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

Кубиты любят тишину Кубиты любят тишину

Чем квантовый компьютер лучше классического?

Наука и жизнь
«Наша награда очень справедлива» «Наша награда очень справедлива»

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

ЖАРА Magazine
Красота по-японски Красота по-японски

В чем суть ключевых понятий японской эстетики?

Вокруг света
Почему мы ненавидим в других то, что не принимаем в себе? Почему мы ненавидим в других то, что не принимаем в себе?

Что такое проекция и почему нас раздражает то, что мы не принимаем в себе

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

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
«Поводом к травле могло стать любое слово, жест, взгляд» «Поводом к травле могло стать любое слово, жест, взгляд»

История Катерины, которая много лет страдала от пробелов в памяти после травли

Psychologies
Рыцари супа Рыцари супа

Рыцари павийского супа придумали, как разогреть патриотизм историческим рецептом

Вокруг света
Из гречки и кокоса! Узнайте о самых полезных для здоровья видах муки Из гречки и кокоса! Узнайте о самых полезных для здоровья видах муки

Стоит ли заменить цельнозерновую муку на гречневую или миндальную?

ТехИнсайдер
Сдвинувший материки Сдвинувший материки

Альфред Вегенер – человек, понявший, что континенты движутся

Вокруг света
«Джеймс Уэбб» рассмотрел параллельные джеты у двойной протозвезды в кратной системе «Джеймс Уэбб» рассмотрел параллельные джеты у двойной протозвезды в кратной системе

Одна из протозвезд в системе WL20 на самом деле является парой протозвезд

N+1
Эксперты выявили семь странных форм поведения, связанных с высоким IQ Эксперты выявили семь странных форм поведения, связанных с высоким IQ

Привычки и стиль жизни, которые связывают с гениальностью

ТехИнсайдер
С того цвета С того цвета

«Правила жизни» разбираются в истории цвета

Правила жизни
Защищает от простуды и рака! Узнайте интересные факты о пользе приправы карри Защищает от простуды и рака! Узнайте интересные факты о пользе приправы карри

Карри: ароматная и полезная для здоровья приправа

ТехИнсайдер
Ворон, клоун, криминальный авторитет: 10 лучших ролей Билла Скарсгарда Ворон, клоун, криминальный авторитет: 10 лучших ролей Билла Скарсгарда

Экранная эволюция актера Билла Скарсгарда на примере его лучших ролей

Правила жизни
Как себе помочь, если нет денег на психолога? Как себе помочь, если нет денег на психолога?

Как помочь себе самостоятельно, развивая осознанность?

VOICE
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 общего у бикини и атомной бомбы? Что общего у бикини и атомной бомбы?

Как связаны картины Дали, атомная бомба и бикини?

ТехИнсайдер
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
Что такое станция техобслуживания автомобилей, и какие работы проводят Что такое станция техобслуживания автомобилей, и какие работы проводят

Все о станциях техобслуживания: виды, какие работы проводят

РБК
Полина Оганичева Полина Оганичева

Звезда международных съемок и показов трижды становилась героиней обложек

Grazia
Исследование: женщины должны начинать ежегодную маммографию в возрасте 40 лет Исследование: женщины должны начинать ежегодную маммографию в возрасте 40 лет

Когда женщинам следует начинать делать маммографию? Ответ есть!

ТехИнсайдер
Неуловимые коты Сайлюгема Неуловимые коты Сайлюгема

Как живется снежным барсам и другим животным в алтайских горах

Наука и жизнь
Антидворянец: уроки коллекционирования Алексея Бахрушина Антидворянец: уроки коллекционирования Алексея Бахрушина

Слухи и сплетни столетней давности: об известном коллекционере Бахрушине

Правила жизни
Природа Черногории и гастрономия Адриатики: что делать в Будве и окрестностях Природа Черногории и гастрономия Адриатики: что делать в Будве и окрестностях

Чем заняться в Будве и окрестностях во время путешествия

Forbes
Опорная схема: что привлекает инвестиции в региональную промышленность Опорная схема: что привлекает инвестиции в региональную промышленность

Что становится основными факторами роста промышленности в регионах

РБК
Игрушка: Петрушка Уксусов Игрушка: Петрушка Уксусов

Символ русского театра кукол — Петрушка

КАНТРИ Русская азбука
«Может быть, это судьба?»: почему дейтинг-приложения — опасный способ сбежать от одиночества «Может быть, это судьба?»: почему дейтинг-приложения — опасный способ сбежать от одиночества

Как понять, убийца ли тот, с кем вы познакомились в приложении для знакомств?

Psychologies
8 удивительных парадоксов, о которых должен знать каждый, кто увлекается психологией 8 удивительных парадоксов, о которых должен знать каждый, кто увлекается психологией

Необычные феномены, которые можно отследить в своих и чужих поступках

Psychologies
Бубновая дама Бубновая дама

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

Правила жизни
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
Открыть в приложении