Знание-сила 2006 № 09 (951)

Откройте школьный учебник химии и загляните в главу, посвященную синтезу аммиака. Чтобы произвести эту молекулу в земных условиях, необходимы сложные установки, высокие температуры и давления. Каким образом Природе удается получить то же самое соединение при температуре 10 кельвинов и плотности, которую не способен создать даже лучший вакуумный насос?

Ответ на этот вопрос отчасти заключается в нем самом. Из-за низких температур и плотностей химические реакции в космическом пространстве идут очень медленно. Природа может не спеша раскручивать последовательность реакций, в результате которых атом азота сначала присоединяет к себе один атом водорода, потом другой, затем третий... Конечно, такой последовательный рост молекулы занимает гораздо больше времени, чем ее синтез на химическом комбинате, но, согласитесь — Природе, в отличие от нас, спешить совершенно некуда. В подобных же цепочках образуются и другие простые молекулы.

Ну а что насчет другого возражения? Почему межзвездные молекулы не разрушаются ультрафиолетовым излучением звезд? Да потому, что в космосе немало мест, куда это излучение попросту не доходит. Недра плотных межзвездных облаков прекрасно защищены от ультрафиолетовых квантов толстым слоем космических пылинок — недаром эти облака называют темными. Именно там и работает межзвездная химическая кухня. Рецепт ее действия прост: возьмите атомы десятка самых распространенных элементов (водорода, гелия, углерода, кислорода, азота, натрия, магния, железа, серы, остального — по вкусу), перемешайте, добавьте космических лучей, и через несколько десятков тысяч лет в вашем распоряжении образуется смесь из сотен молекул, среди которых будут не только аммиак и вода, но и более сложные молекулы, например, метанол, формальдегид. Далеко не для всех этих молекул имеются привычные "земные" названия. Необычность астрохимии приводит к образованию таких диковинных молекул, как, например, HC 11N — цепочки из одиннадцати атомов углерода, к концам которой прикрепились атомы водорода и азота.

К сожалению, большую часть этих молекул наблюдать не удается — одни излучают слишком слабо, у других излучение попадает в диапазон, недоступный для наблюдений с Земли. Взять хотя бы ту же воду — разве может ее излучение пробиться через плотную завесу водяного пара в земной атмосфере? Сейчас с помощью наблюдений в космосе обнаружено более 130 молекул, самая большая из которых — уже упомянутая HC 11N. Но для работы химического реактора их недостаточно, поэтому присутствие в темных облаках недостающих реагентов приходится предполагать теоретически. Конечно, особенно приятно бывает, когда одну из таких "теоретических" молекул удается потом обнаружить наблюдательно. Так было с ионом Н 3+ — еще в начале 1970-х годов теоретики отвели ему ключевую роль в астрохимии, но в наблюдениях он был обнаружен только в 1996 году, подтвердив, что химические модели, разрабатываемые с тех времен, имеют под собой реальные основания.

Из всех молекул, которые не наблюдаемы или поддаются наблюдениям с большим трудом, наибольшую досаду вызывает, конечно, молекулярный водород. Природа в очередной раз проявила своеобразное остроумие, практически лишив возможности излучать самую распространенную молекулу в космосе. Нет, конечно, молекулярный водород — не совершеннейший невидимка. Проявив изрядное терпение, его признаки все- таки можно разглядеть в УФ-диапазоне. Правда, для этого опять же нужно выйти за пределы земной атмосферы, поэтому наблюдения Н 2пока еще можно пересчитать по пальцам.

К тому же, чтобы молекулярный водород начал как следует светиться, его нужно сильно уплотнить или нагреть до нескольких сот градусов. В молекулярных облаках нет ни достаточной плотности, ни достаточной температуры. Вот и складывается такая замысловатая ситуация: масса молекулярных облаков — это масса молекулярного водорода, их температура — это температура молекулярного водорода, движения газа в них — это движения молекулярного водорода. Наконец, именно из молекулярного водорода образуются звезды! Но ничего этого мы не видим. Все, что нам остается, это судить о состоянии молекулярных облаков по другим молекулам (их иногда называют примесными), которые обладают существенно лучшими излучательными свойствами.