Зачем астрохимия моделирует процессы, протекающие в межзвёздном пространстве?

Наука и жизньНаука

Периодический закон работает в масштабах Вселенной

Беседу ведёт Наталия Лескова.

Рисунок: Alexey Gomankov (based on work of Robert Hurt)/ Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

В межзвёздном пространстве, в суровых космических условиях протекают на удивление разнообразные химические процессы. Причём такие, что их сложно понять с точки зрения «земной» химии. Моделированием этих процессов занимается астрохимия, и не только теоретически, но и в лабораторных условиях.

Рассказывает доктор физико-математических наук Андрей Столяров, заведующий кафедрой лазерной химии химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

— Андрей Владиславович, вы заведуете кафедрой лазерной химии. Как лазеры помогают изучать химию звёзд?

— Образовалась наша кафедра тридцать с лишним лет назад, в конце 1980-х годов. Организовывал её профессор Юрий Яковлевич Кузяков, в то время декан химического факультета. Тогда были большие надежды на то, что с помощью лазера можно будет управлять химическими реакциями: делать их более селективными, целенаправленными, с хорошим выходом целевого продукта…

— Не получилось?

— Нет, к сожалению. Но другие направления оказались востребованы при изучении строения изолированных атомов и молекул, например атомно-молекулярная лазерная спектроскопия в газовой фазе. Метод очень хорош, он вытеснил остальные спектральные методы анализа. Информация о любой материи из космоса поступает исключительно путём спектрального анализа электромагнитного излучения. А молекулярная спектроскопия — наша основная специальность. Никакие другие аналитические методы, к которым мы привыкли на Земле, например, масс-спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ, — не реализуются при анализе удалённых космических объектов.

Андрей Владиславович Столяров.

— Астрохимия – достаточно молодая область исследований…

— Это так. Увлечение моё астрохимией началось почти случайно. В 2010 году физфак решил возродить курс общей и физической химии для своих студентов. Но на физическом факультете есть астрономическое отделение — астрономов там набирают специальной группой, и есть астрономический институт — ГАИШ, который их курирует. Астрономы сказали, что «обычная» химия им не очень интересна, так как в 99% случаев она не реализуется в космосе. Им нужна химия, которая имеет хоть какое-то реальное отношение к космосу. Профессор Вадим Вадимович Ерёмин, один из ведущих лекторов курса химии на физическом факультете, порекомендовал меня, зная, что я занимаюсь спектроскопией. О существовании астрохимии я ещё даже не подозревал, но мог предположить, о чём надо рассказывать астрономам. В кабинете у академика Анатолия Михайловича Черепащука, тогда директора ГАИШ, я познакомился с Дмитрием Зигфридовичем Вибе, узнал, что он занимается астрохимией, и с 2011 года мы совместно с ним читаем курс «Астрохимия — молекулы во Вселенной». Это межфакультетский курс для студентов «не-химиков». Довольно успешно читаем — приходят биологи, геологи, филологи, юристы, социологи. Такой общеобразовательный курс по выбору, который пользуется большим спросом. Но астрохимия — довольно молодая и специфическая наука, и людей, которые ею смогут заниматься, всегда будет очень мало. Она абсолютно мультидисциплинарная — нужно знать астрономию, физику, причём молекулярную, астрофизику, химию...

— А биологию?

— Может быть, и биологию, но, на мой взгляд, это пока в большей степени неоднозначная история — искать жизнь в космосе. Мы пока даже точно не знаем, как возникла жизнь на Земле. Искать что-то там, о чём мы вообще не имеем никакого представления, — слишком абстрактный подход, поэтому к астробиологии на данном этапе лично я отношусь довольно скептично. Хотя «предбиологические» молекулы, аминокислоты в космосе ищут и даже находят.

— Почему химики неохотно идут в астрохимию?

— У традиционной химии и астрохимии совершенно разное целеполагание: основная задача химии — синтез новых веществ и материалов, идеально с нужными и заранее заданными свойствами. В астрохимии вообще не ставится такой цели и задачи. Там, в космосе, что есть, то и есть. Но недостаточно просто обнаружить какую-нибудь молекулу в космосе, необходимо понять механизм её образования в неземных условиях — это, очевидно, другой, наверное, более фундаментальный аспект исследования. Всё-таки химия — прикладная наука, в основном работа руками. А в астрохимии вообще ничего нельзя сделать своими руками, остаётся только пассивно наблюдать. Отсюда происходит слово обсерватория — наблюдение. Иногда даже охватывает состояние полной безнадёжности. Чтобы найти что-то стоящее, надо заранее знать, что именно ты хочешь найти, чтобы это реально увидеть.

— А что вы хотите увидеть?

— Химические соединения, молекулы, которые бы подтвердили предполагаемые нами механизмы образования и пути модификации вещества во Вселенной. Одна из задач астрохимии — понять, как химически эволюционируют астрономические компоненты Вселенной в течение времени.

— Удалось ли что-то понять?

— С моей точки зрения, пока что есть только зачатки понимания. Важно совместить химическую эволюцию объекта с физической. Физическая эволюция — как звёзды появляются, как планеты образуются. Более или менее это понятно, хотя астрономы и астрофизики скажут, что у них тоже не всё в порядке и не всё понятно, но мне кажется, что у них есть больше надёжной наблюдательной информации.

При этом неизбежно происходит и химическая эволюция вещества, составляющего основу наблюдаемых астрономических объектов, ведь звёзды и межзвёздная среда — это материя, где в силу значительных вариаций внешних физических условий в течение долгого времени могут происходить сильные химические изменения. Одновременное сочетание химической эволюции с физической — глобальная задача современной астрохимии, и она является нерешённой на сегодняшний день. Есть отдельные попытки изучить химическую эволюцию некоторых областей космического пространства. Но чтобы установить неразрывную связь с физической эволюцией — такого ещё нет.

— Почему?

— Потому что это очень сложно. Сложно решить даже чисто физические уравнения движения, а накладывать на них дополнительно и химические реакции — отдельная задача, пока нерешаемая. А главное — у нас нет необходимой входной информации.

Вакуумная камера-«кастрюля» (без крышки), используемая для создания давления и химического состава, соответствующих земной атмосфере на различных высотах.

— Как же вы занимаетесь астрохимией, если нет информации?

— Нет полной информации, но всё-таки что-то уже известно. Астрохимию можно представить в виде трёх неразрывно связанных частей. Первая — наблюдательная: нужно регистрировать и отождествлять спектры, искать начальные, конечные и промежуточные соединения всевозможных астрохимических реакций. Задача сама по себе непростая: в космосе совсем другие физические условия по сравнению с Землёй, и это ещё одна из причин, почему трудно даются астрохимические исследования. К сожалению, наш земной химический опыт почти нерелевантен для открытого космоса. У нас большинство химических процессов происходит в жидкой фазе и в довольно узком интервале температур, а в космосе жидкости почти нет, и там либо очень холодно, либо очень жарко. Есть относительно немного твёрдой фазы, но в основном газообразная, причём сильно разреженная или в виде плазмы. Поэтому опыт осуществления обычных химических реакций — органических и неорганических — там никак не работает, и вещества, которые там образуются, на Земле часто вообще отсутствуют.

А в космосе они точно есть, так как мы регистрируем их спектры. Это очень активные с химической точки зрения частицы — радикалы и заряженные ионы (катионы и анионы). На Земле они тут же нейтрализуются и исчезают, вступая в химические реакции, а там им не с чем взаимодействовать, и они могут существовать продолжительное время, вполне достаточное для их спектральной регистрации. Их можно и нужно анализировать, пытаясь понять, как они устроены, но раз их нет на Земле, нам не с чем сравнивать их спектры. Поэтому одна из задач теоретической астрохимии — предсказывать спектры этих веществ.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

На краю земли На краю земли

Столетиями маяки выдерживают натиск стихии, подавая спасительные сигналы

Вокруг света
10 признаков того, что вы недостаточно заботитесь о себе 10 признаков того, что вы недостаточно заботитесь о себе

Сигналы, которыми организм дает понять, что он на грани истощения

Psychologies
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Многоразовый космический корабль Многоразовый космический корабль

Как космический корабль «Буран» опередил свое время

Наука и техника
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Не только смартфон Не только смартфон

Полезные гаджеты и лучшие приложения для учебы

Лиза
Польша между двух рек и трёх спичек Польша между двух рек и трёх спичек

Как Большая тройка определяла границы, статус и политическое устройство Польши

Дилетант
В дружеских объятиях дракона: принесет ли Китай пользу российской отрасли видеоигр В дружеских объятиях дракона: принесет ли Китай пользу российской отрасли видеоигр

Какими перспективами может обернуться сотрудничество в отрасли видеоигр РФ и КНР

Forbes
«Всё сам. Всё сам» «Всё сам. Всё сам»

Ход обсуждения, а фактически — судилища, был зафиксирован Владимиром Малиным

Дилетант
15 модных словечек и фраз, которые стоит позаимствовать из словаря зумеров 15 модных словечек и фраз, которые стоит позаимствовать из словаря зумеров

Разбираем зумерский сленг, чтобы найти с ними общий язык

Psychologies
Рост заболеваемости раком легких в России объяснили распространением методов диагностики Рост заболеваемости раком легких в России объяснили распространением методов диагностики

К концу 2010-х годов в России наблюдался рост заболеваемости раком легких

N+1
Это смело. 5 неочевидных особенностей кроссовера Jaecoo J7 Это смело. 5 неочевидных особенностей кроссовера Jaecoo J7

Кроссовер Jaecoo J7 обладает целым рядом интересных особенностей

РБК
Золотой завтрак: как хлопья стали символом успеха для олимпийских чемпионов Золотой завтрак: как хлопья стали символом успеха для олимпийских чемпионов

Почему попасть на коробку хлопьев Wheaties — мечта многих спортсменов

Forbes
Моменты внезапных прозрений позволят «заглянуть» в сознание Моменты внезапных прозрений позволят «заглянуть» в сознание

В моменты «скачков» обучения сознание выражается наиболее полно и глубоко

ТехИнсайдер
Как устроить ролевую игру, если ты не знаешь, с чего начать: 8 полезных советов Как устроить ролевую игру, если ты не знаешь, с чего начать: 8 полезных советов

Итак, вы решили попробовать ролевые игры — с чего начать?

VOICE
Как США создали «город грехов» и мировую столицу азартных игр? Интересные факты о Лас-Вегасе! Как США создали «город грехов» и мировую столицу азартных игр? Интересные факты о Лас-Вегасе!

Как менее чем за сто лет Лас-Вегас превратился в «мировую столицу развлечений»?

ТехИнсайдер
Что такое «фанфляция», или почему у вас так мало денег на банковской карте Что такое «фанфляция», или почему у вас так мало денег на банковской карте

«Фанфляция» — на чем строится современная культура потребления

Psychologies
11 вещей, которые сделают жизнь ребенка с аутизмом проще 11 вещей, которые сделают жизнь ребенка с аутизмом проще

Как создать комфортную и поддерживающую среду для ребенка с РАС

Psychologies
Нужно ли рассказывать всю правду о себе партнеру: 3 истории Нужно ли рассказывать всю правду о себе партнеру: 3 истории

Три истории, которые доказывают: иногда не стоит раскрывать всю правду партнеру

Psychologies
Идти ли к психологу? 6 поводов для сомнений Идти ли к психологу? 6 поводов для сомнений

Какие страхи и предубеждения мешают обратиться к психологу?

Psychologies
Ученые доказали, что мыслительная деятельность может приносить боль Ученые доказали, что мыслительная деятельность может приносить боль

Вы когда-нибудь чувствовали, как мозг горит после изнурительного рабочего дня?

ТехИнсайдер
Сезонная эстафета клематисов Сезонная эстафета клематисов

Видовое разнообразие рода клематисов для садового дизайна

Наука и жизнь
Не те герои Не те герои

Минфин планирует активно выводить на рынок акций национализированные компании

Монокль
Древесину липы случайно превратили в суперчерный материал Древесину липы случайно превратили в суперчерный материал

Материаловеды случайно превратили древесину липы в суперчерный материал

N+1
Удаляют себе ногти на ногах! Вот на какие жертвы идут бегуны Канады ради победы Удаляют себе ногти на ногах! Вот на какие жертвы идут бегуны Канады ради победы

Профессиональные спортсмены подвергают свои тела экстремальным практикам

ТехИнсайдер
У пиренейского кроманьонца выявили инвагинацию зуба У пиренейского кроманьонца выявили инвагинацию зуба

Ученые исследовали 17 зубов, которые археологи нашли в слоях верхнего палеолита

N+1
Кружево: сплетено на коклюшках Кружево: сплетено на коклюшках

Как рождается кружево на вологодский манер

КАНТРИ Русская азбука
Версия для печати: скоро ли 3D-принтеры соберут человека по частям Версия для печати: скоро ли 3D-принтеры соберут человека по частям

Первые пациенты с 3D-имплантатами уже живут среди нас

Forbes
10 цитат Энди Уорхола, которые научат вас мыслить как художник 10 цитат Энди Уорхола, которые научат вас мыслить как художник

Энди Уорхол — о жизни, творчестве и любви

Psychologies
Сладкая жизнь Сладкая жизнь

Белок – но сладкий. Может ли такое быть? Да!

ТехИнсайдер
Открыть в приложении