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

Время ацтеков Время ацтеков

Что зашифровали ацтеки

Вокруг света
Инвестиции в импортозамещение: их эффект для развития российской промышленности Инвестиции в импортозамещение: их эффект для развития российской промышленности

Какие инвестиции направляются на реализацию импортозамещающих производств сейчас

ФедералПресс
Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Лайфстайл в локальном исполнении Лайфстайл в локальном исполнении

Lamoda делает акцент на уникальный ассортимент и строгий отбор брендов

Монокль
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Как установить приложения на телевизор со Smart TV Как установить приложения на телевизор со Smart TV

Как правильно установить стороннюю программу на телевизор?

CHIP
«Я же по милосердию Божьему остался невредим…» «Я же по милосердию Божьему остался невредим…»

Письмо Александра II дочери

Дилетант
Почему принято пить коровье молоко? Вот что нужно знать о любимом напитке! Почему принято пить коровье молоко? Вот что нужно знать о любимом напитке!

Почему люди выбрали именно коровье молоко около 9000 лет назад?

ТехИнсайдер
Андрей Синявский Андрей Синявский

Андрей Донатович Синявский — фантаст, философ и филолог

Дилетант
Гендиректор ТМК ЭТЕРНО Денис Макиенко: «Мы строим новую компанию» Гендиректор ТМК ЭТЕРНО Денис Макиенко: «Мы строим новую компанию»

О том, почему ТМК ЭТЕРНО решила перестроить отлаженный бизнес

ФедералПресс
Бубновая дама Бубновая дама

Отрывок из книги об истории российского ретейла и концепт-сторе КМ20

Правила жизни
Отдел замученных поэтесс: самые популярные новые женские музыкальные альбомы Отдел замученных поэтесс: самые популярные новые женские музыкальные альбомы

Женские музыкальные альбомы, которые объединили все новые тренды в поп-музыке

Forbes
Финслерова геометрия как теория четырехмерности мира Финслерова геометрия как теория четырехмерности мира

О геометрии Вселенной, сверхсветовых скоростях и египетских пирамидах

Зеркало Мира
«Наша награда очень справедлива» «Наша награда очень справедлива»

NILETTO, Олег Майами и Лёша Свик — о совместной работе в «ЕКБойз»

ЖАРА Magazine
Нелли Гаранян: «Он говорил: «Я не могу дирижировать голодными музыкантами» Нелли Гаранян: «Он говорил: «Я не могу дирижировать голодными музыкантами»

«Цветов у тебя не будет никогда, но колбасы и всего остального — сколько угодно»

Коллекция. Караван историй
Главное — сохранять спокойствие: каковы действия пилота, если перед посадкой отказали шасси Главное — сохранять спокойствие: каковы действия пилота, если перед посадкой отказали шасси

Что может произойти в случае, если шасси перед посадкой самолета не выпускаются

ТехИнсайдер
10 вещей, которые лучше всего чистить спиртом: мнение профессиональных клинеров 10 вещей, которые лучше всего чистить спиртом: мнение профессиональных клинеров

Что можно чистить спиртом, а что — нет?

VOICE
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
Юридические тексты сравнили с магическими заклинаниями Юридические тексты сравнили с магическими заклинаниями

Зачем авторы официальных текстов используют такие сложные конструкции?

N+1
Я — сноб: теннисистка Надежда Петрова Я — сноб: теннисистка Надежда Петрова

Теннисистка Надежда Петрова — о ритуале пуджа на реке Ганг и запахе кофе

СНОБ
Гроссмейстеры больших данных Гроссмейстеры больших данных

Как стать гроссмейстером по машинному обучению

ТехИнсайдер
«Декамерон»: почему у Netflix не получилось придать Боккаччо современности «Декамерон»: почему у Netflix не получилось придать Боккаччо современности

Почему юмор Боккаччо создателям «Декамерона» сохранить скорее удалось

Forbes
Логотип личности Логотип личности

Как дизайн трех знаменитых российских логотипов менялся вместе со страной

Правила жизни
Бег по лавандовому полю за €2 млн: зачем в Париже сделали красивой легкую атлетику Бег по лавандовому полю за €2 млн: зачем в Париже сделали красивой легкую атлетику

Почему французы на Олимпиаде отошли от традиционного кирпично-красного цвета?

Forbes
Худеем по науке Худеем по науке

Какие гормоны отвечают за вес и как похудеть в случае гормонального дисбаланса

Лиза
Любовная пара незаконно покорила самые высокие здания в мире! Вот как устроены их отношения Любовная пара незаконно покорила самые высокие здания в мире! Вот как устроены их отношения

Они еще не знали, что увлечение городским скалолазанием приведет к отношениям...

ТехИнсайдер
История развития морских беспилотников. Часть 1 История развития морских беспилотников. Часть 1

Родоначальником морских дронов можно считать кораблик Николы Теслы

Наука и техника
Топ самых опасных для здоровья поз за рулем Топ самых опасных для здоровья поз за рулем

Самые опасные положения водителя в длительном путешествии на автомобиле

Maxim
Как и чем убрать царапины на машине своими руками Как и чем убрать царапины на машине своими руками

Какие виды царапин бывают на автомобиле и как их убрать

РБК
Ветер с Юга дул Ветер с Юга дул

Краткая история «Унесенных ветром» в 50 пунктах

Weekend
Открыть в приложении