Астрохимия нені зерттейді

Ғарышты ұзақ уақыт жұлдыздардың жарығынан басқа ештеңе жоқ, өлімшіл бос кеңістік деп есептеді. Бірақ спектроскопия мен радиоастрономияның дамуымен бұл кеңістіктің — вакуум емес, экстремалды температура мен қысым жағдайында химиялық реакциялар жүретін күрделі зертхана екені анықталды. Астрохимия астрономия, физика және химияның шекарасында пайда болып, Жерден тыс заттардың құрамын анықтауға бағытталды. Бұл ғылым планеталар, кометалар, тұмандықтар және өмірдің өзі неге негізделгенін түсінуге көмектеседі. Бүгін ғалымдар ғарышта сутегіден бастап биология негізін құрайтын органикалық қосылыстарға дейінгі жүздеген молекулаларды ашты. Бұл мақалада астрохимия қандай мәселелермен айналысады және оның ашулары неге бүкіл ғылым үшін маңызды екені түсіндіріледі.

Астрохимияның негізгі міндеттері

Астрохимияның басты мақсаты — ғарыш объектілерінің химиялық құрамын және ғарышта молекулалардың қалай түзілетінін анықтау. Бұған газ-шаңды бұлттар, жұлдыздар атмосферасы, планеталық жүйелер және жұлдыздардың қалдықтары да кіреді. Ғалымдар жұлдыздар ішінде туылған элементтер қалай күрделі қосылыстарға айналады, соны түсінуге тырысады.

Ерекше назар межжұлдыздық ортаға — жұлдыздар арасындағы сиретілген затқа аударылады, онда интуицияға қайшы келетіндей, химиялық процестер белсенді жүреді.

• онда су, метан, аммиак және тіпті спирттер молекулалары түзіледі;
• шаң бөлшектерінің бетінде газдық фазада мүмкін емес реакциялар жүреді;
• ультракүлгін сәулелері мен ғарыш сәулелері катализатор рөлін атқарады;
• 10 К температурадағы суық бұлттарда күрделі органикалық молекулалар пайда болады.

Сонымен, астрохимия химияның тек Жердегі ғана емес, Әлемге таралған әмбебап процесс екенін көрсетеді.

Зерттеу әдістері

Межжұлдыздық кеңістіктен тікелей үлгі алу мүмкін емес болғандықтан, астрохимиктер қашықтықтан зерттеу әдістеріне сүйенеді. Негізгісі — спектроскопия, ол әрбір молекуланың белгілі толқын ұзындықтарында сәуле шығаруы немесе жұтуына негізделген.

1. Радиотелескоптар. Ғарыштағы молекулалардың көпшілігі радиотолқын диапазонында ашылды. Мысалы, Чилидегі ALMA телескопы көмегімен ғалымдар жас жұлдыз айналасындағы протопланеталық дискіде гликольальдегид — ең қарапайым қантты тапты.
2. Инфрақызыл бақылаулар. Олар көрінетін жарық үшін мөлдір емес шаң бұлттарындағы молекулаларды зерттеуге мүмкіндік береді. «Джеймс Уэбб» ғарыш телескопы экзопланеталар атмосферасында метан мен көмірқышқыл газының іздерін байқады.
3. Зертханалық тәжірибелер. Ғалымдар Жерде ғарыш жағдайын — вакуум, төменгі температура, сәуле шығаруды қайта жасап, ғарышта қандай реакциялар мүмкін және олардың спектрлік «қолтаңбалары» қандай болатынын анықтайды.

Бұл тәсілдердің бірігуінсіз Әлемнің тереңінен келетін сигналдарды түсіну мүмкін болмас еді.

Астрохимияның ашулары

Соңғы онжылдықтарда ғылым ғарыштың химиялық әртүрлілігін түсінуде үлкен жетістікке жетті. Бүгінге қарай Жерден тыс 250-ден астам молекула анықталған.

• 1963 жылы межжұлдыздық ортада алғаш рет су тіркелді;
• 1968 жылы аммиак пен сутегі цианиді — аминқышқылдарының алғашқы құрылымы табылды;
• 2004 жылы «Чурюмова — Герасименко» кометасында глицин аминқышқылы сияқты органикалық қосылыстар анықталды;
• 2020 жылы Шолпан атмосферасында фосфин табылып, микробтық өмір туралы пікірталастар туғызды.

Бұл табыстар химия туралы білімді кеңейтіп қана қоймай, өмірдің шығу тегі туралы жаңа сұрақтар қояды. Егер биология негізін құрайтын құрылымдар Әлемде кең таралған болса, онда өмір — сирек құбылыс емес, заңдылық болуы мүмкін.

Басқа ғылымдармен байланысы

Астрохимия бірнеше ғылым салаларымен тығыз байланысты. Ол космохимияға — метеориттер мен Ай үлгілерін зерттеуге арналған ғылымға деректер береді. Планетология астрохимиялық модельдерді Марстың, Титанның немесе экзопланеталардың атмосферасының эволюциясын түсіну үшін пайдаланады. Тіпті биология да пайда көреді: егер бірдей молекулалар тұмандықтарда да, тірі клеткаларда да кездессе, бұл ғарыш пен өмір арасында терең байланыс бар дегенді білдіреді.

1. Космохимия. Көміртегілі хондриттер сияқты метеориттерді талдау межжұлдыздық бұлттарда табылғанға ұқсас аминқышқылдарының бар екенін көрсетті. Бұл органикалық заттар Жерден тыс түзілуі мүмкін екенін растайды.
2. Планетология. Астрохимиялық мәліметтер ежелгі Марс климатын немесе Европаның мұзы астындағы мұхит құрамын модельдеуге көмектеседі.
3. Астробиология. Оттек, озон немесе белгілі пропорциядағы метан сияқты биомаркерлерді іздеу астрохимиялық дерек көздеріне сүйенеді.

Осы байланыстар арқасында астрохимия «аспан» және «жер» ғылымдары арасындағы көпір ретінде қызмет етеді.

Астрохимия ғарышты дыбыссыз бос кеңістіктен өмірдің молекулалық алғышарттары туылатын динамикалық химиялық ортаға айналдырды. Оның ашулары тек Әлем туралы емес, адамзаттың ондағы орны туралы түсініктерді де өзгертеді. Егер Орион тұмандығы мен адам денесінің клеткаларында бірдей химиялық заңдар әрекет етсе, онда біз шынында «жұлдыздар балалары»мыз. Болашақ миссиялар мен телескоптар планеталардың химиялық «люлькаларына» және, мүмкін, алғашқы тірі организмдерге тереңірек үңіле алады.