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

Воздушный океан... Воздушный океан...

Мы все живём где-то на дне воздушного океана

Наука и жизнь
Только для себя Только для себя

7 ошибок в отделке ванной комнаты, которые стоит исправить

Лиза
Тимур и его столица Тимур и его столица

Как Тимур стал эффективным сити-менеджером

Вокруг света
5 типов алкоголиков: к какому можно отнести вас 5 типов алкоголиков: к какому можно отнести вас

Наркологи выделили 5 типов выпивающих людей.

Maxim
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
«Да ладно!» Новая теория постройки пирамид выглядит логичной, но ученые в сомнениях «Да ладно!» Новая теория постройки пирамид выглядит логичной, но ученые в сомнениях

Египетские строители доставляли каменные блоки к месту стройки вплавь по каналам

ТехИнсайдер
Священный знак Священный знак

«Кого Юпитер хочет опозорить, лишает своего орла»

Дилетант
Финслерова геометрия как теория четырехмерности мира Финслерова геометрия как теория четырехмерности мира

О геометрии Вселенной, сверхсветовых скоростях и египетских пирамидах

Зеркало Мира
Жизнь под буквами Жизнь под буквами

Населенные пункты с самыми длинными названиями, состоящими из одного слова

Вокруг света
Что такое цифровой суверенитет и как его достичь: цели до 2030 года Что такое цифровой суверенитет и как его достичь: цели до 2030 года

Каких показателей цифрового суверенитета хотят добиться к 2030 году

ФедералПресс
3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви 3 вида эмоционального насилия, которые мы часто путаем с проявлениями любви

Эмоциональное насилие, в котором ошибочно видят проявление заботы

Psychologies
Каир: город святости, богатства и нищеты Каир: город святости, богатства и нищеты

Каир – памятники ушедших эпох и современные люди, живущие в нем

Зеркало Мира
4 простых лайфхака, как вывести плесень с одежды 4 простых лайфхака, как вывести плесень с одежды

Как убрать плесень на одежде — ловите целых четыре способа

ТехИнсайдер
Миссия выполнима Миссия выполнима

В песнях ST (Александра Степанова) очень много любви

OK!
Пропало либидо: план действий от психолога и сексолога Пропало либидо: план действий от психолога и сексолога

Что делать, если ты вдруг поняла: интима совсем не хочется и либидо на нуле?

VOICE
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
«От города ГУЛАГа к моногороду. Принудительный труд и его наследие в Воркуте» «От города ГУЛАГа к моногороду. Принудительный труд и его наследие в Воркуте»

С какими трудностями сталкивались новоприбывшие работники

N+1
Что не продать — переработать Что не продать — переработать

Стоит ли садоводам создавать собственные перерабатывающие мощности

Агроинвестор
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
Доктор наук объяснила, почему истории про маньяков так затягивают нас Доктор наук объяснила, почему истории про маньяков так затягивают нас

Почему нас так затягивают фильмы и сериалы, рассказывающие о преступлениях

Psychologies
Нейробиологи рассказали, как в мозге возникает память о страхе Нейробиологи рассказали, как в мозге возникает память о страхе

Память о страхе связана не только с работой нейротрансмиттеров в мозгу

ТехИнсайдер
Топ 10 фильмов про соперничество и соперников Топ 10 фильмов про соперничество и соперников

Фильмы для тех, кто любит наблюдать за напряженными столкновениями соперников

Maxim
Мир Шрёдингера Мир Шрёдингера

«Черный пес»: китайский неовестерн о сломе времен

Weekend
Обжиг: привет керамика! Обжиг: привет керамика!

Место, где не просто «горшки обжигают»

КАНТРИ Русская азбука
Жизнь без слез! Что делать, если постоянно хочется плакать: 10 советов психолога Жизнь без слез! Что делать, если постоянно хочется плакать: 10 советов психолога

Разбираемся в ситуации постоянных слез без причины вместе с психологом

Лиза
Pro bono: что такое социальная адвокатура и как получить бесплатную помощь юриста Pro bono: что такое социальная адвокатура и как получить бесплатную помощь юриста

Как в России устроена социальная адвокатура и как работает принцип pro bono

Forbes
7 стадий секса: что нужно знать 7 стадий секса: что нужно знать

Как понимание цикла сексуальных реакций поможет улучшить отношения в паре

Psychologies
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
Что такое Часы Судного дня Что такое Часы Судного дня

Кто придумал часы геополитической тревоги, что они показывают?

Maxim
5 способов укрепить свой внутренний стержень 5 способов укрепить свой внутренний стержень

Как развивать внутреннюю опору, которая поможет справляться с трудностями

Psychologies
Открыть в приложении