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

Бурялом Бурялом

Перед ним появилась огромная голова зверя с вытянутой мордой и острыми ушами...

Наука и жизнь
Внимание, найден внутренний ребенок Внимание, найден внутренний ребенок

Что такое эго-состояния, можно ли «включать» их в нужный момент?

Grazia
Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики

Как перовскитные солнечные элементы сделают энергетическую систему экологичнее?

Наука и техника
5 причин посмотреть новый фильм «Ворон» 2024 года 5 причин посмотреть новый фильм «Ворон» 2024 года

«Ворон»: получилась ли новая экранизация комикса удачной?

Maxim
Цифровая паутина «Черного квадрата» Цифровая паутина «Черного квадрата»

Как манифест Малевича переосмысливают современные художники

Вокруг света
Шерстяное овцеводство: быть или не быть Шерстяное овцеводство: быть или не быть

Что может способствовать возрождению сектора производства шерсти?

Агроинвестор
Согласование времен Согласование времен

Как в средневековой Европе измеряли и воспринимали время

Вокруг света
Неистовая Фанни. Драма террористки, покусившейся на вождя Неистовая Фанни. Драма террористки, покусившейся на вождя

О том, как любовная драма превратила наивную девушку Фанни Каплан в террористку

СНОБ
Второе дыхание: как преодолеть «плато» в похудении? Второе дыхание: как преодолеть «плато» в похудении?

О природе «плато» и о том, как все-таки сдвинуть вес с мертвой точки

Правила жизни
Урал, любовь моя Урал, любовь моя

5 абсолютно разных граней Большой уральской тропы

2Xplore
Коллекционер Антон Козлов: На картине можно изображать любую крамолу Коллекционер Антон Козлов: На картине можно изображать любую крамолу

Коллекционер Антон Козлов — про табу в современном искусстве и страхе перед ним

СНОБ
Как твой образ влияет на успех: практические советы Как твой образ влияет на успех: практические советы

Как использовать свой образ для достижения целей и реализации амбиций?

VOICE
Папоротники: 14 удивительных фактов, доказывающих уникальность и необычность этих растений Папоротники: 14 удивительных фактов, доказывающих уникальность и необычность этих растений

Многие просто не замечают папоротник, однако он крайне необычен

ТехИнсайдер
Марат Калайджян: «Людям нужна простота» Марат Калайджян: «Людям нужна простота»

Марат Калайджян — вкус во плоти, учит всех нас правильному отношению к продуктам

Bones
Любовь Константинова: «Меня сопровождает стойкое убеждение: все будет по судьбе» Любовь Константинова: «Меня сопровождает стойкое убеждение: все будет по судьбе»

Всегда впускаю историю каждой своей героини максимально глубоко, под кожу

Коллекция. Караван историй
Федор Гамалея Федор Гамалея

Актер Федор Гамалея — праправнук гениального ученого, сделавший себя сам

Собака.ru
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
От пара и лошади – к электричеству. Начала электротяги От пара и лошади – к электричеству. Начала электротяги

Сто лет на железных дорогах России работает электротяга. Но как все начиналось?

Наука и техника
Открой глаза. Пластический хирург разбирает популярные мифы о блефаропластике Открой глаза. Пластический хирург разбирает популярные мифы о блефаропластике

Правда ли, что результат от блефаропластики не сохраняется навсегда?

Лиза
Тяжба дяди Дреда Тяжба дяди Дреда

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

Дилетант
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.
Зачем роутеру столько антенн и что они дают Зачем роутеру столько антенн и что они дают

Почему роутеры оснащаются таким количеством антенн и на что они влияют

CHIP
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
История одной вещи: как кассета изменила шоу-бизнес и кинорынок, а затем ушла в прошлое История одной вещи: как кассета изменила шоу-бизнес и кинорынок, а затем ушла в прошлое

Кто и как изобрел первый компактный аналоговый информационный носитель

Правила жизни
«А это мысль!» «А это мысль!»

Что такое инсайт и как его получить

Лиза
Новая реальность морских сражений Новая реальность морских сражений

Назначение БЭКов и особенности боевого применения

Обозрение армии и флота
В зоне комфорта В зоне комфорта

Comfort food в России всегда была неразрывна с деревней

Bones
Почему мы не умеем просить и как этому научиться: 4 стратегии Почему мы не умеем просить и как этому научиться: 4 стратегии

Как проявляется нежелание просить о помощи и как его преодолеть

Psychologies
Какие механизмы стимулируют импортозамещение Какие механизмы стимулируют импортозамещение

В промышленности растет уровень использования отечественных технологий

РБК
Любовь наперекор Любовь наперекор

Haval H3 просто обречен на любовь – и плевать на законы физики

ТехИнсайдер
Открыть в приложении