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
«У меня лучше!»: почему некоторые люди так любят хвастаться? «У меня лучше!»: почему некоторые люди так любят хвастаться?

Почему люди любят хвастаться? Это норма или патология?

Psychologies
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
Жаркая погода может убить вас: как этого избежать Жаркая погода может убить вас: как этого избежать

Перегрев может вызвать серьезные проблемы со здоровьем: как его избежать?

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

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Сладкая жизнь Сладкая жизнь

Белок – но сладкий. Может ли такое быть? Да!

ТехИнсайдер
Тем временем в Лондоне Тем временем в Лондоне

Как юристы держав решали судьбу бывших руководителей нацистской Германии

Дилетант
Золотой завтрак: как хлопья стали символом успеха для олимпийских чемпионов Золотой завтрак: как хлопья стали символом успеха для олимпийских чемпионов

Почему попасть на коробку хлопьев Wheaties — мечта многих спортсменов

Forbes
День обратился в ночь День обратился в ночь

Затмения часто влияли на ход истории всего человечества

Вокруг света
Безопасно ли есть горячую еду, которую привезли холодной? Объясняют эксперты Безопасно ли есть горячую еду, которую привезли холодной? Объясняют эксперты

Остывшие готовые блюда могут быть действительно опасны для здоровья

VOICE
Как снимали эротические эпизоды третьего сезона «Бриджертонов»: секреты координатора интимных сцен Как снимали эротические эпизоды третьего сезона «Бриджертонов»: секреты координатора интимных сцен

Секс отлично продается, и это, несомненно, стало частью успеха «Бриджертонов»

VOICE
Юла: кручу-верчу Юла: кручу-верчу

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

КАНТРИ Русская азбука
Как выбрать подушку? Как выбрать подушку?

Как выбрать комфортную подушку и из чего она должна быть сделана

Maxim
Безмолвные слезы вещей: роман о расследовании судеб погибших в концлагерях Безмолвные слезы вещей: роман о расследовании судеб погибших в концлагерях

Отрывок из романа Гаэль Ноан «Бюро расследования судеб»

Forbes
Вы невнимательны, и это совершенно нормально. Почему? Вы невнимательны, и это совершенно нормально. Почему?

С возрастом мы теряем способность к концентрации внимания. В чем же причина?

Psychologies
Почему лениться полезно Почему лениться полезно

5 неожиданных фактов о лени от врача

Лиза
Повышаем обороты Повышаем обороты

Как разогнать метаболизм без спортзала и диет?

Лиза
Зайдя в эту комнату, через 15 минут вы сойдете с ума. Рассказываем про самую тихую комнату в мире Зайдя в эту комнату, через 15 минут вы сойдете с ума. Рассказываем про самую тихую комнату в мире

В чем секрет самого тихого помещения в мире?

ТехИнсайдер
Вредные советы: 5 способов навсегда остаться матерью-одиночкой Вредные советы: 5 способов навсегда остаться матерью-одиночкой

Какие ошибки совершают одинокие матери, пытаясь наладить личную жизнь?

Psychologies
Губернатор Забайкалья — о перспективах края в сотрудничестве с Китаем Губернатор Забайкалья — о перспективах края в сотрудничестве с Китаем

За последние пять лет ВРП Забайкалья, по данным Росстата, увеличился в 1,7 раза

РБК
Искусство вокруг руин: «Воскресенский завод» в Башкортостане Искусство вокруг руин: «Воскресенский завод» в Башкортостане

Арт-центр «Воскресенский завод» — неожиданный проект концепции сохранения руин

Psychologies
Культовые кроссовки, выпуск 19: Nike Air Max 95 — самая популярная модель в Японии Культовые кроссовки, выпуск 19: Nike Air Max 95 — самая популярная модель в Японии

Nike Air Max 95 во многом определила траекторию движения Nike

Правила жизни
Сухбат Афлатуни: «Катехон». Фрагмент из романа-головоломки Сухбат Афлатуни: «Катехон». Фрагмент из романа-головоломки

Глава из «Катехона» — истории любви и хроники жизни от Сухбата Афлатуни

СНОБ
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
Энергия на любой вкус Энергия на любой вкус

Всем по зарядке! — бросил клерк, обводя руками свою компанию. — Я угощаю!

Наука и жизнь
Как и чем убрать царапины на машине своими руками Как и чем убрать царапины на машине своими руками

Какие виды царапин бывают на автомобиле и как их убрать

РБК
А как у них? А как у них?

9 самых странных школьных правил со всего мира

Лиза
Она — легенда: как Сьюзен Войджицки стала ролевой моделью для многих женщин в бизнесе Она — легенда: как Сьюзен Войджицки стала ролевой моделью для многих женщин в бизнесе

Почему Войджицки была не просто легендой в технологической индустрии

Forbes
Они такие классные. Интервью со Львом Зулькарнаевым и Денисом Прытковым Они такие классные. Интервью со Львом Зулькарнаевым и Денисом Прытковым

Актеры Лев Зулькарнаев и Денис Прытков — о съемках сериала «Она такая классная»

СНОБ
Олимпиада и секс: зачем делают картонные кровати и правда ли спортсмены устраивают оргии Олимпиада и секс: зачем делают картонные кровати и правда ли спортсмены устраивают оргии

Вы могли не знать, но секс и Олимпийские игры обитают в одной системе координат

Maxim
Открыть в приложении