Fulleren: Spitzer entdeckte Buckyballs

Fullerene oder Buckyballs — Kugelstruktur eines Fullerens (C₆₀) zur Veranschaulichung eines von Spitzer im Weltraum entdeckten Moleküls. Buckyballs haben eine Struktur, die mit der geodätischen Kuppel identisch ist. Fulleren wird als Hommage an den Architekten auch „Buckminsterfullerene“ genanntBuckminster Fuller(1895-1983), der die geodätische Kuppel entwarf.

Ein kugelförmiges Molekül im Weltraum

Im Jahr 2010 entdeckte das auf Infrarotbeobachtung spezialisierte Weltraumteleskop Spitzer eine einzigartige Spektralsignatur in einem planetarischen Nebel namens Tc 1, der etwa 6.500 Lichtjahre entfernt liegt. Es entsprach dem eines Fullerens – einem kugelförmigen Molekül, das aus 60 Kohlenstoffatomen (C₆₀) besteht, die wie die Spitzen eines Fußballs angeordnet sind. Diese Struktur wurde 1985 auf der Erde synthetisiert und zu Ehren des Architekten Buckminster Fuller „Buckminsterfulleren“ oder „Buckyball“ genannt. Dies ist das erste Mal, dass ein solch komplexes Molekül in einer astrophysikalischen Umgebung beobachtet wurde.

Die astrophysikalischen Auswirkungen von Fullerenen

Die komplexen Moleküle polymerisieren und fügen sich zusammen, um alle Strukturen zu bilden, die für die Zelle und damit für das Leben nützlich sind. Diese Monomere bestehen größtenteils aus Kohlenstoff. Daher ist die Entdeckung von Buckyballs so wichtig.

Fullerene verfügen über eine bemerkenswerte chemische Stabilität und können extremen energiereichen Umgebungen standhalten. Ihre Entdeckung im Weltraum wirft grundlegende Fragen zur Kohlenstoffchemie in sterbenden Sternen auf. Spektroskopische Spitzer-Signaturen mit Schwerpunkten bei 7,0, 8,5, 17,4 und 18,9 µm bestätigten ihre Anwesenheit in mehreren Regionen, insbesondere in kohlenstoffreichen Staubhüllen. Dies impliziert, dass die Bildung komplexer Moleküle nicht unbedingt die Anwesenheit von Leben oder Wasser erfordert, sondern durch einfache Abkühlung kohlenstoffhaltiger Sternmaterie erfolgen kann.

Materialien für die Technologien von morgen

Buckyballs wecken auch das Interesse von Materialphysikern. Im Labor weisen Fullerene außergewöhnliche elektronische, mechanische und optische Eigenschaften auf. Sie werden im Kontext der Nanotechnologie untersucht, um Supraleiter, Kontrastmittel für die medizinische Bildgebung oder molekulare Käfige für den Transport von Medikamenten herzustellen. Die Tatsache, dass die Natur diese Moleküle spontan im Weltraum produziert, eröffnet spannende Perspektiven auf die präbiotische Chemie und das Potenzial interstellarer Materialien.

Schungit und Fulgurit: Terrestrische Fullerene

geodätische Kuppel — Beschreibung des Bildes: Die Biosphäre ist ein Pavillon, der für die Weltausstellung 1967 (Expo 67) in Montreal auf der Insel Sainte-Hélène errichtet wurde. Es wurde von Richard Buckminster Fuller, einem amerikanischen Architekten, Ingenieur, Erfinder und Philosophen, entworfen.

Natürliche Fullerene: Die verborgenen Schätze in Schungit und Fulgurit

Obwohl Fullerene dank Spitzer im Weltraum identifiziert wurden, wurde ihre Existenz auf der Erde bereits in den 1990er Jahren vermutet. DortSchungit, ein mehr als zwei Milliarden Jahre altes kohlenstoffhaltiges Gestein, das in Karelien (Russland) gefunden wurde, enthält natürlicherweise Spuren von C₆₀ und C₇₀. Seine amorphe Struktur enthält kugelförmige Kohlenstoffaggregate, die Buckyballs ähneln. Ebenso einigeFulgurite– Quarzröhren, die durch Blitzeinschläge in silikatreichen Boden entstanden sind – zeigten das Vorhandensein von Fullerenen, die aus der extremen Energie resultieren, die während des Aufpralls freigesetzt wird. Diese terrestrischen Vorkommnisse legen nahe, dass vorübergehende, aber energetische Bedingungen ausreichen können, um diese Strukturen ohne biologische Eingriffe zu bilden, was ihre Natürlichkeit in sehr unterschiedlichen Umgebungen bestätigt.

Hinweis: Schungit ist ein organisches Mineral, das nur an einem Ort auf der Welt vorkommt: im Nordwesten Russlands, in Karelien, in der Region Shunga des Onegasees, in der Nähe des Weißen Meeres. Der Name Schungit stammt daher von der Region, in der dieser Stein gewonnen wurde. Es wird manchmal Schungit, Chungit oder Schungit genannt.

Hinweis: Fulgurite oder „Blitzsteine“ (vom lateinischen fulgur, was „Blitz“ bedeutet) sind sehr zerbrechliche Naturglasstücke, die im Allgemeinen die Form eines fast zylindrischen Hohlrohrs haben und durch Blitzeinschläge auf einen Felsen entstehen.

Fulleren: eine interdisziplinäre Entdeckung

Der Nachweis von Fullerenen im Weltraum durch Spitzer zeigt die Bedeutung der Schnittstellen zwischen Chemie, Physik und Astronomie. Diese komplexen Moleküle, die früher auf terrestrische Labore beschränkt waren, erscheinen heute als natürliche Bestandteile des interstellaren Mediums. Diese Entdeckung bestärkt die Vorstellung, dass organische Materie in Form komplexer Strukturen in extremen Umgebungen entstehen kann, lange bevor Leben entsteht, und sich auf galaktischer Ebene bewegen kann. Buckyballs sind viel mehr als eine Kuriosität: Sie sind eine Brücke zwischen Sternen und Atomen.