В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Планете земля

    В туманности Конская Голова найдено что-то странноватое. Эта туманность, нареченная эдак за собственный жеребцовый силуэт, воображает собой вытянутое туча пыли и газа в 1500 световых годах от Почвы, в каком всегда появляются новейшие суперзвезды. Это же один из самых известных небесных объектов, и ученые ладно его исследовали. В 2011 году астрологи из Колледжа миллиметровой радиоастрономии (IRAM) и остальных мест опять к ней обратились.

    В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Земле

    С 30-метровым телескопом IRAM в испанской Сьерре-Неваде, они исследовали две части гривы лошадки в радиоспектре. Нет, они коллекционировали и не изображения Конской Головы; них заинтересовывал диапазон — они считывали свет, разбивающийся на компоненты его длины волн, раскрывающие электрохимический состав туманности. На дисплее эти заданные похожи на всплески кардиомонитора; каждый пик демонстрирует, что конкретная молекула туманности испустила свет конкретной длины волны.

    Любая молекула во Вселенной образует собственную соответствующую сигнатуру на базе положения протонов, нейтронов и электронов внутри нее. Большая часть сигнатур на заданных Конской Головы не сложно объясняются стандартными хим субстанциями: окись углерода, метаналь, нейтральный углерод. Однако существовала а также маленькая безизвестная линия на 89,957 гигагерц. Это же существовала потаенна — молекула, совсем безизвестная науке.

    Сразу же опосля получения этих заданных, Эвелин Руэфф из Парижской обсерватории и альтернативные химики в ее команде начали выдвигать теории на тематику молекулы, которая могла сделать сигнал. Они сделали вывод, что неведомый тип обязан быть линейной молекулой — соединением, в каком атомы размещены в прямой цепи. И лишь конкретный тип линейной молекулы мог произвести спектральный отпечаток, замеченный химиками. Проработав перечень этаких молекул, они натолкнулись на C3H+, пропинилидиниум. Этот молекулярный ион ранее ни разу и не лицезрели. По большому счету, он вообщем и не был должен существовать. А уж если б существовал, то был бы позарез нестабильным. На Планете земля он почти молниеносно прореагировал бы с кое-чем к тому же образовал бы обычную форму. Однако в космосе, где давление малорослое, а уж молекулы изредка сталкиваются с кое-чем, с чем можно образовать взаимосвязь, C3H+ полностью может существовать.

    В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Земле

    Руэфф и ее коллеги исследовали, может ли туманность Конская Голова содержать надобные ингредиенты и условия для образования данной молекулы. В 2012 году они выпустили работу в Astronomy & Astrophysics, в какой пришли к выводу, что нашли сигнатуру, вероятнее всего, C3H+. «Я существовала относительно уверенна, — говорит Руэфф. — Но требовалось гораздо два-три года, дабы уверить любых, что мы сообразили правильно».

    Сначала некие скептики оспаривали этот вывод — если C3H+ никто и не лицезрел ранее, откуда они убеждены, что это же тамошняя молекула? Судьбоносный резон возник в минувшем году, когда ученые из Вуза Кельна в Германии решили сделать быстро C3H+ в лаборатории. Они не совсем только обосновали, что молекула бытует, они а также дозволили ученым измерить ее диапазон — и он оказался этим же, который был в Конской Голове. «Было приятно найти молекулу, об существовании которой мы ранее не задумывались, — говорит Руэфф. — Когда вы сможете придти к этакому выводу при помощи логики, вы истинный детектив».

    С одной несуразной молекулой обусловились, однако осталось гораздо не мало этаких. Туманность Конская Голова и не исключение. Практически всюду во Вселенной, куда следят астрологи — если, конечно же, следят пристально, — они лицезреют неопределенные спектральные полосы. Стыки, с которыми мы, люди, знакомы и кои производят большущее обилие материалов на данной планетке, всего только часть сделанного данной природой. Наконец, опосля десятилетий разработки теоретических моделей и методик компьютерной симуляции, также лабораторных тестов по воспроизводству новеньких молекул, астрохимики начинают предлагать имена почти всем этаким неопределенным линиям.

    Содержание

    • 1 Пустой космос
    • 2 Телескопы, кои все изменят
    • 3 В поисках взаимосвязи
    • 4 Мир новеньких молекул

    Пустой космос

    Вконец не так давно, в 60-х годах большая часть ученых колебалось, что в межзвездном пространстве вообщем умеют существовать молекулы — излучение там обязано быть так жестоким, что и не дозволит существовать чему-то, что все больше атома либо нескольких вакантных радикалов. В 1968 году физик Чарльз Таунс из Калифорнийского вуза в Беркли решил в любом случае выискать молекулы в космосе. «У меня существовало чувство, что большая часть астрологов Беркли полагало мою идею малость диковатой», — вспоминал Таунс, нобелевский лауреат, в 2006 году. Однако Таунс и не сдавался и возвел новейший усилитель для шестиметровой антенны радиообсерватории Хэт-Крик в Калифорнии, которая выявила наличие аммиака в облаке Стрельца B2. «Как ординарно и как только красиво! — писал он. — СМИ и ученые начали нас обсуждать».

    В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Земле

    В дальнейшие годы астрологи нашли наиболее 200 типов молекул, плавающих в космосе. Почти все очень отличались от тамошних, что мы лицезрели на нашей планетке. «Обычно мы увлечены химией на базе критерий, кои имеем на Планете земля, — разговаривает Райан Фортенберри, астрохимик Южного вуза Джорджии. — Когда мы отходим от данной парадигмы, хим вещества можно производить без ограничений. Ежели вообразить молекулу, непринципиально, как необычную, существуют конкретная возможность, что сквозь некоторое время где-нибудь на задворках обширного космоса она появится».

    Космос — в буквальном смысле прочая среда. Температуры умеют быть намного, намного свыше, чем на Планете земля (к примеру, в атмосфере суперзвезды), и намного, намного ниже (в относительно пустом межзвездном пространстве). Определенно эдак же, давление (высочайшее либо малорослое) различается от земного. Как следует, молекулы, кои умеют создаваться в космосе, на нашей планетке умеют и не возникнуть вообщем ни разу — а уж ежели и покажутся, то будут владеть высочайшей активностью. «Молекула может годами болтаться в межзвездном пространстве, до того как столкнется с альтернативный молекулой, — разговаривает Тимоти Ли, астрофизики Исследовательского центра Эймса в NASA. — Может существовать область без радиации, потому ежели молекула даже и не будет размеренной, она просуществует длительное время».

    Эти галлактические молекулы опосля идентификации могли бы многому нас обучить. Некие из их, может быть, окажутся полезными, ежели ученые сумеют воссоздать них в лаборатории и научатся применять них характеристики. Альтернативные молекулы умеют посодействовать в разъяснении происхождения органических компонент, кои придали начало жизни на Планете земля. Они все а также умеют расширить границы наших познаний об фолиант, что вообщем может быть химически в нашей Вселенной.

    Телескопы, кои все изменят

    В минувшем десятилетии, когда возникли массивные новейшие телескопы, могущие улавливать слабенькие спектральные полосы, поиск чужих молекул ускорился. «Сейчас по большому счету происходит расцвет астрохимии, — говорит Сюзанна Видикус Вивер, руководящая группой астрохимиков в Институте Эмори. Заданные, кои ныне доступны, значительно стали лучше за десять лет. Многоэтажная обсерватория NASA SOFIA (стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии), установленная на борту Boeing 747SP, начала следить инфракрасный и микроволновый свет в 2010 году, а уж галлактическая обсерватория Гершеля Евро галлактического агентства получилась на орбиту в 2009 году и следит те самые длины волн.

    В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Земле

    И тем не менее реально меняющим руководила игры является Атакамский телескоп ALMA, накопление 66 радиоблюдец, открытое в 2013 году. На высоте 5200 погонных метров на плато Чахнантор, в похожей на Марс атакамской пустыне, самом засушливом месте во всем мире, антенны ALMA ишачят в унисон, собирая свет галлактических объектов. Неописуемо черное и прозрачное небо, в каком почти и не бывает туч, обеспечивают телескоп беспримерной чувствительностью и дозволяют определенно улавливать длины волн, от инфракрасных перед началом радио. ALMA образовывает визуальную и спектральную картинку каждого пикселя собственных снимков, производя десятки тыщ спектральных линий на каждом участке наблюдаемого неба. «Он восхищает и вызывает волнение сразу, — говорит Видикус Вивер. — Эти наборы заданных так громадны, что нам частенько приходится отправлять них ученым на флеш-дисках, дабы те самый могли них загрузить». Поток заданных обеспечивает многообразие новеньких спектральных линий, в каких предстоит разбираться астрохимикам. Однако как только и неопределенные отпечатки пальцев на месте злодеяния, эти полосы никчемны для ученых, пока что они и не постигнут, какие молекулы них образуют.

    В поисках взаимосвязи

    Дабы обусловить молекулы, надлежащие сиим линиям, ученые умеют пойти двумя способами. Как только и в случае с C3H+, астрохимики умеют начать с теории, используя гадание по диапазону, дабы попытаться угадать, какая молекула может прятаться под ним. Методика квантовой химии ab initio (ab initio на латыни значит «с начала») дозволяет ученым начинать с незапятанной квантовой механики — теории, описывающей поведение субатомных частиц — чтобы высчитать характеристики молекул на базе движения протонов, нейтронов и электронов в атомах, них составляющих. На суперкомпьютере можно запустить циклическое моделирование молекулы, всякий раз немного подстраивая ее структуру и размещение ее частиц, и глядеть на результаты, дабы обусловить лучшую геометрию составляющих. «С квантовой химией мы и не ограничены в фолиант, что можем синтезировать, — разговаривает Фортенберри. — Мы ограничены размером молекул. Нам надо все больше вычислительной силы, дабы проводить расчеты».

    Ученые а также умеют определить неоспоримые подтверждения новеньких молекул, создав них в лаборатории и впрямую измерив них спектральные индивидуальности. Общий способ начинается с газовой видеокамеры, сквозь которую пропускается электричество. Электрон в токе может столкнуться с молекулой газа и повредить ее хим взаимосвязи, породив нечто новое. Ученые поддерживают газ при максимально невысоком давлении, потому хоть какое новое хим вещество имеет шансы прожить пару моментов, до того как столкнется с альтернативный молекулой и прореагирует. Потом ученые просвечивают фотокамеру светом различных длин волн, дабы измерить диапазон тамошнего, что присутствует снутри. «Вы сможете оказаться в положении, когда произвели в лаборатории ту самую же молекулу, что бытует в космосе, однако и не понимаете определенно какую, — разговаривает Майкл Маккарти, физик из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра. — Поэтому для вас останется постараться вывести элементный состав из композиции различных лабораторных тестов с различными образцами».

    В 2006 году Маккарти и его коллеги сделали негативно заряженную молекулу C6H- и видоизменили ее диапазон. Скоро после чего они нашли этакий же спектральный отпечаток в межзвездном молекулярном облаке Тельца в 430 световых годах отсюда. Прошлые поиски негативно заряженных частиц в космосе ни к чему и не привели, потому почти все ученые сомневались в фолиант, что они есть в важных размерах. «Это привело нас к огромному количеству открытий, благодаря которым мы могли выявлять молекулы в лаборатории, а уж опосля и в космосе», — разговаривает Маккарти. Команда с того времени отыскала C6H- в почти всех, все больше десятка, галлактических родниках.

    В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Земле

    В 1980-х годах, в попытке сделать новейшие хим вещества, ученые произвели молекулу аргония (36ArH+), странноватое соединение, которое и не определить на Планете земля, включающее водород с вообще-то инертным газом аргоном. В 2013 году астрологи отыскали аргоний в космосе, на первых парах в Крабовидной туманности, а уж потом в дальней галактике при помощи наблюдений ALMA. Стыки на базе великодушных газов формируются только при максимально специфичных обстоятельствах; ученые задумываются, что в космосе высокоэнергетические крупицы — космические лучи — сталкиваются с аргоном и выбивают у него электроны, позволяя объединиться с водородом. По данной причине, ежели ученые лицезреют аргоний в какой нить области космоса, они считают, что эта область наводнена галлактическими лучами. «Это специфичный индикатор конкретных критерий, максимально значимая штука в космосе», — разговаривает Хольгер Мюллер из Вуза Кельна.

    Мир новеньких молекул

    Почти все из молекул, скрывающихся в звездах и туманностях, перед началом крайности странноватые. Спрашивать, как только они будут высмотреть либо какими будут на ощупь, без толку, так как даже ежели вы них возьмете в руки, они одномоментно прореагируют. Ежели для вас тем не менее получится установить с ними контакт, они практически наверняка окажутся ядовитыми и канцерогенными. Как только ни удивительно, ученые имеют грубое представление об фолиант, как только будут попахивать некие чужие молекулы: почти все из их относятся к классу ароматичных стыков, производных бензола, кои сначало разделяли наименования с мощными ароматами.

    Некие из новеньких стыков показывают умопомрачительные атомные структуры и разделяют заряд меж атомами странноватым образом. Время от времени они ставят под вопросец современные теории молекулярных связей. Недавнешний пример — молекула SiCSi, обнаруженная в 2015 году в умирающей звезде, состоящая из двух атомов кремния и единого атома углерода, кои связаны нежданным образом. В итоге выходит такова вот странноватая молекула, которая владеет спектральной подписью, хорошей от тамошних, что прогнозируют нормальные теоретические фотомодели.

    Галлактические молекулы умеют посодействовать нам ответить на один из самых базовых вопросцев Вселенной: как только началась жизнь? Ученые и не знают, где сначало появились аминокислоты, строй блоки жизни, на Планете земля либо в космосе (и опосля были занесены на нашу планетку кометами и метеорами). Ответ на этот вопросец может а также дать подсказку, не мало ли аминокислот во Вселенной и могли ли они на теоретическом уровне посеять жизнь на мириадах остальных экзопланет. Астрохимики уже увидели признаки наличия аминокислот в космосе, также стыки молекул, кои лежат в них базе.

    В космосе есть молекулы, кои и не умеют существовать на Земле

    В конце концов, может быть, некие редчайшие облики возможно окажутся полезными, ежели них можно будет сделать в довольно огромном количестве и получится поддерживать в контролируемых критериях. «Большая надежда астрохимии — найти молекулы, кои будут владеть совсем новенькими качествами и кои мы сможем применить для решения земных проблем», разговаривает Фортенберри.

    Добрый пример — молекулы «фуллерены». Эти большие собрания 60 атомов углерода в первый раз были сделаны в лаборатории в 1985 году (и принесли Нобелевскую премию). Спустя практически десять лет астрологи лицезрели спектральные полосы в межзвездном газе, кои в точности указывали на положительно заряженные версии фуллеренов, и эта взаимосвязь подтвердилась в июле, когда ученые сравнили них сигнатуры со диапазоном фуллеренов, кои были сделали в космосоподобных критериях в лаборатории. Позже фуллерены оказались не попросту необычной галлактической находкой, а уж полностью порядочным практическим инвентарем для нанотехнологий, полезным для укрепления материалов, улучшения солнечных батарей и даже в фармацевтике.

    Пока астрохимики все гораздо плескаются на мелководье большого моря молекул кое-где там, в космосе. Них находки напоминают нам, что наш свой уголок в космосе относительно минимален — может быть ерундовым, и не показательным, только примером способностей. Может быть, те самый молекулы, кои мы имеем на Планете земля, являются на деле экзотичными, а уж C3H+, фуллерены и альтернативные пока что неведомые молекулы — обычный вселенский материал.