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

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
Сверху вниз Сверху вниз

Чтобы добраться до лучших точек с панорамными видами, порой приходится попотеть

2Xplore
Разорвавшие шаблон Разорвавшие шаблон

Идеи этих ученых настолько опережали эпоху, что современники считали их чушью

Вокруг света
Без перегрузок Без перегрузок

Как правильно выбрать кружок или секцию для ребенка

Лиза
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Игрушка: Петрушка Уксусов Игрушка: Петрушка Уксусов

Символ русского театра кукол — Петрушка

КАНТРИ Русская азбука
Ужасная красавица Ужасная красавица

Плотный облачный покров долго скрывал от людей настоящий характер этой планеты

ТехИнсайдер
Тандыр Тандыр

Тандыры и еду из них можно встретить на всем протяжении Великого шелкового пути

Bones
Слайд-шоу Слайд-шоу

Космические корабли, инновационные мотоциклы и складные дома

ТехИнсайдер
Начни с нуля Начни с нуля

8 полезных фильмов для тех, кто начинает свой бизнес

Лиза
Спортивный характер Спортивный характер

О, спорт, ты стиль: мода, идущая со стадионов

Men Today
Виктор Ерофеев — про Экзюпери, Олимпиаду в Париже и русскую культуру с одышкой Виктор Ерофеев — про Экзюпери, Олимпиаду в Париже и русскую культуру с одышкой

Писатель Виктор Ерофеев — о жизни как служении

СНОБ
Неистовая Фанни. Драма террористки, покусившейся на вождя Неистовая Фанни. Драма террористки, покусившейся на вождя

О том, как любовная драма превратила наивную девушку Фанни Каплан в террористку

СНОБ
Расплескалась седина Расплескалась седина

Началась новая волна массового обесцвечивания кораллов в Мировом океане

2Xplore
43% российских студентов подрабатывают летом 43% российских студентов подрабатывают летом

Почти каждый второй российский студент подрабатывает этим летом, показал опрос

Forbes
Ворон, клоун, криминальный авторитет: 10 лучших ролей Билла Скарсгарда Ворон, клоун, криминальный авторитет: 10 лучших ролей Билла Скарсгарда

Экранная эволюция актера Билла Скарсгарда на примере его лучших ролей

Правила жизни
Ксения Лучанинова: «На Дальнем Востоке частная медицина конкурирует с государственной за кадры» Ксения Лучанинова: «На Дальнем Востоке частная медицина конкурирует с государственной за кадры»

Дальний Восток — регион, в который устремлены все планы государства

ФедералПресс
Искусственный интеллект за кадром: как цифровые сотрудники меняют правила игры Искусственный интеллект за кадром: как цифровые сотрудники меняют правила игры

Кто такие цифровые сотрудники, как они влияют на бизнес?

Forbes
С чистого листа С чистого листа

Основные возрастные кризисы, которые случаются в жизни почти каждой женщины

Лиза
10 отличных фильмов о мотоциклах, которые должен посмотреть каждый 10 отличных фильмов о мотоциклах, которые должен посмотреть каждый

Да-да, «Криминальное чтиво» тоже вошло, детка...

Maxim
Правила жизни Энди Уорхола Правила жизни Энди Уорхола

Энди Уорхол: художник, умер 22 февраля 1987 года в возрасте 58 лет

Правила жизни
Ловушки отношений без любви. Как выйти из неудачного брака Ловушки отношений без любви. Как выйти из неудачного брака

Катерина Мурашова: Как уйти от мужа, который не дает развод

СНОБ
10 способов ментальной самообороны 10 способов ментальной самообороны

Хотите инструкцию, какие конкретно принять меры против манипуляций?

Psychologies
Ни складочки Ни складочки

Разумное хранение в твоем шкафу: чтобы вещи не измялись

Лиза
По следам мореплавателя По следам мореплавателя

Остров Беринга не оставляет привычных критериев для оценки действительности

2Xplore
«Картинки с выставки: наука и технологии в раннем СССР» «Картинки с выставки: наука и технологии в раннем СССР»

Как создавалась экспозиция Отдела прикладной ботаники

N+1
«Книги, кофе и другие измерения»: уникальный магазин в Верхней Пышме «Книги, кофе и другие измерения»: уникальный магазин в Верхней Пышме

Книжный магазин, аналогов которому в Свердловской области нет

Psychologies
Гендиректор РЭО: «Необходимо создать современную инфраструктуру по утилизации отходов» Гендиректор РЭО: «Необходимо создать современную инфраструктуру по утилизации отходов»

В России с нуля создается отрасль обращения с твердыми коммунальными отходами

ФедералПресс
Как формируется мнение человека о самом себе. Отрывок из книги психиатра Как формируется мнение человека о самом себе. Отрывок из книги психиатра

Отрывок из книги психиатра и нейробиолога Грегори Бернса «Иллюзия себя»

СНОБ
Лариса Долина отдала мошенникам миллионы — почему она и тысячи россиян доверяют им? Лариса Долина отдала мошенникам миллионы — почему она и тысячи россиян доверяют им?

Почему десятки тысяч россиян готовы отдавать деньги и квартиры мошенникам?

Psychologies
Открыть в приложении