Что такое астрохимия доклад

Обновлено: 11.05.2024

“Астрохимия есть наука ближайшего будущего. Ведь уже изучают химизм солнечных пятен и воздействия Луны, также скоро начнут изучать химизм ближайших светил, отсюда один шаг к официальному признанию астрологии; ибо астрохимия есть основа астрологии”. /Рерих Е.И. Письма. 1929-1938 т.1, 08.08.34 /

Община, 110 Среди учебных предметов пусть будут даны основы астрономии, но поставив ее, как преддверие к дальним мирам. Так школы заронят первые мысли о жизни в дальних мирах. Пространство оживет, астрохимия и лучи наполнят представление о величии Вселенной. Молодые сердца почуют себя не муравьями на земной коре, но носителями духа и ответственными за планету. Останавливаем внимание на школах, ибо от них утвердится сотрудничество. Не будет созидания без сотрудничества. Не будет прочности государства и союза, когда будет властвовать ветхая самость.

Агни Йога, 18 Астрохимия позволяет определить лучшие воздействия на определенные организмы. Астрология ничто иное, как формула астрохимии. Человек, вошедший в дом, наполненный никотином, унесет на себе ядовитые осадки. Так же точно человек, впервые непосредственно испытавший воздействие астрохимических лучей, будет всегда звучать на одно сочетание. Можно легко установить, когда нужно приблизиться к желательному лицу.

Также пресловутые солнечные пятна усиливают химические воздействия. Люди твердят о смятении мира в период солнечных пятен. Даже слабое представление толкает к верным соображениям. Но, если вспомним поражающие химические реакции, то не трудно понять насыщенность пространства самыми действительными составами окисей металлоидов. Можно ли легкомысленно отрицать эволюционную мощь материи, когда из Беспредельного Резервуара льются на наши головы лучи, несказанного напряжения! Особо чуткие организмы могут подтвердить, что в кульминационный период солнечных пятен, лучи светила становятся для них невыносимы по своему качеству. Также во время падения крупных метеоров можно ощутить сотрясение нервной системы. До сих пор люди не могут осознать свое положение в гигантской лаборатории. Уже одно такое сознание вооружило бы человеческий организм и вместо тревожных наблюдений над дрожанием сейсмографа обратило бы поиски в Беспредельную Высь, такую же материальную, как пропитание завтрашнего дня, такую же величественную, как светил численность.

Беспредельность ч.1, 41 Приобретение космических сил, как сотрудничество, приближает нас к источнику энергии атомистической. Наша наука может достичь напряжения энергии, если только взрыв сознания произойдет. Много можно извлечь из сложных космических комбинаций. Земные представления облекаются в однообразное явление или в предрассудок. Приобщитесь к Беспредельности и во всей красоте энергии станьте частью ее. Мы неустанно будем твердить об энергии Беспредельности.

Когда человечество поймет искры Фохата и примет неисчислимые проявления несцепленной еще материи, тогда будем уявлять новую форму. Половина явлений космических сил ждет в Вечности и для человечества. Как не использовать все радиоактивные силы и все радиации миллиардов лучей!

Что нашей планете осталось извлечь из Первоисточника явлено выражением Беспредельности. Наша планета наслоена и пронизана свойствами космических огней, и человек может, как маг, по-своему, устремлять свою магнетическую силу, может выражать свое устремление напряжением психической энергии в пространство. Ясная мысль дает ток направлению. Не говорим о магии и формулах, но хотим повернуть дух ваш к беспредельным возможностям. Только умаление своих проявлений вызывается вашим мнением, что все иллюзия. Космогония и астрохимия так же приемлемы, как география и история. Если бы вы знали то, что видели Владыки, тогда вы бы явили понимание всей несцепленной материи. Не тайна храма, но таинство Беспредельности!

Сердце, 372 Уже начинаете мыслить о таких предметах, как астрофизика и астрохимия. Казалось бы пора задуматься, как влияют эти мощные воздействия на природу человечества! Скоро начнут приближать могучие рычаги дальних миров к улучшению жизни. Но при всем богатстве возможном, придется ко всему добавить элемент сердца. Уявление тончайших энергий сердца трансмутирует химизм лучей. Нельзя представить себе химическую лабораторию без участия сердца. Когда мысль человеческая признает двигатель-сердце, не как эгоистический личный аппарат, но как общателя с тончайшими энергиями, немедленно жизнь начнет сужденное преображение.

Надземное, 671 Урусвати знает, что Космография должна быть введена во всех школах, как один из самых увлекательных предметов. Именно она должна включать все области мироведения. Если люди хотят преобразовать сознание народа, они должны ознакомить его с основами Мироздания и сделать это научно и привлекательно.

Пусть эти ознакомления происходят в виде бесед, не требующих испытаний, которые могут отвращать любовь к предмету. Если сознание ученика сохранило осколки давних воспоминаний, он легко зажжется любовью к познанию основ. Поистине, Космография должна быть преподана увлекательно. При этом постоянно должны быть включены новые научные нахождения. Пусть и учебники будут составлены так, чтобы легко было дополнить их новыми сведениями.

Многие предметы будут синтезированы в обозрении Космоса. Астрономия, Астрохимия, Астрология и народные верования все найдут место в научном объяснении. Наверное, отживающее поколение найдет такой предмет неосуществимым, но Мы имеем в виду молодых. Так Надземное войдет в чуткое сознание.

Мыслитель напоминал, что отдельные науки когда-то будут верными сотрудницами.

Надземное, 922 Урусвати преодолевает дальние токи. Говорим — преодолевает, чтобы обозначить трудность такого достижения. Ошибочно думать, что при возвышении мысли, токи и вибрации будут легче восприниматься. С возвышением мысли приближаются и ярые, новые задачи, потому лестница достижений не легка в Беспредельности.

К сожалению, наука двигается слишком медленно, наиболее значительные области остаются не затронутыми. Астрохимия называется фантазией. Лишь недавно внимание наблюдателей было обращено на солнечные пятна. Наиболее смелые ученые даже начали допускать влияние таких взрывов на психическую сторону человечества.

Конечно, такие взрывы будут явлением очевидным, но множество излучений дальних миров постоянно воздействуют на человека. Можно заметить, что люди нередко без причины недомогают и даже болеют. Земные врачи, конечно, приписывают такие явления обычным телесным заболеваниям. Они не помыслят о Надземных Мирах. Они не изучают вибраций. Они не слышали о призматическом зрении. Никто не сказал им о мощи психической энергии.

Самые заблудшие врачи будут психиатры. Они касаются области, которая им вообще не известна. Вред, наносимый такими врачами — неисчислим! Теперь можно замечать умножение психических заболеваний. Нужно изучать действительность, окружающую Землю. Не нужно забывать о так называемом коричневом газе, препятствующем доступу лучших вибраций. Поистине, нужно преодолевать такие преграды.

ГАЙ, 1963 г. 159. (Апр. 3). Синтетическая химия – это область, где человек воспроизводит не только те вещества, которые имеются в природе, но и те, которых в ней нет. Это область истинного творчества новых соединений. Основные элементы шкалы Менделеева все те же, но производные из них – продукты человеческого творчества и именно того, чего не создавала природа. Эта область полна неисчерпаемыми возможностями, и будущие нахождения в сфере синтетической химии послужат основою не только изменения внешних условий жизни на Земле, но и строения и состава человеческого тела. Ведь элементы видимые имеют свои невидимые или астральные двойники, и соединение миров позволит углубить явление синтеза и за пределы зримого мира. И теперь уже эта черта перейдена давно, но тогда работа создания новых химических соединений коснется сознательно и явно астрального плана. К астрохимии добавится химия астральная. Воздействие некоторых веществ, например, мяты и эвкалипта, на Мир Тонкий очень сильно. Это уже область именно химии астральной, которая ждет своих исследователей. Много новых открытий ожидает землян и много чудеснейших, но чисто научных нахождений.

ГАЙ, 1967 г. 291. (Май 26). Человека можно назвать космическим сейсмографом, отмечающим все происходящее в пространстве и на планете. Далеко не все отдают себе отчет в своих ощущениях, но если бы отдавали, многое бы прояснилось. Степень и тонкость чувствительности различаются так же широко, как и характеры человеческие, и строение их физических аппаратов. Закрытые центры, конечно, не позволяют ощущать и воспринимать многого. Но даже и при центрах молчащих сердце реагирует на большие события и явления. Пространственные токи и пространственное неблагополучие действуют в той или иной мере на все организмы. Отсюда же плохое или хорошее настроение, радость или горе, ощущение легкости или тяжести. Влияние космических пространственных токов на людей очень сильно. Энергии Дальних Миров достигают Земли и воздействуют на каждый организм в зависимость от его структуры и особенностей. Астрофизика и астрохимия будущего сделают науку об этих воздействиях совершенно реальной, и она получит официальное признание. Прошлая, настоящая и будущая история Земли и человечества начертана в Небе. Конфигурация небесных тел и сочетания их лучей, посылаемых на Землю, создают те условия, в которых протекает планетная жизнь. Зависимость эта велика. Она не отрицается, если речь идет об энергии Солнца или даже Луны, но дальше этого современная наука продвигается с большим трудом. Отрицание действительности не уничтожает ее, но лишает отрицателей знания многих рычагов жизни. Грядущая великая революция в области науки приведет к вратам истинного Знания, которое не будет отрицать действительность.

ГАЙ, 1970 г. 459. При наступлении Сроков астрохимические условия планеты изменятся. Также меняется и насыщение пространства. И то, что было невозможно совсем недавно, становится вдруг и возможным и осуществимым. Тайна Сроков людям не дана.

ГАЙ, 1971 г. 623. (Окт. 11). Растение питается солнечным лучом. Явление это нетрудно расширить, углубить и понять, что питание лучами звезд и светил не только возможно, но и лежит в основе жизни всех форм. Этот аспект астрохимии не привлекает внимания исследователей. Космические лучи Дальних Миров играют огромную роль в жизни Земли и живых форм, существующих на ней. Некоторые цветы раскрывают свои лепестки навстречу лучам солнца и закрываются на ночь. Очень влияют и лунные фазы. Также и люди лучами своими, или излучениями, питают друг друга, если излучения благодетельны. Учитель Света на далекие расстояния Посылает Свой Луч. Из Твердыни струятся Лучи. Даже луч человеческого глаза творит или разит. Явление лучей универсально, и лучи в действии всегда.

астрохимия изучать состав и реакции атомов, молекул и ионов в космосе. Это научная дисциплина, которая сочетает в себе знания химии и астрономии.

Кроме того, астрохимия исследует образование космической пыли и химических элементов во Вселенной, анализируя электромагнитное излучение небесных тел..

Еще одна важная тема астрохимии - изучение пребиотической органической химии, чтобы понять происхождение жизни на Земле..

В течение долгого времени человек всегда испытывал восхищение и любопытство к космосу: боги, теории и памятники были приписаны космосу с намерением объяснить его, что в настоящее время подробно излагается благодаря этой науке, называемой астрохимией..

Основными методами, которые astroquímicos должен реализовать для анализа межзвездного вещества, являются радиоастрономия и спектроскопия..

Как работает астрохимия?

Первым шагом является идентификация элемента в космосе: аналогично отпечатку пальца, можно идентифицировать химический элемент в космосе благодаря отраженному излучению как функции длины волны; то есть благодаря своей спектральной сигнатуре (уникальной и неповторимой).

Затем эту информацию необходимо проверить: если указанная спектральная сигнатура уже была проанализирована в лабораториях с помощью методов спектроскопии, то излучающая молекула может быть идентифицирована без проблем. В противном случае необходимо будет прибегнуть к новым химическим исследованиям в лабораториях..

Наконец, если кто-то хочет понять функционирование молекулы, он должен прибегнуть к химическим моделям и лабораторным экспериментам, проводимым в сверхвысоковакуумных камерах. Эти камеры имитируют экстремальные условия, которые существуют в звездной среде, такие как:

Образование льда на поверхностях пылевых зерен.
Агрегация молекул в пылевые зерна.
Образование пылевых частиц в атмосферах эволюционирующих звезд.

Все эти исследования астрохимии помогают понять образование планет, звезд и, конечно же, происхождение жизни на Земле..

Области астрохимии

Астрохимия является относительно новой областью, которая в основном изучает молекулы (образование, разрушение и изобилие) в различных средах. Эти среды могут быть:

Планетные атмосферы.
кометы
Протопланетные диски.
Звездные Регионы.
Молекулярные облака.
Планетарные туманности.
и т.д..

В зависимости от (физико-химических) условий окружающей среды, молекулы будут находиться в газовой или конденсированной фазе.

Вы можете разделить астрохимию на три подзоны:

Астрохимия наблюдения.
Теоретическая астрохимия.
Экспериментальная Астрохимия.

1- Наблюдательная астрохимия

В основном молекулы наблюдаются по длине радио и инфракрасных волн. На длине волны миллиметров обнаружены многие характеристики ионных и молекулярно нейтральных частиц..

Для этого используется оборудование, которое достигает высокой чувствительности и углового разрешения, что позволяет идентифицировать большое количество молекул и картировать пребиотические молекулы..

2- Теоретическая астрохимия

Основная задача теоретической астрохимии состоит в том, чтобы учесть сложность химических реакций, которые происходят на поверхности частиц и частиц пыли..

Вот некоторые вопросы, которые изучаются в теоретической астрохимии:

Основные химические реакции на определенной высоте в атмосфере планеты.
Химическая эволюция молекулярного облака, основанная на исходных атомных обилиях времени.

Исходя из наблюдений, модели разработаны для описания различных химических или физико-химических сценариев..

3- Экспериментальная Астрохимия

Экспериментальная астрохимия - это междисциплинарная наука, которая исследует присутствие, образование и выживание молекул в различных средах..

Это исследование проводится в лабораторных экспериментах, где обрабатываются простые молекулы, образуя органические пребиотические молекулы. В этих экспериментах участвуют газообразная и конденсированная фазы:

Эксперименты с газовой фазой: Моделируются астрофизические среды, содержащие химические частицы в газовой фазе, такие как атмосфера планет, комет и газовая составляющая межзвездной среды.
Эксперименты с участием конденсированной фазы: среды, которые находятся при низких температурах. Эти температуры колеблются от десяти до ста градусов Кельвина (пример: пылинки в протопланетных дисках).

В дополнение к вышеупомянутому, экспериментальная астрохимия также исследует спутники, астероиды, мерзлые поверхности планет и т. Д..

ALMA: крупнейший астрономический проект в мире

Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama или ALMA - это крупнейший в мире астрономический проект, осуществляемый международной ассоциацией, в которую входят Северная Америка, Европа и часть Азии в сотрудничестве с Чили..

Это интерферометр (оптический прибор), состоящий из шестидесяти шести антенн, предназначенных для наблюдения за длинами волн миллиметра и субмиллиметра; то есть получить очень подробные изображения планет и звезд при рождении.

Этот проект был построен в Чили (пустыня Атакама) и, хотя он был открыт в марте 2013 года, первые изображения, опубликованные в прессе, были в октябре 2011 года..

В синтезе

Эта наука берет свое начало в 1963 году, и с тех пор она сильно эволюционировала благодаря изучению материалов, собранных ракетами, спутников, отправленных на другие планеты, и достижениям в области радиоастрономии (исследования небесных тел с помощью длины волны).

Посредством астрохимии стало возможным узнать химический состав многих материалов в космосе, что помогает понять механизмы эволюции планеты Земля (и многих других планет)..

Кроме того, с помощью астрохимии были обнаружены сходства между Землей и другими планетами, такими как каменистые поверхности, образованные химическими элементами, такими как железо и магний..

В астрохимия Это отрасль астрономии, которая объединяет химию, астрономию и физику для объяснения поведения вещества на молекулярном уровне в различных условиях, преобладающих в космосе.

Химические элементы за пределами Земли также присутствуют на нашей планете. Однако способ их сочетания и формы, которые принимают соединения, отличаются от тех, что мы видели здесь.

Это связано с тем, что условия космоса, такие как давление, температура и уровень радиационного облучения, очень разные. Такое разнообразие экстремальных условий приводит к неожиданному поведению элементов.

Таким образом, астрохимики изучают небесные тела, ищут молекулы в звездах и планетах и анализируют их поведение, чтобы объяснить их свойства, используя свет и другое электромагнитное излучение.

Они также пользуются данными, собранными космическими миссиями, и, когда представляется возможность, они также используют метеориты и большое количество космической пыли, которая достигает окрестности.

С учетом всей этой информации, моделируются, и делается попытка воспроизвести различные среды в лаборатории. На основе полученных наблюдений они разрабатывают модели, описывающие не только происхождение, но также физические и химические условия в разных местах Вселенной.

История астрохимии

В 1937 году ученые обнаружили доказательства первых соединений за пределами Земли: некоторых углеводородов и цианид-иона CN. Естественно, что уже было известно наличие атомов, но не более сложных веществ.

Однако интерес химиков к составу внеземной среды возник гораздо раньше.

XIX век

Открытие первых молекул в космосе произошло благодаря спектроскопическим методам, разработанным в экспериментах немецкого физика и оптика Йозефа Фраунгофера (1787-1826) в 1814 году.

Фраунгофер проанализировал свет, проходящий через обычные вещества, такие как поваренная соль, и был удивлен, увидев, что они оставили свою уникальную подпись в виде темных линий поглощения на свету.

Таким образом, ученым вскоре удалось выяснить химический состав веществ, анализируя проходящий через них свет, и эту дисциплину они назвали спектроскопия.

Этот немецкий физик стал, возможно, первым астрохимиком в истории, потому что, когда он изобрел спектроскоп, он, не колеблясь, направил его на другие источники света: Солнце, Сириус и другие звезды, обнаружив, что каждый из них имеет характерный световой узор.

Двадцатое столетие

Примерно в 1938 году швейцарский химик Виктор Гольдшмидт после анализа состава метеоритов заметил, что минералы внеземного происхождения имеют определенные отличия от земных.

Это потому, что, хотя они были образованы одними и теми же элементами, условия их образования были заметно разными.

С тех пор в космосе появляется все больше и больше химических соединений, начиная с тех первых молекул, которые появились в начале 20 века. Очень важным радикалом, обнаруженным в 1960-х годах, является радикал ОН, за которым следуют формальдегид, оксид углерода и вода. Все эти открытия произошли благодаря астрохимии.

Эта последняя молекула, молекула воды, также очень важна, поскольку знание того, что ее существование относительно часто в других местах, кроме Земли, повышает вероятность будущих поселений людей на других планетах.

Сегодня перед астрохимиками стоит увлекательная задача: узнать все о химии экзопланет. Количество обнаруженных экзопланет увеличивается с каждым годом.

Что изучает астрохимия? (Объект исследования)

Объектами изучения астрохимии являются элементы и соединения, присутствующие в космосе и других небесных телах, кроме Земли, их взаимодействия и эффекты, которые оказывает на них электромагнитное излучение.

Пример астрохимического исследования

Эксперименты с космической пылью проводились в исследовательских лабораториях астрохимии НАСА.

Для этого исследователи смоделировали сконденсировавшуюся межзвездную пыль в непосредственной близости от звезд, объединив химические вещества в печи, из которой они извлекли порошкообразные силикаты.

Идея заключалась в том, чтобы наблюдать превращения этого подобия космической пыли как в присутствии, так и в отсутствие света. И они обнаружили, что в условиях, аналогичных условиям межзвездного пространства, можно создавать сотни новых соединений.

Отрасли (подполи) астрохимии

В астрохимии методы экспериментальной химии применяются для анализа образцов, если они находятся под рукой. Обычно они прибывают с метеоритами, которые высоко ценятся, так как дают возможность непосредственно проанализировать объект, который не образовался на Земле.

Следовательно, работа в области астрохимии обычно делится на две большие области работы. Прежде чем перейти к их описанию, следует отметить, что это не строгое разделение, поскольку астрохимия - это полностью междисциплинарная наука:

Космохимия

Это раздел астрохимии, отвечающий за изучение изотопов и соединений, присутствующих в Солнечной системе, с использованием экспериментальных методов для анализа всего внеземного вещества, которому удается достичь Земли.

Эти материалы включают метеориты, которые являются фрагментами небесных тел, принадлежащих Солнечной системе, а также непрерывно падающую космическую пыль и лунные камни, принесенные космическими полетами.

Они также используют все данные, полученные в ходе этих космических полетов. Обладая всей этой информацией, астрохимики создают модели и проверяют их с помощью компьютерного моделирования.

Этим они пытаются объяснить образование обнаруженных элементов и соединений.Таким образом они создают описательную панораму механизмов, которые их породили.

Молекулярная астрофизика

Это название, данное исследованию элементов и соединений, присутствующих в межзвездной среде, и их взаимодействия с электромагнитным излучением, частью которого является видимый свет.

И дело в том, что не только видимый свет несет информацию о среде, через которую он проходит, но и другие излучения.

Эта информация также используется для компьютерного моделирования и контролируемых лабораторных экспериментов. Отсюда возникают новые теории образования звезд и планетных систем.

Основные техники

Среди основных методов, используемых в астрохимии:

Астрономическая спектроскопия

Это метод, который анализирует свет, проходящий через межзвездную среду, а также свет, производимый звездами. В этом свете - след идентичности соединений, присутствующих в среде.

Радиоастрономия

Он фокусируется на электромагнитном излучении небесных тел на радиоволнах.

Радиотелескопы, оснащенные усиливающими антеннами, используются для захвата радиосигналов, благодаря чему обнаружено присутствие многочисленных органических и неорганических соединений.

Инфракрасная спектроскопия

Инфракрасное излучение выявляет наличие характерных длин волн определенных соединений, особенно минералов.

Его фиксируют специальные инфракрасные телескопы, расположенные на вершинах высоких гор, или детекторы, размещенные на искусственных спутниках, поскольку атмосфера Земли поглощает практически все инфракрасное излучение из космоса.

Космическая пыль прозрачна для инфракрасного излучения, поэтому ее использование позволяет выявлять структуры, которые в противном случае остаются скрытыми, например, центр галактики.

Современным астрономам известно около трех с половиной тысяч экзопланет, которые находятся от нас на расстоянии от четырех до двадцати восьми тысяч световых лет. Некоторые из них очень похожи на Землю. Попасть на какую-нибудь из них в обозримом будущем будет сложно — разве что человечество совершит огромный технологический скачок. Тем не менее, экзопланеты уже сегодня представляют собой огромный интерес с точки зрения астрохимии. Об этом — наш новый материал, написанный в партнерстве с Уральским федеральным университетом.

Основную часть вещества Вселенной (если говорить о барионном веществе) составляет водород — около 75 процентов. На втором месте идет гелий (около 23 процентов). Однако в космосе можно найти самые разнообразные химические элементы и даже сложные молекулярные соединения, включая органические. Изучением процессов образования и взаимодействия химических соединений в космосе занимается астрохимия. Представителям этой специальности очень интересно исследовать экзопланеты, потому что на них могут реализоваться самые разные сценарии, которые приведут к появлению необычных соединений.

Радуга на службе у астрономов

Основным инструментом получения информации о химическом составе отдаленных объектов является спектроскопия. Она использует тот факт, что атомы химических элементов (или молекулы соединений) могут излучать или поглощать свет только на определенных частотах, отвечающих переходам системы между различными уровнями энергии. В результате формируется спектр излучения (или поглощения), по которому можно однозначно определить вещество. Это как отпечатки пальцев, только для атомов.

Фраунгоферовы линии поглощения на фоне непрерывного спектра фотосферы Солнца.

В простейшем случае атома водорода спектр излучения представляет собой серию линий, отвечающих переходам между уровнями с различными значениями главного квантового числа n (эта картина хорошо описывается формулой Ридберга). Самой известной и удобной для наблюдений является линия Бальмера Hα, имеющая длину волны 656 нанометров и лежащая в области видимого спектра. Например, на этой линии астрономы наблюдают за далекими галактиками и распознают облака молекулярного газа, которые в большинстве своем как раз состоят из водорода. Следующие серии линий (Пашена, Брэкета, Пфунда и так далее) целиком лежат в инфракрасном диапазоне, а серия Лаймана расположена в области ультрафиолетового излучения. Это несколько усложняет наблюдения.

В то же время у молекул сложных соединений есть другой способ излучать кванты света, в каком-то смысле даже более простой. Связан он с тем, что вращательная энергия молекулы квантуется, что также позволяет им излучать в линиях (кроме того, они могут излучать и непрерывный спектр). Энергия таких квантов света не очень большая, поэтому их частота лежит уже в радиодиапазоне. Один из самых простых вращательных спектров принадлежит молекуле угарного газа CO, по ней астрономы тоже часто распознают облака холодного газа, когда не могут разглядеть в них водород. Методы радиоастрономии позволили найти в молекулярных облаках также метанол, этанол, формальдегид, синильную и муравьиную кислоту, а также другие элементы. Например, именно с помощью радиотелескопа ученые обнаружили алкоголь в хвосте кометы Лавджоя.

Что можно найти в космосе

Проще всего методы спектроскопии применять для изучения химического состава звезд. В этом случае астрономы исследуют спектры поглощения, а не излучения элементов. В самом деле, свет от них легко наблюдать, особенно в видимом диапазоне. Правда, химический состав звезд сам по себе обычно не очень интересен: по большей части они состоят из водорода и гелия с небольшой примесью тяжелых элементов.

Изображение туманности Ориона M42, полученное Коуровской астрономической обсерваторией УрФУ. Красный цвет — это результат рекомбинации в линии излучения Hα на длине волны 656,3 нанометра.

Чуть ближе к планетам

К сожалению, для определения химического состава экзопланет метод спектроскопии применить сложно. Все-таки для этого нужно зарегистрировать свет от них, а звезда, вокруг которой вращается планета, мешает это сделать, поскольку она светит намного ярче. Пытаться наблюдать за такой системой — все равно что смотреть на свет спички на фоне прожектора.

Тем не менее, некоторую информацию об экзопланете можно получить, не измеряя спектр ее излучения напрямую. Хитрость заключается в следующем. Если у планеты есть атмосфера, она должна поглощать часть излучения звезды, причем в разных спектральных диапазонах по-разному. Грубо говоря, на одной длине волны планета будет казаться чуть меньше, а на другой длине — чуть больше. Это позволяет строить предположения о свойствах атмосферы, в частности, о ее химическом составе. Такой способ наблюдений особенно хорошо работает на горячих, близко расположенных к звездам планетах, потому что их радиус проще измерять.

Кроме того, химический состав планеты должен быть связан с составом газопылевого облака, из которого она образовалась. Например, в облаках с большим отношением концентраций атомов углерода к атомам кислорода образующиеся планеты будут состоять преимущественно из карбонатов. С другой стороны, химический состав звезды, образовавшейся из такого облака, также должен отражать его состав. Это позволяет строить некоторые предположения, основываясь на изучении спектра одной только звезды. Так, астрономы из Йельского университета проанализировали данные о химическом составе 850 звезд и обнаружили, что в 60 процентах систем концентрации магния и кремния в звезде указывают на то, что рядом с ней могут находиться каменистые планеты, похожие на Землю. В оставшихся 40 процентах химический состав звезд говорит нам о том, что состав планет вокруг них должен существенно отличаться от земного.

Изображение системы HR 8799. Планета HR 8799 c находится в правом верхнем углу

Jason Wang et al / NASA NExSS, W. M. Keck Observatory

Нестандартные условия можно моделировать не только на компьютере, но и в лаборатории, пусть и не для такого большого диапазона давлений и температур. С помощью алмазной наковальни можно получить давления до 10 миллионов атмосфер, как раз соответствующие условиям в недрах планет, а разогреть образец до высоких температур можно лазером. Эксперименты по моделированию таких условий действительно активно проводятся в последнее время. Например, в 2015 году группа ученых, в состав которой входили российские исследователи, экспериментально наблюдали образование пероксида магния MgO₂ уже при давлениях около 1,6 тысяч атмосфер и температурах больше двух тысяч градусов Цельсия. Подробно об исследованиях поведения вещества при больших давлениях вы можете прочитать в другом нашем материале.

Рентгеновская спектроскопия образца, состоящего из атомов магния и кислорода, при давлении около десяти тысяч атмосфер и температуре около двух тысяч Кельвин. Пунктиром выделена область с повышенным содержанием кислорода.

S. Lobanov et al / Scientific Reports

В УрФУ есть группа ученых, которые занимаются изучением протопланетного вещества в дальнем космосе и Солнечной системе. Мы попросили ведущего специалиста Коуровской астрономической обсерватории УрФУ Вадима Крушинского более подробно рассказать об изучении экзопланет.

N +1: Зачем мы изучаем экзопланеты?

Вадим Крушинский в составе группы ученых Уральского федерального университета работает над проектом по исследованию протопланетного вещества в дальнем космосе, Солнечной системе и на Земле.

Это один из шести прорывных научных проектов университета, им занимается стратегическая академическая единица (САЕ) — Институт естественных наук и математики УрФУ — вместе с академическими и индустриальными партнерами из России и других стран. От успеха исследователей зависят позиции университета в российских и международных рейтингах, прежде всего в предметных.

Единичный эксперимент не позволяет делать выводы о наблюдаемом явлении. Эксперимент должен быть повторен многократно и независимо. Каждая открытая экзопланетная система — это отдельный независимый эксперимент. И чем больше их известно, тем надежнее прослеживаются общие законы происхождения и эволюции планетных систем. Нам необходимо набирать статистику!

Что же можно узнать об экзопланетах, наблюдая за ними с таких больших расстояний?

Прежде всего нужно определить свойства родительской звезды. Это позволяет вычислить размеры планет, их массу и радиусы орбит. Зная светимость родительской звезды и радиус орбиты, можно оценить температуру поверхности экзопланеты. Кроме того, атмосферы планет имеют разную прозрачность в разных спектральных диапазонах (об этом писал еще Ломоносов). Для наблюдателя это выглядит как разный диаметр планеты при наблюдении в разных фильтрах. Это позволяет обнаружить атмосферу и оценить ее толщину и плотность. Свет родительской звезды, прошедший через атмосферу планеты во время транзита, несет информацию о составе ее атмосферы. А во время вторичного затмения, когда планета прячется за свою звезду, мы можем наблюдать изменения спектра, связанные с отражением от атмосферы и поверхности планеты. Так же, как и у Луны, у экзопланет можно наблюдать фазы. Если изменения блеска системы, вызванные этим эффектом, не постоянны, то это говорит о том, что альбедо планеты (способность отражать свет) меняется. Например, вследствие движения облаков в ее атмосфере.

Свойства экзопланет должны быть связаны со свойствами родительских облаков. Изучая материю на стадии звездообразования, мы вносим вклад в понимание эволюции планетных систем. К сожалению, Земля претерпела значительные изменения в ходе истории, и уже мало напоминает то протопланетное вещество, из которого когда-то родилась. Но совсем рядом с нами летают метеориты и кометы. Некоторые из них даже падают на Землю и попадают в лаборатории. До каких-то из них могут долететь космические аппараты. Прямо перед нами отличный объект исследования! Остается только доказать, что и другие планетные системы эволюционировали так же, как наша.

Можно ли найти жизнь на других планетах?

Что могут сделать в этой области ученые из России и, в частности, из УрФУ?

Несмотря на то, что в плане изучения экзопланет Россия отстает от остального научного сообщества, у нас есть возможность сократить это отставание. Относительно малобюджетные программы по поиску экзопланетных систем (пилотный проект KPS Коуровской обсерватории УрФУ) позволят сделать первый шаг и помогут в наборе данных для статистического анализа. Высокоточные фотометрические измерения можно проводить и на имеющемся оборудовании, это позволяет искать атмосферы у некоторых экзопланет. Спектральные наблюдения во время транзитов и вторичных затмений относительно доступны для крупнейших телескопов России. Что нужно сделать для старта этих программ — найти заинтересованных людей и оплатить их работу. Немного вложиться в оборудование.

Второе направление — моделирование и интерпретация наблюдаемых эффектов. Это может быть как теоретическая работа, так и экспериментальная — исследование поведения и свойств образцов в условиях космоса и сравнение с наблюдаемыми эффектами. Для этого необходимо создание установки, имитирующей условия космического пространства. В качестве образцов можно использовать метеориты из коллекции УрФУ.

Содержание

История

Как ответвление астрономии и химии, история астрохимии основана на общей истории этих двух областей. Развитие передовых наблюдательных и экспериментальных спектроскопия позволил обнаружить постоянно увеличивающийся массив молекул внутри солнечных систем и окружающей межзвездной среды. В свою очередь, растущее количество химических веществ, обнаруженных в результате достижений в области спектроскопии и других технологий, увеличило размер и масштаб химическое пространство доступен для астрохимических исследований.

История спектроскопии

Наблюдения за солнечными спектрами, выполненные Афанасий Кирхер (1646), Ян Марек Марси (1648), Роберт Бойл (1664), и Франческо Мария Гримальди (1665) все предшествовали работе Ньютона 1666 года, которая установила спектральный природы света и привели к первому спектроскоп. [2] Спектроскопия была впервые использована как астрономический метод в 1802 году в экспериментах Уильям Хайд Волластон, который построил спектрометр для наблюдения спектральных линий солнечного излучения. [3] Эти спектральные линии позже были количественно определены с помощью работы Йозеф фон Фраунгофер.

Спектроскопия была впервые использована для различения различных материалов после выпуска Чарльз Уитстон1835 г. сообщают, что искры испускаемые разными металлами, имеют различные спектры излучения. [4] Это наблюдение было позже основано на Леон Фуко, который продемонстрировал в 1849 г. поглощение и выброс линии возникают из одного и того же материала при разных температурах. Эквивалентное утверждение было независимо постулировано Андерс Йонас Ангстрём в его работе 1853 г. Optiska Undersökningar, где предполагалось, что светящиеся газы испускают лучи света с той же частотой, что и свет, который они могут поглощать.

Эти спектроскопические данные начали приобретать теоретическое значение после наблюдения Иоганна Бальмера о том, что спектральные линии, демонстрируемые образцами водорода, подчиняются простой эмпирической зависимости, которая стала известна как Серия Бальмера. Эта серия, частный случай более общего Формула Ридберга разработан Йоханнес Ридберг в 1888 г. был создан для описания спектральных линий, наблюдаемых для Водород. Работа Ридберга расширила эту формулу, позволив рассчитывать спектральные линии для нескольких различных химических элементов. [5] Теоретическая важность, придаваемая этим спектроскопическим результатам, значительно расширилась с развитием исследований. квантовая механика, поскольку теория позволяла сравнивать эти результаты с атомными и молекулярными эмиссионными спектрами, которые были рассчитаны априори.

История астрохимии

Пока радиоастрономия был разработан в 1930-х годах, только в 1937 году появилось сколько-нибудь существенных доказательств для окончательной идентификации межзвездного молекула [6] - до этого момента единственными химическими веществами, которые существовали в межзвездном пространстве, были атомы. Эти данные были подтверждены в 1940 году, когда McKellar et al. идентифицировали и приписали спектроскопические линии в еще не идентифицированном радионаблюдении молекулам CH и CN в межзвездном пространстве. [7] Спустя тридцать лет в межзвездном пространстве был обнаружен небольшой набор других молекул: самая важная из них - ОН, открытая в 1963 году и значимая как источник межзвездного кислорода. [8] и H₂CO (Формальдегид), открытый в 1969 году и значимый как первая наблюдаемая органическая многоатомная молекула в межзвездном пространстве. [9]

Открытие межзвездного формальдегида, а позже и других молекул с потенциальным биологическим значением, таких как вода или монооксид углерода - рассматривается некоторыми как убедительное доказательство того, что абиогенетический теории жизни: в частности, теории, согласно которым основные молекулярные компоненты жизни произошли из внеземных источников. Это побудило все еще продолжающийся поиск межзвездных молекул, имеющих прямое биологическое значение, таких как межзвездные молекулы. глицин, обнаружен в 2009 г. [10] - или которые обладают биологически значимыми свойствами, такими как Хиральность - пример которого (оксид пропилена) был открыт в 2016 году [11] - наряду с более фундаментальными астрохимическими исследованиями.

Спектроскопия

Одним из особенно важных экспериментальных инструментов астрохимии является спектроскопия за счет использования телескопы для измерения поглощения и выброса свет от молекул и атомов в различных средах. Сравнивая астрономические наблюдения с лабораторными измерениями, астрохимики могут сделать выводы об содержании элементов, химическом составе и температуры из звезды и межзвездные облака. Это возможно, потому что ионы, атомы, а молекулы имеют характерные спектры: то есть поглощение и излучение определенных длин волн (цветов) света, часто не видимых человеческим глазом. Однако эти измерения имеют ограничения, связанные с различными типами излучения (радио, инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый и т. д.) способны обнаруживать только определенные типы частиц в зависимости от химических свойств молекул. Межзвездный формальдегид был первым органическая молекула обнаружен в межзвездной среде.

Пожалуй, самый мощный метод обнаружения отдельных химические вещества является радиоастрономия, в результате чего было обнаружено более ста межзвездные виды, включая радикалы и ионы, и органический (т.е. углеродна основе) соединения, такие как спирты, кислоты, альдегиды, и кетоны. Одна из самых распространенных межзвездных молекул и одна из самых простых для обнаружения с помощью радиоволн (из-за ее сильного электрического диполь момент), является СО (монооксид углерода). Фактически, CO - настолько распространенная межзвездная молекула, что ее используют для построения молекулярных областей. [12] Радионаблюдение, возможно, представляющее наибольший интерес для человечества, - это утверждение межзвездных глицин, [13] простейший аминокислота, но со значительными сопутствующими противоречиями. [14] Одна из причин, по которой это обнаружение было спорным, заключается в том, что хотя радио (и некоторые другие методы, такие как вращательная спектроскопия) хороши для идентификации простых видов с большими дипольные моменты, они менее чувствительны к более сложным молекулам, даже к таким относительно небольшим, как аминокислоты.

Инфракрасная астрономия также показала, что межзвездная среда содержит набор сложных газофазных углеродных соединений, называемых полиароматические углеводороды, часто сокращенно называемые ПАУ или ПАУ. Эти молекулы, состоящие в основном из конденсированных колец углерода (нейтральных или в ионизированном состоянии), считаются наиболее распространенным классом углеродных соединений в галактике. Они также являются наиболее распространенным классом молекул углерода в метеоритах, кометной и астероидной пыли (космическая пыль). Эти соединения, а также аминокислоты, азотистые основанияи многие другие соединения в метеоритах несут дейтерий и изотопы углерода, азота и кислорода, которые очень редки на Земле, что свидетельствует об их внеземном происхождении. Считается, что ПАУ образуются в горячих околозвездных средах (вокруг умирающих, богатых углеродом красный гигант звезды).

Инфракрасная астрономия также использовалась для оценки состава твердых материалов в межзвездной среде, в том числе силикаты, кероген-подобные твердые вещества, богатые углеродом, и льды. Это связано с тем, что в отличие от видимого света, который рассеивается или поглощается твердыми частицами, ИК-излучение может проходить через микроскопические межзвездные частицы, но при этом происходит поглощение на определенных длинах волн, которые характерны для состава зерен. [22] Как и в случае с радиоастрономией, существуют определенные ограничения, например N₂ трудно обнаружить ни ИК, ни радиоастрономией.

Такие ИК-наблюдения показали, что в плотных облаках (где имеется достаточно частиц, чтобы ослабить разрушительное УФ-излучение) тонкие слои льда покрывают микроскопические частицы, позволяя возникать некоторая низкотемпературная химия. Поскольку водород является самой распространенной молекулой во Вселенной, первоначальный химический состав этих льдов определяется химией водорода. Если водород атомарный, то атомы H реагируют с доступными атомами O, C и N, образуя "восстановленные" частицы, такие как H₂O, CH₄, а NH₃. Однако, если водород является молекулярным и, следовательно, нереактивным, это позволяет более тяжелым атомам реагировать или оставаться связанными вместе, образуя CO, CO.₂, CN и т. Д. Эти смешанные молекулярные льды подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения и космические лучи, что приводит к сложной радиационной химии. [22] В лабораторных экспериментах по фотохимии простых межзвездных льдов были получены аминокислоты. [23] Сходство между межзвездным и кометным льдом (а также сравнение соединений газовой фазы) использовалось как индикаторы связи между межзвездной и кометной химией. Это частично подтверждается результатами анализа органических веществ в образцах комет, возвращенных Миссия звездной пыли но минералы также показали удивительный вклад высокотемпературной химии в солнечную туманность.

Исследование

Продолжаются исследования того, как межзвездные и околозвездные молекулы образуются и взаимодействуют, например включив нетривиальные квантово-механические явления для путей синтеза на межзвездных частицах. [25] Это исследование может оказать глубокое влияние на наше понимание набора молекул, которые присутствовали в молекулярном облаке при формировании нашей Солнечной системы, что внесло свой вклад в богатую углеродную химию комет и астероидов и, следовательно, метеоритов и частиц межзвездной пыли, которые падают на Землю тоннами каждый день.

В октябре 2011 года ученые сообщили, что космическая пыль содержит органический вещество («аморфные органические твердые вещества со смешанными ароматный-алифатический структура "), которые могут быть созданы естественным образом и быстро, звезды. [26] [27] [28]

29 августа 2012 г. впервые в мире астрономы Копенгагенский университет сообщили об обнаружении конкретной молекулы сахара, гликолевый альдегид, в далекой звездной системе. Молекула была обнаружена вокруг протозвездный двоичный IRAS 16293-2422, который расположен 400 световых лет с Земли. [29] [30] Гликолевый альдегид необходим для образования рибонуклеиновая кислота, или же РНК, который по функциям аналогичен ДНК. Это открытие предполагает, что сложные органические молекулы могут образовываться в звездных системах до образования планет и в конечном итоге прибывать на молодые планеты в самом начале их формирования. [31]

В сентябре 2012 г. НАСА ученые сообщили, что полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), подвергнутые межзвездная среда (ISM) условия трансформируются через гидрирование, оксигенация и гидроксилирование, к более сложным органика - "шаг по пути навстречу аминокислоты и нуклеотиды, сырье белки и ДНК, соответственно". [32] [33] Далее, в результате этих превращений ПАУ теряют свою спектроскопическая подпись что могло быть одной из причин «отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездный лед зерна, особенно внешние области холодных плотных облаков или верхние молекулярные слои протопланетные диски." [32] [33]

В феврале 2014 г. НАСА объявила о создании улучшенной спектральной базы данных [34] для отслеживания полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в вселенная. По оценкам ученых, более 20% углерод во Вселенной могут быть связаны с ПАУ, возможно исходные материалы для формирование из жизнь. Полагают, что ПАУ образовались вскоре после Большой взрыв, широко распространены во вселенной и связаны с новые звезды и экзопланеты. [35]

11 августа 2014 года астрономы опубликовали исследования с использованием Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama (ALMA) впервые подробно описал распределение HCN, HNC, ЧАС₂CO, и пыль внутри кома из кометы C / 2012 F6 (Леммон) и C / 2012 S1 (ISON). [36] [37]

Для изучения ресурсов химических элементов и молекул во Вселенной разработана математическая модель распределения состава молекул в межзвездной среде по термодинамическим потенциалам профессором М.Ю. Доломатов с использованием методов теории вероятностей, математической и физической статистики и равновесной термодинамики. [38] [39] [40] На основе этой модели оцениваются ресурсы жизненно важных молекул, аминокислот и азотистых оснований в межзвездной среде. Показана возможность образования молекул углеводородов нефти. Приведенные расчеты подтверждают гипотезы Соколова и Хойла о возможности образования нефтяных углеводородов в космосе. Результаты подтверждены данными астрофизических наблюдений и космических исследований.

В июле 2015 года ученые сообщили, что после первого приземления Philae посадка на комета 67 / P с поверхности, измерения с помощью приборов COSAC и Птолемея выявили шестнадцать органические соединения, четыре из которых были впервые замечены на комете, в том числе ацетамид, ацетон, метилизоцианат и пропионовый альдегид. [41] [42] [43]

Обращает на себя внимание химическое разнообразие различных типов астрономических объектов. В этой инфографике астрономические объекты разного типа и масштаба демонстрируют свои отличительные химические особенности.

Читайте также: