МОЛЕКУЛЫ И ИХ МИГРАЦИЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ

©2009 г. Н.Г. Бочкарёв

Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ

 

В статье кратко описан набор молекул, наблюдаемых в различных астрономических объектах (исключая планеты Солнечной системы и их спутники), главным образом, в межзвездной среде. Рассмотрены различные механизмы пространственной миграции молекул с переносом молекулярных соединений от одной планетной (протопланетной) системы к другой. Показано, что за космологическое время перенос молекул возможен на расстояния до 100 млн. световых лет. Кратко обсуждена гипотеза Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга о биологической природе некоторых межзвездных пылинок.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Астрономы обычно рассматривают научные проблемы с самых широких позиций. Проблема происхождения жизни — не исключение. Оказалось, что многие особенности строения Вселенной и физических законов, которые в ней реализуются, могут быть объяснены так называемым «антропным принципом», согласно которому мы видим Вселенную именно такой, какая она есть, потому что будь она другой, ее, возможно, некому было бы видеть. И это не просто слова, а достаточно подробные исследования того, каковы должны быть физические законы, чтобы смогли сформироваться и быть устойчивыми атомы, молекулы, звезды и другие структуры во Вселенной, необходимые для появления и развития жизни [см., напр., книгу И.Л. Розенталя (1984)]. Для этого, например, нужно, чтобы пространство было трехмерным, а время одномерным. Жизнь на углеродной основе была бы невозможна, если бы энергия резонанса ядерной реакции образования углерода путем слияния трех альфа-частиц (3х⁴Не → ¹²С) отличалась от существующего значения всего на миллиардные доли своей величины. В этом случае в природе практически не было бы углерода.

В междисциплинарной кооперации с самых широких позиций обсуждаются возможности существования иных форм жизни, вопросы о том, на каких астрономических объектах могут быть условия, подходящие для жизни вообще и для образования высших форм жизни. Рассматриваются возможные пути эволюции внеземных цивилизаций, их поиска (SETI — Search for Extraterrestrial Intelligence) и связи с ними (CETI — Communication with Extraterrestrial Intelligence), см. монографии И.С. Шкловского (1987), Д. Голдсмита и Т. Оуэна (1983), Л.М. Гиндилиса (2004). Для обсуждения этого круга вопросов в Международном астрономическом союзе, объединяющем около половины всех профессиональных астрономов мира, была создана комиссия № 51 по биоастрономии. В мире работают несколько научных учреждений этого профиля. Однако в целом эта тематика пока составляет очень малую часть астрономических исследований.

Совещание «Проблемы происхождения жизни» рассматривало более узкую проблему -происхождение земной жизни. Успехи палеонтологии показывают, что одноклеточные организмы появились на Земле около 4 млрд. лет назад, по-видимому, в течение всего ~100 млн. лет, что может оказаться недостаточным для возникновения столь сложных образований. Это привело к возрождению интереса к гипотезе панспермии — занесения на Землю жизни из космоса. Хотя эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, она облегчает ее, увеличивая количество потенциальных мест зарождения жизни во много раз. Из каких мест и как возможен перенос жизни — это вопрос в основном к астрономам. В настоящее время еще невозможно делать надежные оценки и приходится ограничиваться в основном качественными суждениями.

Оргкомитет совещания просил рассказать о молекулах в космосе и возможных путях миграции сложных молекул во Вселенной. Ниже эта проблема освещена максимально широко, хотя, возможно, не все излагаемые вопросы будут немедленно востребованы участниками совещания. Мы не будем касаться образования и миграции молекул в пределах Солнечной системы, в том числе во время ее формирования из протопланетного диска, так как эти вопросы освещены в других докладах.

 

 

МОЛЕКУЛЫ В КОСМОСЕ: космические объекты, в которых обнаружены или могут существовать молекулы

 

В табл. 1 приведен набор космических объектов и типы среды, в которых изучаются молекулы. Знаком «+» указано, что молекулы изучаются (наблюдаются или хотя бы предсказаны теоретически); «(+)» — можно ожидать молекулы. Здесь границы фаз — это преимущественно поверхности пылевых частиц, а также границы между твердой (или жидкой) поверхностью небесного тела и его атмосферой. Твердое тело — тело планеты или иного космического объекта, включая кору нейтронных звезд, а также пылевые частицы.

Жидкая фаза известна лишь на Земле и нескольких спутниках планет. Марс также хранит следы жидкой фазы, но там она, по-видимому, исчезла, по крайней мере, 2-3 млрд. лет назад. Не исключена возможность того, что жидкая вода могла или даже может сейчас присутствовать во внутренних частях наиболее крупных кометных ядер (Цицин, Чепурова, 2003), а также ледяных астероидов, найденных во внешнем поясе астероидов — поясе Койпера. Предполагается, источником нагрева служит распад радиоактивных изотопов.

За пределами Земли, ее атмосферы, Луны, а также метеоритов пока не удалось отождествить молекулы, содержащие более 13 атомов, хотя имеются косвенные признаки существования более сложных соединений, содержащих примерно от 20 до 60, а возможно, и больше атомов.

 

Таблица 1. Объекты и типы среды, в которых изучаются молекулы (Бочкарёв, 2006)

BD — коричневые карлики; МЗС — межзвездная среда; AGN, QSO — активные ядра галактик, квазары; WR — звезды Вольфа-Райе; N — новые звезды; SN — сверхновые звезды; Of — горячие звезды высокой светимости с сильным истечением вещества (звездным ветром); G, К, М — спектральные классы звезд.

 

 

Где можно ожидать присутствие сложных молекул?

 

Ниже перечислены виды объектов, на которых обнаружено или может ожидаться присутствие сложных молекул (в том числе углеродосодержащих). Планеты и их спутники, имеющие атмосферу;

• Ядра комет и ледяные астероиды;

• Астероиды и метеоритные тела типа углистых хондритов;

• Протозвездные, околозвездные и протопланетные диски; Околозвездные оболочки вокруг холодных звезд с интенсивным истечением вещества;

• Газовая и конденсированная (пылевая) компоненты молекулярных облаков; Межзвездные пылинки;

• Атмосферы наиболее холодных звезд:

— остывших до Т = 300-500 К белых карликов;

— холодных нейтронных звезд (?).

Белые карлики и нейтронные звезды являются заключительными этапами ядерной эволюции звезд. Они рождаются горячими, но не имеют источников нагрева и со временем остывают, становясь трудно обнаружимыми. Поэтому компактные звезды этих типов, достаточно холодные для образования на них сложных молекул, пока не найдены, хотя их должно быть много.

---

Не хотите отнимать у своего ребенка веру в чудеса, тогда заказ деда мороза на дом на сайте www.red-nose.ru и будьте уверены, что эти новогодние праздники станут для вашего малыша настоящим путешествием в мир сказки.