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

Красота по-японски Красота по-японски

В чем суть ключевых понятий японской эстетики?

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
Что упало, не пропало Что упало, не пропало

Метеоритные кратеры на Земле

Наука и жизнь
Катастрофа на озере Ниос: как токсичная вода за ночь унесла жизни 1746 африканцев Катастрофа на озере Ниос: как токсичная вода за ночь унесла жизни 1746 африканцев

Трагедия на озере Ниос: что произошло с обычным водоемом в тот жуткий день?

ТехИнсайдер
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Сферы влияния Сферы влияния

Приглашенным главредом этого номера певица Валерия работала из отпуска

Psychologies
Селенография Селенография

Что люди знали о Луне до первого полета к спутнику Земли?

Вокруг света
Александра Зайцева: «Где дом и дым глубин и алый». Фрагмент из книги о домашнем насилии Александра Зайцева: «Где дом и дым глубин и алый». Фрагмент из книги о домашнем насилии

Глава из книги «Где дом и дым глубин и алый»: мистический реализм для взрослых

СНОБ
Как молния выбирает цель Как молния выбирает цель

Как молния находит молниеотвод среди множества других привлекательных целей?

Наука и жизнь
Куркума и зеленый чай — одни из самых полезных пищевых добавок, из-за которых люди попадают в больницы Куркума и зеленый чай — одни из самых полезных пищевых добавок, из-за которых люди попадают в больницы

Насколько вреден прием популярных растительных добавок, помогающих похудеть?

ТехИнсайдер
Яйца: со Cветлой Пaсхoй! Яйца: со Cветлой Пaсхoй!

Обычай раскрашивать и дарить яйца на Пасху еще более древний, чем сам праздник

КАНТРИ Русская азбука
Супер фреш! Супер фреш!

Что выбрать, чтобы освежить, уплотнить или даже реконструировать кожу

Собака.ru
Жостово: вaм букетик! Жостово: вaм букетик!

Жостовский расписной поднос — ровесник восстания декабристов

КАНТРИ Русская азбука
Нейросеть меняет профессию Нейросеть меняет профессию

Каким станет рынок труда под влиянием искусственного интеллекта

РБК
50 cent, Леди Гага и другие звезды отказываются от секса: почему они это делают? 50 cent, Леди Гага и другие звезды отказываются от секса: почему они это делают?

Может ли отказ от секса изменить вашу жизнь к лучшему?

Psychologies
Милая агрессия и боязнь счастья: 5 необычных психологических явлений Милая агрессия и боязнь счастья: 5 необычных психологических явлений

Странные и забавные научные предположения о психологии человека

ТехИнсайдер
3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви 3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви

Эмоциональное насилие, в котором ошибочно видят проявление заботы

Psychologies
Держали в секрете 20 лет! Американцы нашли руины корабля пиратов с Варварийского берега Держали в секрете 20 лет! Американцы нашли руины корабля пиратов с Варварийского берега

Обнаруженный затонувший пиратский корабль — первый в своем роде

ТехИнсайдер
Незаменимая лимфа Незаменимая лимфа

Лимфатическая система – зачем она нужна нам и какова ее функция в организме?

Зеркало Мира
9 привычек бестактных свекровей, которые портят жизнь молодым 9 привычек бестактных свекровей, которые портят жизнь молодым

Что раздражает молодых супругов в поведение их родителей?

Psychologies
Круто ты попал: как стриминг-сервисы открывают и поддерживают молодых музыкантов Круто ты попал: как стриминг-сервисы открывают и поддерживают молодых музыкантов

Как стриминг-площадки определяют будущих звезд?

Forbes
Аморфное вещество Аморфное вещество

История стекла гораздо древнее, чем нам кажется

Зеркало Мира
«Неизвестное» плато «Неизвестное» плато

«Глаз», «Ступа», «Ромашка» и секреты Вилюйского плато

Наука и жизнь
Высокие амбиции Высокие амбиции

Современный интерьер с элементами шинуазри и азиатской тематики

SALON-Interior
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
Старость – не данность Старость – не данность

Можно ли на самом деле хотя бы замедлить старение?

Вокруг света
Что такое цифровой суверенитет и как его достичь: цели до 2030 года Что такое цифровой суверенитет и как его достичь: цели до 2030 года

Каких показателей цифрового суверенитета хотят добиться к 2030 году

ФедералПресс
Пиво и сыр помогли японским ботаникам уличить пещерных кузнечиков в распространении семян ринхотехума Пиво и сыр помогли японским ботаникам уличить пещерных кузнечиков в распространении семян ринхотехума

Ринхотехум из семейства геснериевых расселяется за счет пещерных кузнечиков

N+1
Перерыв на обед Перерыв на обед

Несколько доступных вариантов легкого обеда и перекусов в офисе

Лиза
Окно в Арктику Окно в Арктику

5 причин отправиться уже сейчас в теплые объятия Русского Севера

Лиза
Открыть в приложении