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

По следам первопроходцев По следам первопроходцев

Следы эпохи Великих географических открытий – во всей нашей жизни

Вокруг света
Теперь положено! Теперь положено!

Отпускные, больничные и другие новшества для самозанятых

Лиза
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
«Титаник»: психологический разбор легендарного треугольника Карпмана из мира кино «Титаник»: психологический разбор легендарного треугольника Карпмана из мира кино

Что можно увидеть за красивым сценарием легендарного «Титаника»

Psychologies
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
5 способов укрепить свой внутренний стержень 5 способов укрепить свой внутренний стержень

Как развивать внутреннюю опору, которая поможет справляться с трудностями

Psychologies
Поговорим о космологии Поговорим о космологии

Пять работ, посвященных космологии, с комментариями специалиста

Знание – сила
Избавиться от травмы: как, зачем и что будет после? Избавиться от травмы: как, зачем и что будет после?

Что делать, чтобы преодолеть травму и начать двигаться вперед?

Psychologies
Великая пустота Великая пустота

Монголия – наименее населенная страна мира

Вокруг света
Согласование времен Согласование времен

Как в средневековой Европе измеряли и воспринимали время

Вокруг света
Топ-6 мифов о яхтинге в России Топ-6 мифов о яхтинге в России

Развенчиваем главные заблуждения о способе совместить приятное с роскошным

Maxim
Сможет ли ИИ написать «Войну и мир-2» Сможет ли ИИ написать «Войну и мир-2»

SSM-модель — что нового она привнесла для мира нейросетей?

ТехИнсайдер
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
«Что делать женщине, если…» «Что делать женщине, если…»

Совсем скоро в Okko стартует новый сезон сериала «Что делать женщине, если…»

OK!
Правда ли, что волосы на самом деле мертвые: 11 любопытных фактов о нашей шевелюре Правда ли, что волосы на самом деле мертвые: 11 любопытных фактов о нашей шевелюре

Мы стараемся тщательно ухаживать за волосами, но так мало о них знаем

ТехИнсайдер
Оттенки кожзама: что такое экокожа и стоит ли приобретать изделия из нее Оттенки кожзама: что такое экокожа и стоит ли приобретать изделия из нее

Экокожа — это про экологию или экономию?

ТехИнсайдер
Переводим с манипулятивного Переводим с манипулятивного

Какие скрытые смыслы засекречены во фразах манипуляторов и как не попасться?

Psychologies
От детей-сирот до мажоров. Как эволюционировала школьная форма в разных странах От детей-сирот до мажоров. Как эволюционировала школьная форма в разных странах

Как и где появилась школьная форма и какая она была в России

СНОБ
Тандыр Тандыр

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

Bones
В ногу со временем В ногу со временем

70 лет «Минскому заводу колесных тягачей»

Обозрение армии и флота
Лоскутное одеяло: в стиле пэтчворк Лоскутное одеяло: в стиле пэтчворк

Как создать лоскутные украшения дома из обрезки старых тканей?

КАНТРИ Русская азбука
5 типов алкоголиков: к какому можно отнести вас 5 типов алкоголиков: к какому можно отнести вас

Наркологи выделили 5 типов выпивающих людей.

Maxim
Что такое датчик Холла и как его проверить: инструкция Что такое датчик Холла и как его проверить: инструкция

Все о датчике Холла: насколько он важен в автомобиле и как его проверить

РБК
Как похорошела Москва… Как похорошела Москва…

При Иване Калите в Москве впервые были построены каменные храмы

Дилетант
Почему мигранты хамят, насилуют и убивают: объяснили психологи Почему мигранты хамят, насилуют и убивают: объяснили психологи

В последние годы в России участились нарушения закона со стороны мигрантов

ФедералПресс
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
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
«Ирландские мифы. От Племен Богини Дану и Кром Круаха до „кельтских сумерек“ и Самайна» «Ирландские мифы. От Племен Богини Дану и Кром Круаха до „кельтских сумерек“ и Самайна»

Как языческих богов изображали в Средневековье

N+1
Психолог о демографической проблеме: «Мы подсели на иглу комфорта» Психолог о демографической проблеме: «Мы подсели на иглу комфорта»

Почему молодые люди не стремятся заводить семьи

ФедералПресс
«Железный купол» для флота «Железный купол» для флота

История создания израильской противоракетной системы ближнего рубежа

Обозрение армии и флота
Открыть в приложении