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

Премия за самый короткий импульс света Премия за самый короткий импульс света

Как электроны связаны с современной наукой?

Наука и жизнь
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
Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Как будут развиваться города северо-запада РФ до 2035 года Как будут развиваться города северо-запада РФ до 2035 года

Что такое мастер-планы по развитию и какими они будут для разных городов

ФедералПресс
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
В современном прочтении В современном прочтении

Интерьер на стыке классики и минимализма

SALON-Interior
Теория игр Теория игр

Прав ли сказавший, что наша жизнь – игра?

Вокруг света
Природа Черногории и гастрономия Адриатики: что делать в Будве и окрестностях Природа Черногории и гастрономия Адриатики: что делать в Будве и окрестностях

Чем заняться в Будве и окрестностях во время путешествия

Forbes
И ты, Иван? И ты, Иван?

Почему гетман Иван Мазепа предал своего царя?

Дилетант
Графомания или смерть Графомания или смерть

Что вынуждает ученых публиковать так много статей

N+1
Обжиг: привет керамика! Обжиг: привет керамика!

Место, где не просто «горшки обжигают»

КАНТРИ Русская азбука
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
Цена ошибки — сорняк: зачем в СССР сажали борщевик и что из этого получилось Цена ошибки — сорняк: зачем в СССР сажали борщевик и что из этого получилось

Почему советские селекционеры предложили распространять опасное растение

ТехИнсайдер
Переводим с манипулятивного Переводим с манипулятивного

Какие скрытые смыслы засекречены во фразах манипуляторов и как не попасться?

Psychologies
20 советов 20 советов

Советы тренеров со всего мира о том, как привести себя в форму

Men Today
Не те герои Не те герои

Минфин планирует активно выводить на рынок акций национализированные компании

Монокль
Астрономы впервые увидели разрыв очень массивной звезды сверхмассивной черной дырой Астрономы впервые увидели разрыв очень массивной звезды сверхмассивной черной дырой

Уникальное событие разрушения звезды сверхмассивной черной дырой

N+1
Фабрика-кухня: филиал Третьяковки в Самаре Фабрика-кухня: филиал Третьяковки в Самаре

Памятник советского конструктивизма обрел новую жизнь в виде филиала Третьяковки

Psychologies
«Может быть, это судьба?»: почему дейтинг-приложения — опасный способ сбежать от одиночества «Может быть, это судьба?»: почему дейтинг-приложения — опасный способ сбежать от одиночества

Как понять, убийца ли тот, с кем вы познакомились в приложении для знакомств?

Psychologies
Гастротуризм Гастротуризм

Что российские регионы готовы предложить гастротуристам

Bones
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
Математика в реальной жизни: как транспортные модели помогают избавляться от пробок и строить новые маршруты Математика в реальной жизни: как транспортные модели помогают избавляться от пробок и строить новые маршруты

О том, как создаются транспортные модели и как они работают

ТехИнсайдер
10 фактов, которые нужно знать мужчинам о женщинам 10 фактов, которые нужно знать мужчинам о женщинам

Семейный психотерапевт напоминает о нескольких особенностях женской психики

Psychologies
Есть ли способы меньше потеть? Есть ли способы меньше потеть?

Как уменьшить избыточное потоотделение и начать жить?

Maxim
Ощущение вкуса Ощущение вкуса

На что мы смотрим, когда выбираем блюдо или напиток?

Bones
«Пойми меня, если сможешь»: как работает эмпатия и чем может помочь искусственный интеллект «Пойми меня, если сможешь»: как работает эмпатия и чем может помочь искусственный интеллект

Насколько ограничены мы в понимании друг друга? И что это вообще значит?

Psychologies
«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
«Чудовищный эксперимент» Уэнделла Джонсона: как психолог провел жестокий опыт с заиканием на детях-сиротах «Чудовищный эксперимент» Уэнделла Джонсона: как психолог провел жестокий опыт с заиканием на детях-сиротах

История о том, как детская обида и эгоизм покалечили психику сирот

ТехИнсайдер
Оттенки кожзама: что такое экокожа и стоит ли приобретать изделия из нее Оттенки кожзама: что такое экокожа и стоит ли приобретать изделия из нее

Экокожа — это про экологию или экономию?

ТехИнсайдер
Мария Орлова: «Чтение – это в первую очередь удовольствие» Мария Орлова: «Чтение – это в первую очередь удовольствие»

Как привить ребенку любовь к чтению – не обязательно расти на классике

Grazia
Открыть в приложении