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

Город Геркулеса Город Геркулеса

Геркуланум уничтожило – и сохранило для нас – то же извержение Везувия

Вокруг света
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
Ярчайшая Ярчайшая

О самой яркой звезде ночного неба — Сириусе

Наука и жизнь
Тяжба дяди Дреда Тяжба дяди Дреда

История афроамериканца Дреда Скотта, который пытался оспорить свои права в суде

Дилетант
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
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
Тайна гибели академика Легасова Тайна гибели академика Легасова

В апреле 1988 года был обнаружен повесившимся Валерий Легасов

Дилетант
Троян-шпион у пользователей Android: этичный хакер Песковский рассказал, как обезопасить смартфон от вирусов Троян-шпион у пользователей Android: этичный хакер Песковский рассказал, как обезопасить смартфон от вирусов

Как защитить свой телефон от любых вирусов

ТехИнсайдер
«Неизвестное» плато «Неизвестное» плато

«Глаз», «Ступа», «Ромашка» и секреты Вилюйского плато

Наука и жизнь
Остерегаться в лесу: ученый назвал самые опасные дикие растения России Остерегаться в лесу: ученый назвал самые опасные дикие растения России

Что нужно учитывать при заготовке травяных сборов

ТехИнсайдер
11 книг, которые надо прочитать всем, кто хочет быть богатым (и кто уже богатый — тоже) 11 книг, которые надо прочитать всем, кто хочет быть богатым (и кто уже богатый — тоже)

Книги, которые советуют бизнесмены, предприниматели и филантропы

Inc.
Замечали лицемерие? Посмотрите на 7 видов улыбок и узнайте их значение! Замечали лицемерие? Посмотрите на 7 видов улыбок и узнайте их значение!

Что улыбка может рассказать о человеке?

ТехИнсайдер
Придумал ценники, скидки и супермаркеты: история «короля шоппинга» Фрэнка Вулворта Придумал ценники, скидки и супермаркеты: история «короля шоппинга» Фрэнка Вулворта

История человека, который подарил миру удобный и выгодный шоппинг

ТехИнсайдер
В современном прочтении В современном прочтении

Интерьер на стыке классики и минимализма

SALON-Interior
Кто ты, мой новый герой? Кто ты, мой новый герой?

Слава Копейкин и Денис Косиков зажигают звезды

Men Today
Медовый приговор Медовый приговор

«Пчеловод»: социальный боевик со Стейтемом про сладкую месть

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

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

Psychologies
Солнце мое: как правильно пользоваться санскрином на море и в городе? Солнце мое: как правильно пользоваться санскрином на море и в городе?

Какие важные факты об SPF важно держать в голове?

Правила жизни
Наш человек! Наш человек!

11 звезд Голливуда с русскими корнями

Лиза
«Вселенная 25» — страшный эксперимент, который показал, что станет с человечеством, если создать «рай на Земле» «Вселенная 25» — страшный эксперимент, который показал, что станет с человечеством, если создать «рай на Земле»

Джон Кэлхун доказал: удовлетворение всех потребностей человека ведет к гибели

ТехИнсайдер
«Криминальный гардероб: особенности девиантного костюма» «Криминальный гардероб: особенности девиантного костюма»

Как одеваются японские бунтарки

N+1
Какое вино пить летом: 10 идеальных вариантов Какое вино пить летом: 10 идеальных вариантов

Какими винами можно наслаждаться еще весь август?

Maxim
Наше все: гид по пушкинским местам и другим достопримечательностям Старицы Наше все: гид по пушкинским местам и другим достопримечательностям Старицы

Как правильно открывать для себя пушкинские места в тверской глубинке?

Forbes
Лариса Долина отдала мошенникам миллионы — почему она и тысячи россиян доверяют им? Лариса Долина отдала мошенникам миллионы — почему она и тысячи россиян доверяют им?

Почему десятки тысяч россиян готовы отдавать деньги и квартиры мошенникам?

Psychologies
Гендиректор ТМК ЭТЕРНО Денис Макиенко: «Мы строим новую компанию» Гендиректор ТМК ЭТЕРНО Денис Макиенко: «Мы строим новую компанию»

О том, почему ТМК ЭТЕРНО решила перестроить отлаженный бизнес

ФедералПресс
Магия волос Магия волос

Традиции, ритуалы и суеверия, связанные с волосами

Лиза
Все кинофильмы Питера Джексона от худшего к лучшему Все кинофильмы Питера Джексона от худшего к лучшему

В фильмографии Питера Джексона смешались хоббиты, битлы и пришельцы-людоеды

Maxim
«Граф Аверин»: как детективная история про альтернативную Россию и демонического кота влюбила в себя читателей «Граф Аверин»: как детективная история про альтернативную Россию и демонического кота влюбила в себя читателей

«Граф Аверин»: в чем феномен серии книг, как на её популярность повлиял кот?

Psychologies
Скажем истерике «нет» Скажем истерике «нет»

Как реагировать на детскую истерику?

Лиза
Глава компании «Полипласт Северо-запад» — о высоких технологиях и импортозамещении Глава компании «Полипласт Северо-запад» — о высоких технологиях и импортозамещении

О важности следовать принципам бережливого производства и ESG-повестке

РБК
Открыть в приложении