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

Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как пытались получить доказательства в пользу населённости соседних планет

Наука и жизнь
«Бабушка Фрейд»: как Рут Вестхаймер научила американцев разговаривать о сексе «Бабушка Фрейд»: как Рут Вестхаймер научила американцев разговаривать о сексе

Как «доктор Рут» влюбила в себя Америку и сняла стигму с разговоров о сексе

Forbes
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
Топ-5 лучших фанатских версий сериальных концовок аниме Топ-5 лучших фанатских версий сериальных концовок аниме

Поклонники аниме считают, что они смогли бы лучше закончить некоторые истории

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

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Только итальянцы? Вот как люди из разных стран используют жесты во время рассказа историй! Только итальянцы? Вот как люди из разных стран используют жесты во время рассказа историй!

Правда ли, что некоторые культуры жестикулируют больше, чем другие?

ТехИнсайдер
До дрожи в земле До дрожи в земле

От холода порой дрожат не только люди и коты, но даже... сама земля

Наука и жизнь
Может ли развиться депрессия во время месячных Может ли развиться депрессия во время месячных

Как связаны менструации и депрессии, гормоны и психика?

Psychologies
Взрывной характер Взрывной характер

«Оппенгеймер»: дебаты о коммунизме, квантовая физика и охота на ведьм

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

Что необходимо делать супругам, чтобы гарантированно укрепить свой брак?

Psychologies
«В Орду! В Орду!» «В Орду! В Орду!»

Россия зачиналась в скопидомном сундуке Ивана Калиты

Дилетант
«Карту замены ПО полезно выстраивать  как минимум на десять лет» «Карту замены ПО полезно выстраивать  как минимум на десять лет»

Александр Сафиулин о переходе российских компаний на новые цифровые решения

РБК
6 форматов дружбы между мужчиной и женщиной: мнения сторон 6 форматов дружбы между мужчиной и женщиной: мнения сторон

Дружба между мужчиной и женщиной: не фасад ли это для подтекстов?

Psychologies
Как договариваться всегда со всеми и обо всем: интервью с конфликтологом Как договариваться всегда со всеми и обо всем: интервью с конфликтологом

Как наладить семейные отношения и стать профессионалом в сфере конфликтологии?

РБК
Главное — сохранять спокойствие: каковы действия пилота, если перед посадкой отказали шасси Главное — сохранять спокойствие: каковы действия пилота, если перед посадкой отказали шасси

Что может произойти в случае, если шасси перед посадкой самолета не выпускаются

ТехИнсайдер
Парадокс Монти Холла: что это значит и как его применять Парадокс Монти Холла: что это значит и как его применять

Как математический парадокс применяют в жизни?

Psychologies
Последние роли Орловой, Гурченко, Мордюковой и других великих советских актрис Последние роли Орловой, Гурченко, Мордюковой и других великих советских актрис

Мы решили вспомнить фильмы, которые стали для артисток последними

VOICE
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
Советы от разработчиков: 5 способов помочь ребенку избавиться от игровой зависимости Советы от разработчиков: 5 способов помочь ребенку избавиться от игровой зависимости

Как заинтересовать ребенка чем-то кроме компьютерных игр?

ТехИнсайдер
Дофамин и его предшественник леводопа усилили деградацию бета-амилоида в префронтальной коре мышей Дофамин и его предшественник леводопа усилили деградацию бета-амилоида в префронтальной коре мышей

Дофамин и леводопа индуцируют деградацию бета-амилоида в мозге мышей

N+1
Мир Шрёдингера Мир Шрёдингера

«Черный пес»: китайский неовестерн о сломе времен

Weekend
Мёд всему голова Мёд всему голова

Как ухаживают за пчелами и качают мед в усадьбе пасечников

КАНТРИ Русская азбука
Как две ученые нашли месторождение алмазов, но их открытие присвоили себе другие люди Как две ученые нашли месторождение алмазов, но их открытие присвоили себе другие люди

Пример того, как тяжелый труд ученых был вознагражден подлостью

Forbes
Как измерить силу своих чувств: шкала Клода Штайнера Как измерить силу своих чувств: шкала Клода Штайнера

Можете ли вы описать, что вы чувствуете прямо сейчас?

Psychologies
Топ самых опасных для здоровья поз за рулем Топ самых опасных для здоровья поз за рулем

Самые опасные положения водителя в длительном путешествии на автомобиле

Maxim
Что язык тела говорит о ваших отношениях — и какие невербальные сигналы могут их улучшить Что язык тела говорит о ваших отношениях — и какие невербальные сигналы могут их улучшить

Почему язык тела не менее важен, чем умение говорить друг с другом?

Psychologies
Из бани в Лувр. Почему «Джоконда» стала главной картиной всех времен и народов Из бани в Лувр. Почему «Джоконда» стала главной картиной всех времен и народов

«Мона Лиза», или «Джоконда», — кто она?

СНОБ
Светятся в темноте и разрушают сперматозоиды! Вот какие бывают презервативы: интересные факты Светятся в темноте и разрушают сперматозоиды! Вот какие бывают презервативы: интересные факты

Существует множество видов презерватива, у каждого типа есть свои плюсы и минусы

ТехИнсайдер
От полосатой робы до красных галифе: изломы судьбы Мишки Япончика От полосатой робы до красных галифе: изломы судьбы Мишки Япончика

Как главарь одесских уголовников Мишка Япончик оказался в Красной армии?

Правила жизни
Открыть в приложении