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

На краю земли На краю земли

Столетиями маяки выдерживают натиск стихии, подавая спасительные сигналы

Вокруг света
Семейный совет Семейный совет

Что входит в чек-лист фертильности, высоки ли шансы преодолеть мужское бесплодие

Собака.ru
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Юла: кручу-верчу Юла: кручу-верчу

Яркая и шумная юла уже много веков веселит малышню в российских домах

КАНТРИ Русская азбука
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Сила слабого света Сила слабого света

Чему могут научить «Люди в темные времена» Ханны Арендт

Weekend
Маленькая и победоносная Маленькая и победоносная

Война между Францией и Пруссией стала триумфом Бисмарка

Дилетант
Сергей Безруков: «Как выдерживаю? Привычка, самодисциплина и терпение» Сергей Безруков: «Как выдерживаю? Привычка, самодисциплина и терпение»

Любознательность — то, что в себе нужно культивировать, развивать

Караван историй
Сдвинувший материки Сдвинувший материки

Альфред Вегенер – человек, понявший, что континенты движутся

Вокруг света
Перегрелись: зачем останавливать глобальное потепление, если оно уже наступило Перегрелись: зачем останавливать глобальное потепление, если оно уже наступило

О том, как бороться с изменением климата, когда оно уже наступило

Forbes
Летняя кухня. Идеи обустройства и практичные подсказки для дачников Летняя кухня. Идеи обустройства и практичные подсказки для дачников

Почему так важно позаботиться о правильном устройстве летней кухни

Лиза
Писатель для бедных. 130 лет со дня рождения Михаила Зощенко Писатель для бедных. 130 лет со дня рождения Михаила Зощенко

О творческом пути Михаила Зощенко, его популярности и травле

СНОБ
Моменты внезапных прозрений позволят «заглянуть» в сознание Моменты внезапных прозрений позволят «заглянуть» в сознание

В моменты «скачков» обучения сознание выражается наиболее полно и глубоко

ТехИнсайдер
«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
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
Как думает ChatGPT: эмбеддинг, токены и другая невидимая «начинка» нейросети Как думает ChatGPT: эмбеддинг, токены и другая невидимая «начинка» нейросети

Как на самом деле ИИ понимает человека и что помогает ему формулировать мысли

ТехИнсайдер
Возраст независимости: как современные медиа рассказывают о жизни женщин после 40 лет Возраст независимости: как современные медиа рассказывают о жизни женщин после 40 лет

Как начать свое дело после долгих лет в найме и не сойти с ума на пенсии?

Forbes
«Дашь сиську потрогать?»: таксист снимал на видео, как домогался к клиенткам «Дашь сиську потрогать?»: таксист снимал на видео, как домогался к клиенткам

Что можно сделать в ситуации, если вас домогаются?

Psychologies
«А это мысль!» «А это мысль!»

Что такое инсайт и как его получить

Лиза
Кто и как поможет владельцам заводов и пароходов Кто и как поможет владельцам заводов и пароходов

Российские промышленники все чаще идут за поддержкой к властям

РБК
Почему лениться полезно Почему лениться полезно

5 неожиданных фактов о лени от врача

Лиза
15 модных словечек и фраз, которые стоит позаимствовать из словаря зумеров 15 модных словечек и фраз, которые стоит позаимствовать из словаря зумеров

Разбираем зумерский сленг, чтобы найти с ними общий язык

Psychologies
Польза стручковой фасоли для организма: советы врача и рецепты Польза стручковой фасоли для организма: советы врача и рецепты

Стручковая фасоль не только разнообразит рацион, но и поддерживает здоровье

РБК
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
В древнем горшке из Китая нашли остатки пищи эпохи неолита В древнем горшке из Китая нашли остатки пищи эпохи неолита

Ученые проанализировали пищевую корку в керамическом горшке из памятника Хэмуду

N+1
«Пульс и сердце, свет в зрачки, череп, руки, ноги, разрядики тока»: отрывок из романа Дании Жанси «Путешествия Лейлы» «Пульс и сердце, свет в зрачки, череп, руки, ноги, разрядики тока»: отрывок из романа Дании Жанси «Путешествия Лейлы»

«Путешествия Лейлы» — о самоопределении, памяти и гранях «нормальности»

Правила жизни
Социальный заказ на большую семью: как власти будут развивать демографию Социальный заказ на большую семью: как власти будут развивать демографию

Власти пытаются поднять рождаемость в стране, создав тренд на многодетность

ФедералПресс
Михаил Владимиров: «Михаил Державин стал мне вторым отцом» Михаил Владимиров: «Михаил Державин стал мне вторым отцом»

Мои герои в кино не всегда положительные, но зато открытые и веселые люди

Коллекция. Караван историй
Миссия выполнима Миссия выполнима

В песнях ST (Александра Степанова) очень много любви

OK!
Ловушки отношений без любви. Как выйти из неудачного брака Ловушки отношений без любви. Как выйти из неудачного брака

Катерина Мурашова: Как уйти от мужа, который не дает развод

СНОБ
Открыть в приложении