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

Мифы и факты: Александр I Мифы и факты: Александр I

Весной на экраны вышел сериал об императоре. Какие факты вызывают споры?

Вокруг света
Мир Шрёдингера Мир Шрёдингера

«Черный пес»: китайский неовестерн о сломе времен

Weekend
Красота по-японски Красота по-японски

В чем суть ключевых понятий японской эстетики?

Вокруг света
«Не терпя лукавыя бесовские крамолы» «Не терпя лукавыя бесовские крамолы»

«И пришел из Орды, и сел на великокняжеском престоле»

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

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
В диалоге с цветами В диалоге с цветами

Формы и стили, которые подчеркивают и по-новому показывают красоту цветка

Наука и жизнь
Нечаянный император Нечаянный император

Николай I — царящий надо всеми жандарм, исполняющий свой государственный долг

Дилетант
Почему нельзя выливать маринад от овощей Почему нельзя выливать маринад от овощей

Что бы ты ни делала, не выливай маринад от овощей в канализацию!

VOICE
Меледá, или девять связанных колец Меледá, или девять связанных колец

Эта головоломка с кольцами, надетыми на шпильку, известна во многих странах

Наука и жизнь
Неуловимые коты Сайлюгема Неуловимые коты Сайлюгема

Как живется снежным барсам и другим животным в алтайских горах

Наука и жизнь
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
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
Криминальный гардероб: как спортивный костюм стал символом обездоленного класса Криминальный гардероб: как спортивный костюм стал символом обездоленного класса

Как одежда становится маркером преступности?

Forbes
Солнечный нуар Солнечный нуар

«Плохая обезьяна»: новый сериал создателя «Теда Лассо»

Weekend
Игрушка: Петрушка Уксусов Игрушка: Петрушка Уксусов

Символ русского театра кукол — Петрушка

КАНТРИ Русская азбука
Ученый Горелов рассказал, как найти утечки тепла в доме Ученый Горелов рассказал, как найти утечки тепла в доме

Есть ли польза от бесконтактного термометра, где искать «мостики холода»?

ТехИнсайдер
Гроссмейстеры больших данных Гроссмейстеры больших данных

Как стать гроссмейстером по машинному обучению

ТехИнсайдер
Дарья и Александра Соломины: «Чем старше он становился, тем чаще возвращался к своему читинскому детству» Дарья и Александра Соломины: «Чем старше он становился, тем чаще возвращался к своему читинскому детству»

Юрий Мефодьевич никогда не вел себя как звезда

Караван историй
Спорт — наш: как сериал Евгения Стычкина «Игры» рассказывает об Олимпиаде-80 Спорт — наш: как сериал Евгения Стычкина «Игры» рассказывает об Олимпиаде-80

Сериал «Игры»: амбивалентная история об Олимпиаде-80

Forbes
«Кукушка»: боди-хоррор о репродуктивном насилии на альпийском курорте «Кукушка»: боди-хоррор о репродуктивном насилии на альпийском курорте

Как действительно жуткий фильм осмысляет проблему репродуктивного насилия

Forbes
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
О пользе лени: 5 причин разрешить себе бездельничать О пользе лени: 5 причин разрешить себе бездельничать

Лень укрепляет здоровье и делает нас более продуктивными

РБК
Деликатесы со всего мира Деликатесы со всего мира

Необычные деликатесы, которые вы есть не стали бы

Зеркало Мира
Изменение вектора: как политика отразится на новом поколении Изменение вектора: как политика отразится на новом поколении

Почему власти стали уделять такое внимание развитию подрастающего поколения?

ФедералПресс
Редкое животное и первые кадры! Фермер из Боливии сумел заснять амазонскую ласку: видео Редкое животное и первые кадры! Фермер из Боливии сумел заснять амазонскую ласку: видео

Об удивительном существе из густых лесов Амазонки известно не так много

ТехИнсайдер
Искусственный интеллект за кадром: как цифровые сотрудники меняют правила игры Искусственный интеллект за кадром: как цифровые сотрудники меняют правила игры

Кто такие цифровые сотрудники, как они влияют на бизнес?

Forbes
10 лучших новых сериалов, которые должен посмотреть каждый. Выбор читателей «Правил жизни» 10 лучших новых сериалов, которые должен посмотреть каждый. Выбор читателей «Правил жизни»

Подборка сериалов, в которой каждый найдет что-то для себя

Правила жизни
Я себя сделала сама: как женщины доказали, что они тоже могут быть self-made Я себя сделала сама: как женщины доказали, что они тоже могут быть self-made

Как понятие self-made помогает женщинам заявлять о себе

Forbes
Из всего, что есть в доме Из всего, что есть в доме

Подборка самых необычных арт-объектов России, которые были созданы умельцами

2Xplore
Изгои небес Изгои небес

Об аппаратах легче воздуха – дирижаблях

Зеркало Мира
Открыть в приложении