Глубокий космос с вакуумом и холодным светом звезд, оказывается, можно создать в обычной лаборатории. Первую в России экспериментальную установку создали сотрудники Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. Они намерены изучать механизмы зарождения жизни в космосе и на Земле.
Установка, в которой моделируются условия происхождения жизни. Фото: Иван Антонов.
Пока одни ученые спорят о том, как могла появиться жизнь: из космоса прилетела или появилась на Земле, другие – экспериментируют. На днях своеобразный «инкубатор» для зарождения сложных молекул был представлен на заседании ученого совета РАН.
С виду он напоминает компактный ускоритель частиц – набор цилиндрических камер, труб, проводов. Вся установка – длиной с два метра будет. Так вот она какая – земная модель Вселенной!
Старший научный сотрудник Самарского филиала ФИАН Иван Антонов поясняет, что кубическая установка, возможно, была бы более внушительной, чтобы выдерживать внешнее давление атмосферы.
- Для кубической нам пришлось бы стенки цилиндров делать по полтора сантиметра толщиной, из-за чего вся установка могла бы весить полтонны, – поясняет Антонов. – Цилиндры лучше выдерживают давление снаружи, потому их стенки тоньше, и вес всей нашей конструкции составляет всего несколько десятков килограмм. Мы моделируем в ней глубокий вакуум межзвездной среды: холодных молекулярных облаков и областей звездообразования.
Ученые давно поняли, что органика появляется не только в живых организмах. Она есть и в кометах, и в астероидах, простые аминокислоты – составляющие белков можно встретить парящими в облаках межзвездного газа.
- Создаваемый нами в установке глубокий вакуум достаточно близок к вакууму звездной среды, чтобы можно было изучать процессы которые там происходят, – говорит Иван Антонов. – Внутри вакуумной камеры у нас – специальная, охлаждаемая до температуры жидкого гелия поверхность. Это 5 Кельвинов, – такова температура межзвездной среды. Мы напыляем на эту пластину лед, состоящий из простых органических молекул, к примеру, метана.
– От чего зависит выбор молекул?
– Мы выбираем такой состав льда, какой встречается на ледяных мантиях пылевых частиц в межзвездном пространстве. Потом мы эту модель космической ледяной мантии подвергаем облучению. Можем использовать разные его виды, но сейчас используем ультрафиолетовое, похожее на свет звезд на определенной спектральной линии атомарного водорода. Она называется Lyman-α (линия Лаймана-альфа), это жесткий ультрафиолет. Он обладает способностью вызывать химические реакции во льду, которые приводят к образованию более сложных молекул из простых.
– Расскажите о вашем первом опыте, – появление каких молекул вы уже осуществили в вашей установке?
– Как я уже сказал, мы поработали с метаном. Наморозили метановый лед на криогенной подложке и облучили. В результате мы увидели, что после облучения в камере появились более сложные углеводороды: пропан и бутан.
– Где в космосе теоретически могла бы произойти подобная реакция?
– Теоретически это могло бы произойти за пределами Солнечной системы. На Юпитере и Сатурне метан – в жидком состоянии, а вот на Плутоне и его спутнике Хароне, на кометах пояса Койпера – вполне возможен замороженный метан. В той области космоса, как мы знаем, много метана, замерзая, он образует лед, почти такой, какой мы получили в нашей установке. А за счет того, что туда доходит солнечное излучение, могут образовываться и пропан с бутаном.
Молекула звездной пыли. 100 нм. Фото: Ralf I. Kaiser
– Если в вашу установку добавить другие молекулы, жизнеобразующие, они могут привести к появлению биомолекул?
- Да. Но глобальная цель — понять процессы химической эволюции Вселенной, – как в космосе образовались те сложные молекулы, которые мы сегодня наблюдаем.
– Можете сказать, сколько их найдено и что это за молекулы?
– Сейчас найдено более 200 разных молекул, некоторые из них довольно простые: вода, монооксид углерода, метан, аммиак, метанол, формальдегид, диоксид углерода и другие, но есть и более сложные, такие как этанол или метилформиат.
– Как вы исследуете то, что получилось на вашей ледяной подложке?
– Во время проведения химической реакции лед испаряется и образовавшиеся частицы оказываются в вакууме, где мы и их и детектируем при помощи масс-спектрометра.
– Если у вас все получится, то теория о том, что жизнь могла прилететь к нам из космоса, будет доказана?
– Вероятно, да. Нас мотивировало к данному исследованию миссия «Розетта», – зонд, который нашел на комете 67Р/Чурюмова — Герасименко простую аминокислоту — глицин. Считается, что эта аминокислота может образовываться из аммиака, цианида и формальдегида. Для этого ей необходимо только присутствие воды и солнечной энергии. Подобные аминокислоты, вплоть до составных частей белков, были найдены и в метеоритном веществе, к примеру, в метеорите "Мерчисон", упавшем в Австралии в 1969 году. Эти вещества теоретически могли быть основой для образования более сложных организмов на Земле. То есть межзвездная химическая эволюция могла бы быть признана нами как основа для образования жизни.
– А условия ранней Земли в вашей установке можно создать?
– Там было горячо и плотность высокая. Для создания таких условий нам может пригодиться другая установка, в которой мы изучаем процессы горения.
https://www.mk.ru/science/2024/03/27/rossiyskie-uchenye-sozdali-ustanovku-chtoby-dokazat-vozmozhnost-zarozhdeniya-zhizni-v-kosmose.html
