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

Аква инкогнита Аква инкогнита

Как вода нарушает правила жидкостей

Вокруг света
Все дороги ведут к пирамидам Все дороги ведут к пирамидам

Почему «все боится времени, но время боится пирамид»

Вокруг света
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
Факторы, определяющие вызовы и угрозы национальной безопасности России в Северо-Восточной Азии Факторы, определяющие вызовы и угрозы национальной безопасности России в Северо-Восточной Азии

Региональная нестабильность России может быть выгодна отдельным государствам

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

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
10 признаков того, что вы недостаточно заботитесь о себе 10 признаков того, что вы недостаточно заботитесь о себе

Сигналы, которыми организм дает понять, что он на грани истощения

Psychologies
Франция заморская Франция заморская

«А знаете ли, что у алжирского дея под самым носом шишка?»

Дилетант
Как пустышка становится лекарством: что общего у гомеопатии и психотерапии Как пустышка становится лекарством: что общего у гомеопатии и психотерапии

Почему плацебо помогает при болезни Паркинсона?

Forbes
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Веками учёные настойчиво искали «космическое чудо»

Наука и жизнь
Новая реальность морских сражений Новая реальность морских сражений

Назначение БЭКов и особенности боевого применения

Обозрение армии и флота
Топ самых опасных для здоровья поз за рулем Топ самых опасных для здоровья поз за рулем

Самые опасные положения водителя в длительном путешествии на автомобиле

Maxim
Нежеланные попутчики Нежеланные попутчики

Даже если все вас бросят, а мир повернется к вам спиной – они останутся с вами

Зеркало Мира
Играть по правилам и без Играть по правилам и без

Где та грань в хитрости, которую не стоит переступать?

Psychologies
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
6 остросюжетных новинок для тех, кто любит пощекотать нервы: триллеры, детективы и тру-крайм 6 остросюжетных новинок для тех, кто любит пощекотать нервы: триллеры, детективы и тру-крайм

Что может быть лучше детектива, сюжет которого захватывает с первых страниц?

Maxim
Семейный подряд: как Коэны, Вачовски и другие братья и сестры вместе снимают кино Семейный подряд: как Коэны, Вачовски и другие братья и сестры вместе снимают кино

Восемь творческих команд, которые вместе создают кино

Forbes
«Хороших девочек не убивают»: легкий детектив о юной сыщице с Эммой Майерс «Хороших девочек не убивают»: легкий детектив о юной сыщице с Эммой Майерс

Сериал «Хороших девочек не убивают» — симпатичный проект для зумеров

Forbes
Скажи мне, кто твой друг Скажи мне, кто твой друг

Национальные парки, экофермы, питомники с редкими животными: топ-12 таких мест

2Xplore
В России представили новый кроссовер «Москвич 8»: все подробности В России представили новый кроссовер «Москвич 8»: все подробности

Кроссовер «Москвич 8»: все подробности об этом автомобиле

РБК
Андрей Миронов. «Он нравился. Он влюблял в себя. В нем была магия...» Андрей Миронов. «Он нравился. Он влюблял в себя. В нем была магия...»

«Быть артистом — это абсолютно его предназначение. Сцена у него затмевала все»

Коллекция. Караван историй
5 точек красоты: как делать массаж лица шиацу правильно 5 точек красоты: как делать массаж лица шиацу правильно

Точечная техника шиацу поможет за несколько минут в день стереть следы усталости

Psychologies
«В Орду! В Орду!» «В Орду! В Орду!»

Россия зачиналась в скопидомном сундуке Ивана Калиты

Дилетант
Магия волос Магия волос

Традиции, ритуалы и суеверия, связанные с волосами

Лиза
Пастила: съешь меня Пастила: съешь меня

Как возрождали производство знаменитой коломенской пастилы

КАНТРИ Русская азбука
Сергей Катырин: Проблема трансграничных платежей по-прежнему актуальна Сергей Катырин: Проблема трансграничных платежей по-прежнему актуальна

Экономика страны напрямую связана с развитием малого и среднего бизнеса

ФедералПресс
Японцы в России? Что? Да! Чем хорош новый Subaru Outback Японцы в России? Что? Да! Чем хорош новый Subaru Outback

Обновленный модельный ряд Subaru Outback по-прежнему доступен в России

Maxim
Эта кукла напугала американцев! Узнайте историю игрушки «с паранормальными способностями» Эта кукла напугала американцев! Узнайте историю игрушки «с паранормальными способностями»

Почему людям страшно находиться рядом с этой куклой?

ТехИнсайдер
Запуск 6G возможен к 2030 году: эксперт назвал время появления связи шестого поколения Запуск 6G возможен к 2030 году: эксперт назвал время появления связи шестого поколения

Готов ли мир к переходу на связь шестого поколения?

ТехИнсайдер
Как позвонить на Алису: подробная инструкция Как позвонить на Алису: подробная инструкция

Сейчас мы расскажем, как позвонить домой на Алису с телефона

CHIP
10 лучших новых сериалов, которые должен посмотреть каждый. Выбор читателей «Правил жизни» 10 лучших новых сериалов, которые должен посмотреть каждый. Выбор читателей «Правил жизни»

Подборка сериалов, в которой каждый найдет что-то для себя

Правила жизни
Открыть в приложении