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

Ветвистоусые летописцы водоёмов Ветвистоусые летописцы водоёмов

Кандидат биологических наук Антон Жаров — о кладоцерной палеореконструкции

Наука и жизнь
«Я вечно все порчу»: что такое ограничивающие убеждения и как они влияют на нашу жизнь «Я вечно все порчу»: что такое ограничивающие убеждения и как они влияют на нашу жизнь

Почему возникают ограничивающие убеждения и как с ними справиться?

Psychologies
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
«Железный купол» для флота «Железный купол» для флота

История создания израильской противоракетной системы ближнего рубежа

Обозрение армии и флота
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Хайп против сатиры: по-прежнему ли работы Бэнкси стоят внимания Хайп против сатиры: по-прежнему ли работы Бэнкси стоят внимания

Как Бэнкси превращается в Кэти Пэрри в мире стрит-арта

СНОБ
Ускользающая красота Ускользающая красота

Почему вымирают бабочки и что теряет с их уходом наша планета

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
О вкусах не спорят, или скованные одной цепью О вкусах не спорят, или скованные одной цепью

На любой органический ресурс обязательно найдётся свой потребитель

Наука и жизнь
Бензин подорожал на 16,5%: поможет ли запрет экспорта остановить рост цен Бензин подорожал на 16,5%: поможет ли запрет экспорта остановить рост цен

С чем связано подорожание бензина и выправит ли ситуацию ручное управление

Forbes
Эти рыбы должны создать красивые круги из песка, чтобы привлечь самок! Интересные факты Эти рыбы должны создать красивые круги из песка, чтобы привлечь самок! Интересные факты

Самцы японской рыбы-фугу принимают необычный вызов в брачный период

ТехИнсайдер
Три митрополита Три митрополита

Роль церкви в период правления Ивана Калиты

Дилетант
3 частые ситуации, в которых мы раним близких, сами того не желая 3 частые ситуации, в которых мы раним близких, сами того не желая

Будьте осторожны: подобное поведение действительно может убить отношения!

Psychologies
Ученые доказали, что мыслительная деятельность может приносить боль Ученые доказали, что мыслительная деятельность может приносить боль

Вы когда-нибудь чувствовали, как мозг горит после изнурительного рабочего дня?

ТехИнсайдер
«В чем подвох?»: почему мы ищем скрытый смысл там, где его нет «В чем подвох?»: почему мы ищем скрытый смысл там, где его нет

Почему мы ищем подвох там, где он даже не предполагался?

Psychologies
Заедки, то есть вкусняшки Заедки, то есть вкусняшки

Где рассказывают о русских сладостях — заедках, или верхосытках?

КАНТРИ Русская азбука
Эмоциональный инцест: 4 признака, что вы слишком близки с ребенком Эмоциональный инцест: 4 признака, что вы слишком близки с ребенком

Где та грань, за которой близость с родителями становится нездоровой?

Psychologies
Ресторан-перформанс Ресторан-перформанс

Об иммерсивном пространстве, существующем на стыке гастрономии и перформанса

Bones
Поможет не только на кухне: 6 неожиданных способов, как использовать кукурузный крахмал в быту Поможет не только на кухне: 6 неожиданных способов, как использовать кукурузный крахмал в быту

Кукурузных крахмал может помочь справиться с некоторыми бытовыми проблемами

ТехИнсайдер
Только для себя Только для себя

7 ошибок в отделке ванной комнаты, которые стоит исправить

Лиза
Крах по расписанию: продажи московских новостроек рухнули в июле Крах по расписанию: продажи московских новостроек рухнули в июле

В июле количество заключенных ДДУ в Москве снизилось на 40%

Forbes
Точка опоры Точка опоры

Мифов о позвоночнике сложено немало, разбираем самые живучие из них

Лиза
«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
Смерть самурая Смерть самурая

Лучший фильм, чтобы проститься с Аленом Делоном

Weekend
Что такое фенхель, в чем его польза и вред: комментарий врача и рецепты Что такое фенхель, в чем его польза и вред: комментарий врача и рецепты

Фенхель — травянистое растение, но едят его как овощ

РБК
«Граф Аверин»: как детективная история про альтернативную Россию и демонического кота влюбила в себя читателей «Граф Аверин»: как детективная история про альтернативную Россию и демонического кота влюбила в себя читателей

«Граф Аверин»: в чем феномен серии книг, как на её популярность повлиял кот?

Psychologies
Фиаско Илона Маска Фиаско Илона Маска

Почему не сработала идея вакуумного транспорта – гиперлупа?

ТехИнсайдер
Как Николо Макиавелли рассуждал о природе власти Как Николо Макиавелли рассуждал о природе власти

Отрывок из книги «Никколо Макиавелли. Стяжать власть, не стяжать славу»

СНОБ
Вино из Воронежа Вино из Воронежа

В мир вина я попал очень просто — мама была большой ценительницей

Bones
Пристрастие родителей к алкоголю может привести к ускоренному старению их детей Пристрастие родителей к алкоголю может привести к ускоренному старению их детей

Что сильнее влияет на способность бороться с болезнями — природа или воспитание?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении