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

Ослепительная четверка Ослепительная четверка

Эти женщины вершили китайскую историю, губили и спасали царств

Вокруг света
Дело сдвинулось: новый общественный электротранспорт Калининграда Дело сдвинулось: новый общественный электротранспорт Калининграда

Любопытно, какие именно троллейбусы приедут в Калининград?

ФедералПресс
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
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
Целительная сила «убойного» цветка Целительная сила «убойного» цветка

За какие целебные свойства ценят зверобой?

Наука и жизнь
Они такие классные. Интервью со Львом Зулькарнаевым и Денисом Прытковым Они такие классные. Интервью со Львом Зулькарнаевым и Денисом Прытковым

Актеры Лев Зулькарнаев и Денис Прытков — о съемках сериала «Она такая классная»

СНОБ
Откуда взошла Луна Откуда взошла Луна

Астрономы давно ломают голову над происхождением Луны

Вокруг света
«Лучшее решение — блокировка сайтов с незарегистрированными БАДами» «Лучшее решение — блокировка сайтов с незарегистрированными БАДами»

Хакан Эртюрк о трендах и регулировании российского рынка БАДов

РБК
Носики-курносики Носики-курносики

Порой иконографическое сравнение помогает «узнать» персонажа на картине

Дилетант
Я вас слушаю! Я вас слушаю!

Что такое активное слушание и почему оно важно для успеха?

Лиза
«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
Высокие амбиции Высокие амбиции

Современный интерьер с элементами шинуазри и азиатской тематики

SALON-Interior
Отчимы и мачехи: как воспитывать «чужих» детей Отчимы и мачехи: как воспитывать «чужих» детей

Как принять и полюбить детей партнера из прошлых отношений?

Psychologies
Рационализаторское предложение или изобретение: что регистрировать? Рационализаторское предложение или изобретение: что регистрировать?

Основные преимущества осуществления рационализаторской деятельности

Наука и техника
Заменит ли нейросеть живого архитектора? Заменит ли нейросеть живого архитектора?

Архитекторы пытаются уловить контуры и сущность городов будущего

Монокль
«Это ЗИЛ?!» Как советские инженеры изобретали совершенный вездеход «Это ЗИЛ?!» Как советские инженеры изобретали совершенный вездеход

Машины, по проходимости которым не было бы равных

ТехИнсайдер
Эрика: суровая крaсoта вереска Эрика: суровая крaсoта вереска

Белый, розовый, а может, фиолетовый? Эрика позволяет не мучиться с выбором

КАНТРИ Русская азбука
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
Цена ошибки — сорняк: зачем в СССР сажали борщевик и что из этого получилось Цена ошибки — сорняк: зачем в СССР сажали борщевик и что из этого получилось

Почему советские селекционеры предложили распространять опасное растение

ТехИнсайдер
Из гречки и кокоса! Узнайте о самых полезных для здоровья видах муки Из гречки и кокоса! Узнайте о самых полезных для здоровья видах муки

Стоит ли заменить цельнозерновую муку на гречневую или миндальную?

ТехИнсайдер
Логистика «переднего края» Логистика «переднего края»

Транспорт, необходимый для работы бойцов на линии боевого соприкосновения

Обозрение армии и флота
Эмоциональный инцест: 4 признака, что вы слишком близки с ребенком Эмоциональный инцест: 4 признака, что вы слишком близки с ребенком

Где та грань, за которой близость с родителями становится нездоровой?

Psychologies
Робот-гуманоид вышел на работу на завод BMW. Работодатель доволен Робот-гуманоид вышел на работу на завод BMW. Работодатель доволен

Компания BMW на своем заводе провела тестирование робота-гуманоида Figure 02

ТехИнсайдер
Бег по лавандовому полю за €2 млн: зачем в Париже сделали красивой легкую атлетику Бег по лавандовому полю за €2 млн: зачем в Париже сделали красивой легкую атлетику

Почему французы на Олимпиаде отошли от традиционного кирпично-красного цвета?

Forbes
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
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
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
Поднять паруса: проложат ли нанотехнологии путь к звездам Поднять паруса: проложат ли нанотехнологии путь к звездам

Скоро ли начнутся регаты в межзвездном пространстве?

Forbes
Законно ли смотреть порно в России и за что грозит уголовное наказание Законно ли смотреть порно в России и за что грозит уголовное наказание

Что такое порнография в трактовке российского права?

РБК
4 признака, что отправляться в совместное путешествие с человеком не стоит 4 признака, что отправляться в совместное путешествие с человеком не стоит

Иногда стили отдыха даже самых близких людей не совпадают, и это нормально

Psychologies
Открыть в приложении