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

Альберт Эйнштейн: счастливые годы в Берне Альберт Эйнштейн: счастливые годы в Берне

С каким багажом Эйнштейн приехал в Берн и как он шел к своему «году чудес»

Наука и жизнь
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
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Автоэксперт Пономарев рассказал, как проверить наличие фреона в автокондиционере Автоэксперт Пономарев рассказал, как проверить наличие фреона в автокондиционере

Как правильно обращаться с кондиционером, чтобы продлить его ресурс?

ТехИнсайдер
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
«В мире еще есть что-то, способное заинтересовать» «В мире еще есть что-то, способное заинтересовать»

Отец Андрей Щенников рассказал о том, как живет церковь в эпоху потребления

Правила жизни
Тайна китов со странным запахом Тайна китов со странным запахом

Почему мясо серых китов имеет специфический «лекарственный» запах?

Наука и жизнь
Как позвонить на Алису: подробная инструкция Как позвонить на Алису: подробная инструкция

Сейчас мы расскажем, как позвонить домой на Алису с телефона

CHIP
Александр Чулок: «Ведь не граблями и вилами строить новую экономику» Александр Чулок: «Ведь не граблями и вилами строить новую экономику»

Заглядываем в будущее вместе с экономистом и прогнозистом Александром Чулоком

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

Как одеваются японские бунтарки

N+1
Секретно, параллельно Секретно, параллельно

Открываем мир художника Андрея Ткаченко

Men Today
Какой смысл мы вкладываем в слово «душнила»: 4 объяснения Какой смысл мы вкладываем в слово «душнила»: 4 объяснения

Зачем нужен термин «душнила»? Почему мы его используем?

Psychologies
365 дней свеклы 365 дней свеклы

Мы с командой часто смеемся, называя сибирских поваров «амбассадорами свеклы»

Bones
Молнии над водой Молнии над водой

Как выглядят гонки Formula E1 на электрических лодках с подводным крылом?

ТехИнсайдер
Красавицы и чудовище. Почему Хичкок был одержим блондинками Красавицы и чудовище. Почему Хичкок был одержим блондинками

В чем загадка «хичкоковских блондинок»

СНОБ
«Наша служба и опасна, и трудна»: самые рискованные профессии в мире «Наша служба и опасна, и трудна»: самые рискованные профессии в мире

Самые опасных специальностях в мире, которые требуют силы духа и устойчивости

ТехИнсайдер
Солнечный коллектор vs солнечная панель: как определить, что выгоднее для дома Солнечный коллектор vs солнечная панель: как определить, что выгоднее для дома

Что из них выгоднее и чем отличаются: солнечный коллектор или солнечная панель?

ТехИнсайдер
Заметая инфобез под ковер: как крупные сервисы проявляют безразличие к уязвимостям Заметая инфобез под ковер: как крупные сервисы проявляют безразличие к уязвимостям

Почему бизнес настолько халатно относится к информационной безопасности?

Forbes
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
Что такое инвалидизация в психологии: как (не) поддерживать в другом роль жертвы Что такое инвалидизация в психологии: как (не) поддерживать в другом роль жертвы

О механизме инвалидизации — о том, что неуместная помощь может приносить вред

Psychologies
Сверху вниз Сверху вниз

Чтобы добраться до лучших точек с панорамными видами, порой приходится попотеть

2Xplore
Любовь и деньги: на чем зарабатывают девушки самых высокооплачиваемых теннисистов Любовь и деньги: на чем зарабатывают девушки самых высокооплачиваемых теннисистов

Сколько спонсорских контрактов заключают девушки профессиональных теннисистов

Forbes
Король ток-шоу: кто такой Фил Донахью? Король ток-шоу: кто такой Фил Донахью?

Чем Фил Донахью заслужил уважение и доверие телезрителей?

Правила жизни
3 скрытые причины, почему партнера раздражают ваши слезы 3 скрытые причины, почему партнера раздражают ваши слезы

Вы плачете и ищете у него утешения, а он только злится?

Psychologies
Высокие амбиции Высокие амбиции

Современный интерьер с элементами шинуазри и азиатской тематики

SALON-Interior
Пристрастие родителей к алкоголю может привести к ускоренному старению их детей Пристрастие родителей к алкоголю может привести к ускоренному старению их детей

Что сильнее влияет на способность бороться с болезнями — природа или воспитание?

ТехИнсайдер
Как экс-аналитик McKinsey выручила 60 млн рублей на бумажных фотоаппаратах из Тайваня Как экс-аналитик McKinsey выручила 60 млн рублей на бумажных фотоаппаратах из Тайваня

В 2021 году Мила Балиханова увидела необычный фотоаппарат и решила открыть дело

Forbes
Исабель Альенде «Дочь фортуны». Фрагмент из приквела романа «Дочь духов» Исабель Альенде «Дочь фортуны». Фрагмент из приквела романа «Дочь духов»

Объемная, насыщенная приключенческая история от Исабель Альенде, «Дочь фортуны»

СНОБ
«Подделка»: сериал о том, как женщины сталкиваются с аферистами в дейтинге «Подделка»: сериал о том, как женщины сталкиваются с аферистами в дейтинге

«Подделка»: сериале и о реальной истории обмана, которая легла в его основу

Forbes
Весь в отца: существуют ли гены лишнего веса и что с ними делать? Весь в отца: существуют ли гены лишнего веса и что с ними делать?

Спросили у эксперта все, что вы хотели знать о генах лишнего веса

Правила жизни
Открыть в приложении