Экспериментальная установка поможет исследовать эволюцию органических молекул в нашей Галактике.
В Самаре до конца этого года заработает космическая фабрика по синтезу "кирпичиков" жизни - биохимических молекул, из которых состоят все известные формы жизни на Земле. Уникальная по своим характеристикам установка, внутри которой для проведения экспериментов будут максимально точно воссозданы условия глубокого космоса, поможет в исследовании эволюции органических молекул в нашей Галактике, а также при испытаниях на радиационную прочность перспективных материалов для обшивки космических кораблей и спутников.
Данная установка станет ключевым элементом Центра лабораторной астрофизики Самарского филиала Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (СФ ФИАН). Центр астрофизики создан в рамках мегагранта правительства РФ "Происхождение и эволюция органических молекул в нашей Галактике". Работы по сборке оборудования ведут ученые СФ ФИАН и Самарского университета им. Королёва. Этим летом была смонтирована главная часть установки - вакуумная камера для создания сверхвысокого вакуума. В настоящее время идет заключительный этап сборки установки.
"Главной задачей Центра лабораторной астрофизики является исследование путей возникновения в нашей Галактике биохимически значимых органических соединений. Мы изучаем, как сложные биохимические соединения, такие как функционализированные ароматические молекулы, образуются в космосе, внутри межзвездных льдов и на поверхности частиц космической пыли. Это помогает уточнить химическую эволюцию Солнечной системы и приблизиться к пониманию того, как на Земле могла зародиться жизнь. Ключевым элементом самарского Центра станет данная экспериментальная установка мирового уровня, воспроизводящая условия глубокого космоса и позволяющая моделировать воздействие космического ионизирующего излучения на аналоги внеземных льдов в широком диапазоне химических и физических параметров. Главная часть установки уже смонтирована - это вакуумная камера для создания сверхвысокого вакуума. Полностью завершить сборку планируется этой осенью, рабочий запуск установки и начало экспериментов намечены на конец этого года", - рассказал директор СФ ФИАН, профессор кафедры физики Самарского университета им. Королёва Валерий Азязов.
По словам ученого, в мире пока еще нет ни одной лаборатории, которая обладала бы всеми необходимыми компетенциями и возможностями для достижения значительного прогресса в данной междисциплинарной деятельности на стыке физики, химии, биологии и астрономии.
"Хотя исследования взаимодействия ионизирующего излучения с аналогами межзвездных льдов проводились в течение почти полувека, 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 недостаточным уровнем оборудования для анализа образующихся молекул", - отметил Валерий Азязов.
Внутри создаваемой в Самаре установки можно будет воспроизводить условия различных уголков межзвездной среды - от холодных молекулярных облаков до областей звездообразования. Основная масса экспериментов будет проходить при температурах от 10 до 50 градусов Кельвина (от -263 до -223 градуса Цельсия), хотя в целом температуру экспериментов можно будет менять в широком диапазоне от четырех до 350 градусов Кельвина (от -269 до +76 градусов Цельсия). Специальные насосы создадут внутри основной камеры установки сверхвысокий вакуум, благодаря чему будет исключено появление в рабочем пространстве каких-либо загрязнений или примесей.
В центре камеры установлено крохотное серебряное зеркальце площадью всего 1 кв. см. Во время экспериментов в помощью газовых конденсационных узлов на зеркальце будет образовываться тонкая ледяная "мантия" толщиной несколько сотен нанометров - по данным ученых, слой льда именно такой толщины покрывает частицы звездной пыли в космосе. Лед будет особенного состава - созданный по настоящим космическим рецептам. Кроме привычной воды в качестве ингредиентов такого внеземного льда также будут выступать различные ароматические молекулы - в различных процентных соотношениях для разных экспериментов.
Покрытое льдом серебряное зеркальце станет мишенью, которую во время экспериментов будут "обстреливать" пучками частиц - фотонов, электронов и других, совсем как в реальном космосе. Научные приборы будут фиксировать и анализировать образующиеся при этом продукты реакций. Согласно расчетам, установка поможет "ускорить" время протекания реакций - например десять часов облучения фотонами ледяной мишени на установке будут примерно эквивалентны 1 миллиону лет облучения льда фотонами в условиях молекулярного облака в космосе.
Как считают ученые, в ходе этих экспериментов удастся получить биологически важные молекулы и тогда, например, можно будет понять, как в космосе образуются простейшие аминокислоты, которые затем с помощью метеоритов могут попасть на Землю. Научное оборудование также можно будет использовать для испытаний на радиационную прочность перспективных материалов для обшивки космических кораблей и спутников.
"Установка будет располагать множеством источников различного излучения и сможет показать, что произойдет с тем или иным веществом в условиях космоса. Она легко адаптируется для определения радиационной стабильности материалов и покрытий космических зондов и лунных станций", - сказал директор СФ ФИАН.
После запуска установки Самару можно будет по праву считать мировым научным центром компетенций в сфере исследований зарождения жизни во Вселенной. Как сообщалось ранее, в 2021 году в Самарском университете в международной научно-исследовательской лаборатории "Физика и химия горения" в рамках мегагранта правительства РФ была создана самая большая в мире экспериментальная установка, которая позволяет исследовать и моделировать не только процессы, происходящие в камерах сгорания газотурбинных двигателей, но и химические реакции, характерные для околозвездного пространства. Как было доказано учеными, в результате этих химических реакций на поверхности звездных пылинок, образованных из полициклических ароматических углеводородов, могут синтезироваться органические молекулы.
"Можно с уверенностью сказать, что благодаря совместной работе международной лаборатории "Физика и химия горения" и Центра лабораторной астрофизики Самара станет научным центром компетенций мирового уровня в сфере исследований зарождения жизни во Вселенной", - подытожил Валерий Азязов.
