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

Жизнь в серебре Жизнь в серебре

Чем живет город Гуанахуато, обеспечивший современный миропорядок?

Вокруг света
Выбраться из сетей Выбраться из сетей

Типичные ситуации агрессивного поведения взрослых и детей: как их решить?

Psychologies
Тимур и его столица Тимур и его столица

Как Тимур стал эффективным сити-менеджером

Вокруг света
Полные закрома Полные закрома

Пусть всегда будет вкусно: основные правила и приемы домашнего консервирования

Лиза
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
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
«Красная книга – это не просто книжка с картинками» «Красная книга – это не просто книжка с картинками»

Чем ценны суслики, почему важно их изучать и зачем надо их охранять

Наука
Иди и дружи! Иди и дружи!

Как быть, если в книжках дружба есть, а в жизни ребенка – совсем наоборот?

Лиза
Удивительные путешествия обыкновенной кукушки Удивительные путешествия обыкновенной кукушки

Долгое время о путях миграции обыкновенной кукушки известно было очень мало...

Наука и жизнь
Шерстяное овцеводство: быть или не быть Шерстяное овцеводство: быть или не быть

Что может способствовать возрождению сектора производства шерсти?

Агроинвестор
Фабрика-кухня: филиал Третьяковки в Самаре Фабрика-кухня: филиал Третьяковки в Самаре

Памятник советского конструктивизма обрел новую жизнь в виде филиала Третьяковки

Psychologies
История одной вещи: консервная банка, запрошенная Наполеоном и воспетая Уорхолом История одной вещи: консервная банка, запрошенная Наполеоном и воспетая Уорхолом

Какую трансформацию консервная банка потерпела с конца XVIII века

Правила жизни
«Не терпя лукавыя бесовские крамолы» «Не терпя лукавыя бесовские крамолы»

«И пришел из Орды, и сел на великокняжеском престоле»

Дилетант
Задержите дыхание! Ученые рассказали, почему запах после дождя опасен для жизни Задержите дыхание! Ученые рассказали, почему запах после дождя опасен для жизни

Знали ли вы, что вздох в дождливую погоду может оказаться последним?

ТехИнсайдер
Все суета Все суета

Какие предметы использовали художники в качестве символов быстротечности жизни?

Вокруг света
Худеем по науке Худеем по науке

Какие гормоны отвечают за вес и как похудеть в случае гормонального дисбаланса

Лиза
5 способов «застраховаться» от развода 5 способов «застраховаться» от развода

Что необходимо делать супругам, чтобы гарантированно укрепить свой брак?

Psychologies
Влиять или не влиять? Влиять или не влиять?

Тест: свойственно ли вам злоупотреблять доверием окружающих и манипулировать?

Psychologies
Спортивный характер Спортивный характер

О, спорт, ты стиль: мода, идущая со стадионов

Men Today
Крутится, вертится шар… Крутится, вертится шар…

Шаровая молния – загадочное природное явление, не имеющее научного объяснения

Зеркало Мира
Прыжок в историю: батут может принести россиянке олимпийскую медаль Прыжок в историю: батут может принести россиянке олимпийскую медаль

Анжела Бладцева: о возможной героине Игр и шансах на победу

Forbes
Охотник за бактериями: как Роберт Кох обнаружил возбудителей сибирской язвы, туберкулеза и холеры Охотник за бактериями: как Роберт Кох обнаружил возбудителей сибирской язвы, туберкулеза и холеры

Роберт Кох первым обнаружил, что виной холере были маленькие бактерии...

ТехИнсайдер
Яйца: со Cветлой Пaсхoй! Яйца: со Cветлой Пaсхoй!

Обычай раскрашивать и дарить яйца на Пасху еще более древний, чем сам праздник

КАНТРИ Русская азбука
Сезонная эстафета клематисов Сезонная эстафета клематисов

Видовое разнообразие рода клематисов для садового дизайна

Наука и жизнь
Будущее из розетки: чего ждать от электромобилей Будущее из розетки: чего ждать от электромобилей

В каком направлении развивается электротранспорт?

ТехИнсайдер
Тула. Город мастеров Тула. Город мастеров

Тула – здесь плелись интриги и вершились судьбы

Зеркало Мира
«У нас нет хороших решений» «У нас нет хороших решений»

Денис Соловьев — о ситуации на валютном рынке и проблемах с внешними платежами

Монокль
Контракт и досуг: какой экономический эффект дают промышленные выставки Контракт и досуг: какой экономический эффект дают промышленные выставки

Форумы и выставки становятся главными площадками для формирования деловых связей

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
Быстрее, выше, сильнее: лучшие фильмы и сериалы про олимпийские соревнования Быстрее, выше, сильнее: лучшие фильмы и сериалы про олимпийские соревнования

Вдохновляющие сериалы и фильмы про Олимпийские игры

Правила жизни
Открыть в приложении