Фото: Андрей Павлов / Самарский университет
Самарские ученые запустили космическую фабрику «кирпичиков жизни» — экспериментальную установку, воспроизводящую условия глубокого космоса. Она позволяет экспериментально исследовать эволюцию органических молекул в нашей Галактике, сообщили РБК Life в Самарском университете имени Королева и поделились деталями исследования.
Разгадка тайны зарождения жизни на Земле
Экспериментальное изучение путей возникновения в космосе «кирпичиков жизни» — так ученые называют биохимически важные молекулы — должно помочь в разгадке тайны зарождения жизни на Земле.
Фото: Самарский университет
Созданием и запуском установки занималась совместная команда ученых Самарского филиала Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (СФ ФИАН) и университета им. Королева. Это оборудование обладает уникальными характеристиками. С его помощью можно моделировать воздействие космического ионизирующего излучения на аналоги внеземных льдов в широком диапазоне химических и физических параметров. В ходе первых экспериментов ученые получили из метанового льда высокомолекулярные компоненты природного газа — пропан и бутан.
При чем тут метановый лед
Как пояснил редакции доцент кафедры физики Самарского университета Иван Антонов, метановый лед является достаточно хорошо изученной системой, ученые в разных странах уже облучали такие аналоги внеземного льда ультрафиолетовыми лучами, электронами, протонами, альфа-частицами и ядрами более тяжелых элементов.
«При облучении образуются более высокомолекулярные углеводороды, но при этом механизмы реакций различаются в зависимости от того, чем лед облучают. Мы использовали УФ-фотоны с энергией 10.5 эВ, это близко к линии атомарного водорода Лайман-альфа — таких фотонов в космосе особенно много в свете молодых звезд. Метановый лед удалось наморозить в установке в виде очень тонкой пленки, менее одного микрометра толщиной, при температуре менее 5 Кельвинов (-268 °С)».
После облучения исследователи, кроме метана, увидели во льду еще молекулярный водород, воду, которая образовалась в реакциях метана с примесью кислорода, а также более высокомолекулярные углеводороды — пропан и бутан. Эксперименты показали, что установка работает как задумано, заключили самарцы.
Об установке
Внутри созданной в Самаре установки можно воспроизводить условия различных уголков межзвездной среды — от холодных молекулярных облаков до областей звездообразования. Температуру экспериментов можно менять в широком диапазоне от четырех до 350 °К (от -269 °С до +76 °С). Специальные насосы создают внутри основной камеры установки сверхвысокий вакуум, благодаря чему исключено появление в рабочем пространстве каких-либо загрязнений или примесей.
Фото: Самарский университет
В центре основной камеры установлено крохотное серебряное зеркальце площадью всего 1 кв. см. Во время экспериментов с помощью газовых конденсационных узлов на зеркальце образуется тонкая ледяная «мантия» толщиной несколько сотен нанометров. Слой льда именно такой толщины покрывает частицы звездной пыли в космосе, полагают исследователи. Состав льда особенный: кроме привычной воды, в качестве ингредиентов такого внеземного материала выступают различные ароматические молекулы в разных процентных соотношениях.
Покрытое льдом серебряное зеркальце является мишенью, которую во время экспериментов «обстреливают» пучками частиц — фотонов, электронов и других, совсем как в реальном космосе. Научные приборы фиксируют и анализируют образующиеся продукты реакций. Согласно расчетам, установка ускоряет время протекания реакций. Десять часов облучения фотонами ледяной мишени на установке примерно эквивалентны 1 млн лет облучения льда фотонами в условиях молекулярного облака в космосе.
Примечательно! Исследования в сфере взаимодействия ионизирующего излучения с аналогами межзвездных льдов проводятся в мире уже почти полвека, однако понимание синтеза сложных органических молекул в межзвездном пространстве до сих пор находится в зачаточном состоянии. Предыдущие исследования были ограничены техническими возможностями для проведения экспериментов и недостаточной чувствительностью оборудования для анализа образующихся молекул. Теперь эти сдерживающие факторы устранены.
Что дальше
Как считают ученые, в серии экспериментов с неземным льдом удастся получить те самые «кирпичики жизни». Тогда можно будет понять, как в космосе образовались простейшие аминокислоты, которые затем с помощью метеоритов могли попасть на Землю.
Фото: Самарский университет
Оборудование также можно будет использовать для испытаний на радиационную прочность перспективных материалов для обшивки космических кораблей и спутников: установку хотят оснастить несколькими источниками частиц, чтобы можно было наглядно убедиться, что случится с тем или иным веществом в условиях космоса в течение определенного времени. Оборудование легко адаптировать для определения радиационной стабильности материалов и покрытий космических зондов и лунных станций.
В университете заключили, что теперь Самару можно по праву считать мировым научным центром в сфере исследований зарождения жизни во Вселенной.
О своих планах ученые рассказали еще в прошлом году, готовясь к запуску «космической фабрики». Директор СФ ФИАН, профессор кафедры физики Самарского университета им. Королева Валерий Азязов пояснил, что целью эксперимента является «уточнить химическую эволюцию Солнечной системы и приблизиться к пониманию, как на Земле могла зародиться жизнь». Азязов подчеркнул в беседе с РБК, что в мире нет ни одной лаборатории, которая обладала бы всеми возможностями для проведения подобных исследований на стыке физики, химии, биологии и астрофизики.