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

Самый энергичный свет Самый энергичный свет

История открытия и некоторые факты о гамма-лучах

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
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
6 остросюжетных новинок для тех, кто любит пощекотать нервы: триллеры, детективы и тру-крайм 6 остросюжетных новинок для тех, кто любит пощекотать нервы: триллеры, детективы и тру-крайм

Что может быть лучше детектива, сюжет которого захватывает с первых страниц?

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

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Как быть: почему творческие профессии становятся востребованнее технических? Как быть: почему творческие профессии становятся востребованнее технических?

На кого идти учиться сейчас, чтобы быть востребованным в творческой индустрии?

Правила жизни
Венерианские «грозы» Леонида Ксанфомалити Венерианские «грозы» Леонида Ксанфомалити

Насколько своеобразны инопланетные стихии?

Наука и жизнь
Юрий Авдалов: «Не поможем производителям компонентов — останемся на азиатской игле» Юрий Авдалов: «Не поможем производителям компонентов — останемся на азиатской игле»

Отечественное машиностроение в последние годы демонстрирует впечатляющие успехи

ФедералПресс
Гвинейская тиляпия — живой памятник временам климатического оптимума голоцена в сахаре Гвинейская тиляпия — живой памятник временам климатического оптимума голоцена в сахаре

Почему один и тот же вид рыб обитает в разных условиях?

Наука и жизнь
В древнем горшке из Китая нашли остатки пищи эпохи неолита В древнем горшке из Китая нашли остатки пищи эпохи неолита

Ученые проанализировали пищевую корку в керамическом горшке из памятника Хэмуду

N+1
Иранская борьба – и не борьба вовсе! Иранская борьба – и не борьба вовсе!

Споры о том, чья борьба или какой спорт древнее, ведутся постоянно

Зеркало Мира
Укрепление Сибири или совпадение: как объяснить масштабные кадровые перестановки Укрепление Сибири или совпадение: как объяснить масштабные кадровые перестановки

За неполные два года в трети сибирских регионов сменились руководители

ФедералПресс
Сколько можно пить за рулем в разных странах Сколько можно пить за рулем в разных странах

Где вообще нельзя, а где можно немного выпить за рулем?

Maxim
Денег нет, но я держусь: как психологически справиться с финансовым кризисом Денег нет, но я держусь: как психологически справиться с финансовым кризисом

Как помочь себе справиться с денежным кризисом?

VOICE
7 суровых автодомов, сделанных российскими умельцами 7 суровых автодомов, сделанных российскими умельцами

Российские автодома с суровым вайбом

Maxim
Бензин подорожал на 16,5%: поможет ли запрет экспорта остановить рост цен Бензин подорожал на 16,5%: поможет ли запрет экспорта остановить рост цен

С чем связано подорожание бензина и выправит ли ситуацию ручное управление

Forbes
«В чем подвох?»: почему мы ищем скрытый смысл там, где его нет «В чем подвох?»: почему мы ищем скрытый смысл там, где его нет

Почему мы ищем подвох там, где он даже не предполагался?

Psychologies
Основной инстинкт Основной инстинкт

Быть желанной хочет каждая. Но что такое «соблазнительность» на самом деле?

Лиза
Маленькие трагедии Маленькие трагедии

Что определяет детскую моду? В первую очередь то, кем взрослые видят детей

Grazia
Неудачный «Большой скачок»: зачем Китай закупал воробьев у Канады и СССР Неудачный «Большой скачок»: зачем Китай закупал воробьев у Канады и СССР

«Большой скачок»: зачем Китай решил истребить воробьев?

ТехИнсайдер
Почему мигранты хамят, насилуют и убивают: объяснили психологи Почему мигранты хамят, насилуют и убивают: объяснили психологи

В последние годы в России участились нарушения закона со стороны мигрантов

ФедералПресс
Пчелы учат дроны летать роем Пчелы учат дроны летать роем

Как дроны перенимают у пчел манеру полета

ТехИнсайдер
Инклюзивный маршрут Инклюзивный маршрут

«Она такая классная»: приключения аутиста в России

Weekend
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
Алексей Горенский: «Наши выпускники — настоящие таланты» Алексей Горенский: «Наши выпускники — настоящие таланты»

О том, как сейчас создается будущее индустрии гостеприимства

Bones
Лесото обладает самым высоким уровнем самоубийств в мире! Вот где расположена эта страна Лесото обладает самым высоким уровнем самоубийств в мире! Вот где расположена эта страна

В Лесото наблюдается один из самых высоких уровней самоубийств в мире

ТехИнсайдер
10 отличных фильмов о мотоциклах, которые должен посмотреть каждый 10 отличных фильмов о мотоциклах, которые должен посмотреть каждый

Да-да, «Криминальное чтиво» тоже вошло, детка...

Maxim
Касторовое масло топит жир или нет: популярный тренд в TikTok Касторовое масло топит жир или нет: популярный тренд в TikTok

Следуя трендам: поможет ли касторовое масло избавиться от жира на животе?

ТехИнсайдер
Секс, стена и Достоевский Секс, стена и Достоевский

Что может сделать русская литература со стремительно взрослеющей девушкой

Weekend
Джордж Оруэлл и саморазвитие! Посмотрите, какие 7 книг советовал основатель Apple Стив Джобс Джордж Оруэлл и саморазвитие! Посмотрите, какие 7 книг советовал основатель Apple Стив Джобс

Стив Джобс и его литературные рекомендации: философия и взгляды на жизнь

ТехИнсайдер
Открыть в приложении