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

Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как пытались получить доказательства в пользу населённости соседних планет

Наука и жизнь
Цена ошибки — сорняк: зачем в СССР сажали борщевик и что из этого получилось Цена ошибки — сорняк: зачем в СССР сажали борщевик и что из этого получилось

Почему советские селекционеры предложили распространять опасное растение

ТехИнсайдер
Тимур и его столица Тимур и его столица

Как Тимур стал эффективным сити-менеджером

Вокруг света
Законно ли смотреть порно в России и за что грозит уголовное наказание Законно ли смотреть порно в России и за что грозит уголовное наказание

Что такое порнография в трактовке российского права?

РБК
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Вредные советы: 5 способов навсегда остаться матерью-одиночкой Вредные советы: 5 способов навсегда остаться матерью-одиночкой

Какие ошибки совершают одинокие матери, пытаясь наладить личную жизнь?

Psychologies
Борьба за ярлык Борьба за ярлык

Как Калита начал собирать русские земли вокруг Москвы?

Дилетант
Расплескалась седина Расплескалась седина

Началась новая волна массового обесцвечивания кораллов в Мировом океане

2Xplore
Сердечные орешки! Сердечные орешки!

Как растут орешки кешью?

Наука и жизнь
Гроссмейстеры больших данных Гроссмейстеры больших данных

Как стать гроссмейстером по машинному обучению

ТехИнсайдер
Поднять паруса: проложат ли нанотехнологии путь к звездам Поднять паруса: проложат ли нанотехнологии путь к звездам

Скоро ли начнутся регаты в межзвездном пространстве?

Forbes
«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
Энтузиазм и отвага Энтузиазм и отвага

Секрет петербургского ресторанного феномена — это энтузиазм его создателей

Монокль
«Дашь сиську потрогать?»: таксист снимал на видео, как домогался к клиенткам «Дашь сиську потрогать?»: таксист снимал на видео, как домогался к клиенткам

Что можно сделать в ситуации, если вас домогаются?

Psychologies
Рескиллинг как новая норма Рескиллинг как новая норма

Почему набирает обороты тренд на переобучение сотрудников

РБК
Не до шуток: почему умирает жанр ситкомов и какой будет комедия положений будущего Не до шуток: почему умирает жанр ситкомов и какой будет комедия положений будущего

Почему зрители больше не хотят смотреть ситуационные комедии?

Forbes
История одной вещи: как кассета изменила шоу-бизнес и кинорынок, а затем ушла в прошлое История одной вещи: как кассета изменила шоу-бизнес и кинорынок, а затем ушла в прошлое

Кто и как изобрел первый компактный аналоговый информационный носитель

Правила жизни
Женский взгляд: 10 красных флагов в дейтинг-приложениях Женский взгляд: 10 красных флагов в дейтинг-приложениях

Десять стоп-сигналов, которые говорят женщинам: «Не стоит ему отвечать»

Psychologies
Как на Дальнем Востоке решают  проблемы кадрового дефицита Как на Дальнем Востоке решают  проблемы кадрового дефицита

Российская экономика активизировалась на азиатском рынке

РБК
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
Решить проблему дефицита кадров в России поможет налоговая инновация СССР? Решить проблему дефицита кадров в России поможет налоговая инновация СССР?

Как увеличить производительность труда и обеспечить экономику работниками

ФедералПресс
Как включить счетчик ФПС в КС 2 Как включить счетчик ФПС в КС 2

Как поставить счетчик ФПС в КС 2 — только быстрые и рабочие способы

CHIP
Думать — больно? Западные эксперты рассказали, как сознательно снизить уровень стресса Думать — больно? Западные эксперты рассказали, как сознательно снизить уровень стресса

Мышление может причинять боль? Вот как это объясняют специалисты!

ТехИнсайдер
Зловещие пятна на теле планеты Зловещие пятна на теле планеты

16 июля 1945 года человечество, само еще не подозревая, вступило в атомную эру

Наука и техника
Как преодолеть финансовые конфликты в семье: практическое руководство Как преодолеть финансовые конфликты в семье: практическое руководство

Как разрешить финансовые трудности в семье и при этом укрепить свои отношения?

VOICE
Заметая инфобез под ковер: как крупные сервисы проявляют безразличие к уязвимостям Заметая инфобез под ковер: как крупные сервисы проявляют безразличие к уязвимостям

Почему бизнес настолько халатно относится к информационной безопасности?

Forbes
Лесото обладает самым высоким уровнем самоубийств в мире! Вот где расположена эта страна Лесото обладает самым высоким уровнем самоубийств в мире! Вот где расположена эта страна

В Лесото наблюдается один из самых высоких уровней самоубийств в мире

ТехИнсайдер
«Славянская нечисть. От природных духов и вредоносных сущностей до гостей с того света» «Славянская нечисть. От природных духов и вредоносных сущностей до гостей с того света»

«Славянская нечисть»: чем опасна полудница

N+1
Федор Гамалея Федор Гамалея

Актер Федор Гамалея — праправнук гениального ученого, сделавший себя сам

Собака.ru
Вперед и вверх: как начать заниматься скалолазанием и куда пойти Вперед и вверх: как начать заниматься скалолазанием и куда пойти

Быстрый гид по скалолазанию для начинающих

Правила жизни
Открыть в приложении