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
Опытным путем Опытным путем

20 советов, которые помогут изменить жизнь к лучшему

Men Today
Путешествие золотой бляхи Путешествие золотой бляхи

Тайны скифской Долины Царей

Вокруг света
Никогда не сдавайся: атлеты, которые шли к олимпийскому золоту дольше всех Никогда не сдавайся: атлеты, которые шли к олимпийскому золоту дольше всех

Спортсмены, которые десятилетиями шли к победе на Играх

Forbes
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Нейросеть меняет профессию Нейросеть меняет профессию

Каким станет рынок труда под влиянием искусственного интеллекта

РБК
Стрельцы: преступление и наказание Стрельцы: преступление и наказание

Стрелецкий бунт 1698 года: «усердие в усмирении» достигало высот заоблачных

Дилетант
Крым: как устроить человеческое житьё Крым: как устроить человеческое житьё

Летом 1920 года в Крыму царил осторожный оптимизм

Дилетант
Нобелевские премии по физике в контексте истории Нобелевские премии по физике в контексте истории

Как Карл Озеен сделал все, чтобы Эйнштейн получил заслуженную Нобелевскую премию

Наука и жизнь
Тандыр Тандыр

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

Bones
Рычит, но не испепеляет: каким получился второй сезон «Дома Дракона»? Рычит, но не испепеляет: каким получился второй сезон «Дома Дракона»?

Второй сезон «Дома Дракона»: каким он получился и как обманул ожидания фанатов

Правила жизни
Жизнь на Земле была сложной уже 2 миллиарда лет назад Жизнь на Земле была сложной уже 2 миллиарда лет назад

Сложные организмы появились не позднее 2,1 миллиарда лет назад

ТехИнсайдер
Фонотека Фонотека

Как изобразительное искусство и арт-колледжи повлияли на развитие поп-музыки

Правила жизни
Будем жить Будем жить

Города, каких не видывал мир

Men Today
Старость в два захода! Ученые выяснили, когда люди резко стареют Старость в два захода! Ученые выяснили, когда люди резко стареют

Как ученые объясняют всплески проблем со здоровьем в определенном возрасте?

ТехИнсайдер
Шефы XXI века Шефы XXI века

На кухнях ресторанов все чаще можно встретить молодых шеф-поваров

Bones
Инклюзивный маршрут Инклюзивный маршрут

«Она такая классная»: приключения аутиста в России

Weekend
Укрепление Сибири или совпадение: как объяснить масштабные кадровые перестановки Укрепление Сибири или совпадение: как объяснить масштабные кадровые перестановки

За неполные два года в трети сибирских регионов сменились руководители

ФедералПресс
Расплескалась седина Расплескалась седина

Началась новая волна массового обесцвечивания кораллов в Мировом океане

2Xplore
Это должен знать каждый: что делать, если подавился? Как оказать помощь себе и ребенку? Это должен знать каждый: что делать, если подавился? Как оказать помощь себе и ребенку?

Как помочь себе или близкому, если кто-то подавился

ТехИнсайдер
Я вас слушаю! Я вас слушаю!

Что такое активное слушание и почему оно важно для успеха?

Лиза
5 типов алкоголиков: к какому можно отнести вас 5 типов алкоголиков: к какому можно отнести вас

Наркологи выделили 5 типов выпивающих людей.

Maxim
Почему взаимная любовь превращается во взаимные претензии Почему взаимная любовь превращается во взаимные претензии

Почему со временем мы начинаем ценить лишь практические выгоды в отношениях?

Psychologies
Нейроинтерфейс позволил пациенту с БАС общаться с точностью почти 98 процентов Нейроинтерфейс позволил пациенту с БАС общаться с точностью почти 98 процентов

Точность декодирования у нейроинтерфейса составляет 97,5 процента

N+1
5 отличных романов, где море — главный герой 5 отличных романов, где море — главный герой

Произведения, в которых море — не просто красивый фон, а важный элемент истории

СНОБ
Неудачный «Большой скачок»: зачем Китай закупал воробьев у Канады и СССР Неудачный «Большой скачок»: зачем Китай закупал воробьев у Канады и СССР

«Большой скачок»: зачем Китай решил истребить воробьев?

ТехИнсайдер
Красавицы и чудовище. Почему Хичкок был одержим блондинками Красавицы и чудовище. Почему Хичкок был одержим блондинками

В чем загадка «хичкоковских блондинок»

СНОБ
АИРР представила новый индекс востребованности кадров в российских регионах АИРР представила новый индекс востребованности кадров в российских регионах

Новый квартальный индекс востребованности кадров для инновационной экономики

ФедералПресс
Влиять или не влиять? Влиять или не влиять?

Тест: свойственно ли вам злоупотреблять доверием окружающих и манипулировать?

Psychologies
Смышленый и не малый. Тест-драйв нового Haval F7 Смышленый и не малый. Тест-драйв нового Haval F7

Чем удивил на тест-драйве новый Haval F7 и сколько он стоит

РБК
Открыть в приложении