از خورشید 150،000،000Km می باشد.
سرعت حرکت زمین
بدور خورشید s/32Km می باشد (تقریباً 115000Kmدر ساعت)
·
بهرام
(مریخ) Mars
مریخ ، سیاره
سرخ فام منظومه شمسی ، نصف زمین قطر دارد، (6794Km) و مساحت سطح آن برابر با مساحت خشکیهای روی زمین است. درست مانند
زمین ، یخهای قطبی ، درههای عمیق ،
کوه ، غبار ، طوفان و فصل دارد. مدت زمانِ گردش آن به دور خورشید 687 روز می باشد .و طول شبانه روز در آنجا حدود
5/24ساعت می باشد
·
مشتری(برجیس)Jupiter
مشتری ، پنجمین
و بزرگترین سیاره منظومه شمسی است.که قطر آن143884Km
می باشد،10 ساعت طول می کشد تا یک دور بدور خود بچرخد(حرکت وضعی) و 12 سال طول
میکشد تا یک دور بدور خورشید بچرخد این غول گازی ، اتمسفر ضخیمی دارد، 39 قمر شناخته شده دارد ونیز
حلقهای تیره و آشکار دارد. مهمترین مشخصۀ
آن ، نوارهای عرضی و لکۀ بزرگ قرمز رنگ (که طوفان است ) میباشند
· زحل (کیوان) Saturn
زحل از نظر
فاصله از خورشید ششمین سیاره منظومه شمسی است که با وجود حلقههای بسیار زیبایش سیارهای شگفت انگیز میباشد،
حلقههایی که از دهها هزار ذره
و تکههای یخ تشکیل یافتهاند و در ضخامتی بیش از دهها متر دور سیاره در گردش هستند.قطر آن 120536Km می
باشد (تقریباً 12 برابرِ قطر زمین) و حدودِ 30 سال ِ زمینی طول می کشد تا یک دور
بدورِ خورشید بگردد، شبانه روزِ آن تقریباً 10 ساعت است(حرکت وضعی).
·
اورانوس Uranus
اورانوس هفتمین
سیاره نزدیک به خورشید و سومین غول از چهار غول گازی است. جُبهای از گاز و یخ هسته سنگی این سیاره را
پوشانده است. جَو اطراف جبه
غالباً از متان ساخته شده ، که این گاز باعث وجود رنگهای آبی و سبز که از مشخصات بارز این سیاره
هستند، میشود. اورانوس در کنارههای خارجی و سرد منظومه شمسی قرار داشته ، دمای ابرهای فوقانی آن به 210 درجه سانتیگراد
زیر صفر (346- درجه فارنهایت) میرسد.
علی رغم داشتن 15 قمر و یک منظومه حلقوی ، سطح اورانوس مشخصه خاصی ندارد. تنها مشخصاتی که تا کنون مشاهده شدهاند چند ابر
متانی هستند که در سال
1986 بوسیله کاوشگر فضایی ویجر2 کشف شدند.
۸۴ سال زمینی طول
میکشد تا اورانوس یک دور گرد خورشید بزند
· نپتون Neptune
نپتون هشتمین
سیاره نزدیک به خورشید و چهارمین غول گازی است. از لحاظ اندازه و ساختار شبیه به سیاره همسایهاش ،
اورانوس ، میباشد. جو آبی رنگ و درخشان
این سیاره بخاطر وجود گاز متان در آن است. شکلهای ابر مانند متعدی روی این سیاره وجود دارند که
مهمترین آنها لکه سیاه بزرگ نام دارد. این لکه ، مجموعه طوفانی عظیمی به بزرگی کره زمین است. شکلهای ابر مانند نپتون ، توسط سریعترین
بادهای منظومه شمسی با سرعتی معادل 2200 کیلومتر در ساعت (1370 مایل در ساعت) جابجا میشوند. زیر این
ابرها ، جبهای از یخ و گاز و هستهای
سنگی و کوچک قرار دارد.
· پلوتو Pluto
نهمین سیاره
منظومه شمسی ، پلوتون (سیاره تنها) در سال
1930میلادی توسط کلاید تامباو از طریق عکسبرداریهای
متوالی کشف شد.قطر
آن2445Km میباشد اختر شناسان تا مدت ها فکر می کردند این سیاره یکی
از اقمار سیارۀ نپتون می باشد. به علت دوریِ مسافت از این سَیاره دانشمندان
اطلاعات چندانی از آن ندارند
· اجزای دیگر منظومۀ شمسی
دنباله دارها: این اجرام که
از جنس غبار و یخ هستند شبیه گلولۀ برفِ گل آلود می باشند، هنگامیکه به خورشید
نزدیک میشوند یخ آنها ذوب شده بصورت بخار در می آیند که نور خورشید را منعکس کرده
و بصورت دُم درازی به طول هزاران کیلو متر دیده میشود.
مدار دنباله
دارها با مدار سیاره ها در یک صفحه قرار ندارند بنا براین احتمال بر خورد آنها با
هر یک از سیاره ها میرود.
مدار دنباله
دارها طوری می باشد که خورشید در مرکز آنها نیست ، از اینرو گاهی به حدی به خورشید
نزدیک میشوند که جذب آن شده و در آن سقوط میکنند و زمانی آنقدر از خورشید دور
میشوند که از مدار خارج شده و در فضا رها
میشوند.
معروفترین ِ
دنباله دارها هالی است که هر 76 سال یک بار بدور خورشید میگردد.این دنباله
دار آخرین بار در سال1986 در آسمان ِ زمین دیده شد.
· قمر ها: از اجزای دیگر منظومۀ
شمسی می باشند که گردِ سیارات میگردند بجز عطارد و زهره همۀ سیارات قمر دارند. کرۀ
ماه با قطر3200Km قمر سیارۀ زمین
میباشد.
· سیارک ها: در فاصلۀ بین مریخ و
مشتری قطعاتی از سنگ وفلز با اندازه های از چند سانتیمتر تاچند صد کیلو متر وجود
دارند که به آنها سیارک میگویند که بر روی یک مدار در گردشند ، و با توجه به فاصلۀ
زیاد مریخ و مشتری این احتمال وجود دارد که در آنجا سیاره ای وجود داشته که به
عللی متلاشی شده است.
منظومۀ شمسی با
این همه وسعت در مقابل کهکشان راه شیری همچون غباری نا چیز به حساب می آید ،حال
آنکه تاکنون میلیاردها کهکشان در کیهان شناخته شده است.
آیا واقعاً کائنات نا محدود است ! ! ! ؟ ؟ ؟
در حدود چهار میلیارد سال پیش سطح زمین پوشیده از مواد مذاب بود و امكان تشكیل حیات بر روی كره زمین وجود نداشت . پس از مدتی سطح سیاره زمین سرد شد وپوستهای سنگی آنرا فرا گرفت .بخار آب موجود در اتمسفر متراكم شد و با بارش باران اقیانوس های وسیعی بر روی كره زمین به وجود آمد ؟ بسیاری از زیست شناسان اعتقاد دارند كه حیات اولین بار در این اقیانوس های حاصل از باران به وجود آمده است و به عقیده آنان تكامل جانداران صدها میلیون سال طول كشیده است و شواهد حاكی از این است كه زمین مدتها قبل از پیدایش حیات وجود داشته است كه این شواهد را اندازه گیری سن زمین نشان می دهد.
مواد شیمیایی و پایه ای حیات چگونه تشكیل شدند ؟
نظریه های علمی بیانگر این مطلب است كه در نخستین مراحل پیدایش حیات ملكولهای غیر زنده در طی واكنش هایی شیمیایی با هم تعداد زیادی ملكول های آلی ساده را تشكیل دادند و این ملكولهای ساده با استفاده از انرژی های محرك( از قبیل انرژی خورشید ، گرمای حاصل از فعالیت های آتشفشانی و رعدو برق) ملكولهای پیچیده تری را به وجود آوردند.این ملكولهای پیچیده واحدهای سازنده اولین سلولها را تشكیل دادند و این فرضیه كه بسیاری از واحد های آلی سازنده حیات نخستین بار از ملكولهای غیر زنده تشكیل شده اند بارها مورد آزمایش قرار گرفت و از لحاظ علمی تایید شد.
درباره چگونگی تشكیل حیات چندین نظریه وجود دارد كه تعدادی از آنان را برای شما معرفی می كنیم .
1- مدل سوپ بنیادین :
در دهه 1920 دانشمندان اظهار داشتند كه در اقیانوس های اولیه زمین یكباره مقدار زیادی مواد آلی پدید آمدند و این نظریه به مدل سوپ بنیادین مشهور است .تصور دانشمندان بر این است كه درآن هنگام اقیانوس های زمین مملو از ملكولهای آلی مختلف بودند.این دانشمندان فرض كرده بودند كه این ملكولها در اثر انرژی حاصل از تابش خورشید ؟ انفجارهای آتشفشانی و رعد و برق پدید آمده بودند.پس از آن گروهی از دانشمندان اعلام كردند كه در جو اولیه زمین اكسیژن وجود نداشته است و در عوض غنی از نیتروژن،هیدروژن و گازهای دارای هیدروژن مانند بخار آب و آمونیاك و متان بوده است .در آن زمان انرژی خورشید یا انرژی الكتریكی حاصل از رعد و برق این ملكولها را به سطوح انرژی بالاتر ( ملكولهای برانگیخته ) انتفال داده اند.
استانلی میلر ( Stanley Miller ) در نیمه های قرن بیستم مدل سوپ بنیادین را آزمایش كرد . وی گازهای متان و بخار آب ، آمونیاك و هیدروژن را درون دستگاهی قرار داد و منظور شبیه سازی رعدو برق از یك جرقه الكتریكی استفاده كرد ، بعد از چند روز وی در آن دستگاه تركیبات متعددی پیدا كرد كه این تركیبات شامل برخی از عناصر تشكیل دهنده حیات از جمله آمینو اسیدها ، اسیدهای چرب و كربوهیدراتها بودند.این نتایج نشان میدهد كه برخی از مواد شیمیایی پایه ای حیات در شرایطی مشابه شرایط آزمایشگاهی میلر پدید آمدند.
دلیل مردود بودن آرمایشات میلر را از نظر سایر دانشمندان :
تحقیقاتی درباره مدل سوپ بنیادین :
اکتشافات جدیدی که بعد از نظریه سوپ بنیادین به دست آمد باعث ارزیابی مجدد مدل سوپ بنیادین شد . در زمان آزمایش میلر زیست شناسان تصور می کردند که پیدایش حیات در حدود یک میلیارد سال پیش روی داده است . اما اندازه گیری سن زمین و کشف سنگواره هایی که 5/3 میلیارد سال سن داشتند نشان داد که حیات در واقع بسیار پیشتر از آن تشکیل شده است .ما اکنون می دانیم که مخلوطی از گازهای مورد استفاده در آزمایش میلر هنگام پیدایش حیات وجود نداشته است .
در آن زمان زمین فاقد لایه حفاظتی اوزون بوده است و پرتوهای ماورای بنفش بدون اوزون همه آمونیاک ها و متانهای موجود در اتمسفر را از بین می برند .از سوی دیگر در صورتی که گازهای آمونیاک و متان در آزمایش میلر وجود نداشته باشند .بعد از مردود شناختن نظریه میلر دانشمندان مدلی دیگر به نام مدل حباب را پیشنهاد کردند.
2- مدل حباب :
چندی بعد دانشمندان اعلام کردند که فرآیندهای کلیدی که مواد شیمیایی مورد نیاز برای حیات را به وجود آوردند درون حباب های سطح اقیانوس ها انجام شده است .
این مدل شامل پنج مرحله اصلی است :
1- آمونیاک , متان و دیگر گازهای حاصل از انفجار های آتشفشانی زیر دریایی در حباب های زیر دریا محبوس می شدند .
2- متان و آمونیاک های مورد نیاز برای تشکیل آمینو اسید ها درون حباب ها در مقابل صدمات حاصل از اشعه ماورای بنفش محفوظ می ماندند .
3- حباب ها به سطح اقیانوس ها می آمدند و و پس از ترکیدن ؟ ملکول های آلی ساده آزاد می کردند .
4- ملکول های آلی ساده ضمن انتقال توسط باد و حرکت به سمت بالا در معرض اشعه ماورای بنفش نور خورشید و رعد و برق قرار می گرفته اند و در نتیجه نیروی لازم برای واکنش های بعدی برایشان فراهم می شد .
5- باران بسیاری از این ملکول های آلی را که به تازگی تشکیل شده بودند به درون اقیانوس می برد و چرخه دیگری را شروع می کردند .