Източници на образуване на химични елементи в космоса. Органични съединения в космоса. Алкани. Структура и номенклатура

Съвременните астрономи познават около три и половина хиляди екзопланети, които се намират на разстояние от четири до двадесет и осем хиляди светлинни години от нас. Някои от тях са много. Достигането до който и да е от тях в обозримо бъдеще ще бъде трудно - освен ако човечеството не направи огромен технологичен скок. Въпреки това, екзопланетите вече представляват голям интерес от гледна точка на астрохимията. За него - нашият нов материал, написана в партньорство с Уралския федерален университет.

Основната част от материята на Вселената (ако говорим за барионна материя) е водородът - около 75 процента. На второ място е хелият (около 23 процента). В космоса обаче можете да намерите голямо разнообразие от химически елементи и дори сложни молекулни съединениявключително органични. Астрохимията се занимава с изучаване на процесите на образуване и взаимодействие на химични съединения в космоса. Представителите на тази специалност са много заинтересовани от изследването на екзопланети, тъй като върху тях могат да се реализират различни сценарии, което ще доведе до появата на необичайни връзки.

Дъгата в услуга на астрономите

Основният инструмент за получаване на информация за химичния състав на отдалечени обекти е спектроскопията. Тя използва факта, че атомите химически елементи(или молекули на съединения) могат да излъчват или абсорбират светлина само при определени честоти, съответстващи на преходите на системата между различни енергийни нива. В резултат на това се формира емисионен (или абсорбционен) спектър, според който еднозначно може да се определи дадено вещество. Това е като пръстови отпечатъци, само за атоми.

Добър пример за разлагането на светлината в спектър е дъгата. За нас преходите от един цвят към друг изглеждат плавни и непрекъснати, но всъщност някои цветове не са в дъгата, тъй като определени дължини на вълните се абсорбират от съдържащите се в Слънцето водород и хелий. Между другото, хелият е открит за първи път именно чрез наблюдение на спектъра на Слънцето (затова се нарича "хелий", от др. гръцки ἥλιος - "слънце"), а в лабораторията е изолиран едва след 27 години. Това беше първото успешно използване на спектроскопия за изследване на звезди.

Фраунхоферови абсорбционни линии на фона на непрекъснатия спектър на слънчевата фотосфера.

Wikimedia Commons

В най-простия случай на водороден атом емисионният спектър е серия от линии, съответстващи на преходи между нива с различни стойности на основното квантово число n (тази картина е добре описана от формулата на Ридберг). Най-известната и удобна за наблюдения е линията Balmer Hα, която има дължина на вълната 656 нанометра и се намира във видимия спектър. Например, на тази линия астрономите наблюдават далечни галактики и разпознават облаци от молекулен газ, които са съставени предимно от водород. Следващата серия от линии (Paschen, Bracket, Pfund и т.н.) лежат изцяло в инфрачервения диапазон, докато серията Lyman се намира в ултравиолетовата област. Това прави наблюденията донякъде по-трудни.

В същото време молекулите на сложните съединения имат друг начин за излъчване на светлинни кванти, в известен смисъл дори по-прост. Това е свързано с факта, че ротационната енергия на молекулата е квантована, което също им позволява да излъчват в линии (освен това те могат да излъчват и непрекъснат спектър). Енергията на такива светлинни кванти не е много висока, така че тяхната честота вече е в радиообхвата. Един от най-простите ротационни спектри принадлежи на молекулата на въглеродния оксид CO, която астрономите често използват, за да разпознаят облаци от студен газ, когато не могат да видят водород в тях. Радиоастрономическите методи също са направили възможно намирането на метанол, етанол, формалдехид, циановодородна и мравчена киселина, както и други елементи в молекулярните облаци. Например с помощта на радиотелескоп учените откриха алкохол в опашката на кометата Лавджой.

Какво може да се намери в космоса

Най-лесният начин да използвате методите на спектроскопията е да изследвате химичния състав на звездите. В този случай астрономите изучават спектрите на поглъщане, а не спектрите на излъчване на елементите. Наистина, светлината от тях е лесна за наблюдение, особено във видимия диапазон. Вярно ли е, химичен съставзвездите сами по себе си обикновено не са много интересни: в по-голямата си част те са съставени от водород и хелий с малка добавка на тежки елементи.

По-тежките елементи се произвеждат при експлозии на свръхнова и също могат да бъдат наблюдавани. Например някои учени твърдят, че след скорошното сливане на двете неутронни звездиогромни количества злато, платина и други елементи трябваше да се образуват от последните редове на периодичната таблица. Но по един или друг начин много сложни или органични съединения не могат да съществуват в звездите, тъй като те задължително се разпадат поради високи температури.

Облаците от студен междузвезден газ са друг въпрос. Те са много разредени и излъчват много по-слабо от звездите, но самите те са много по-големи. И съставът им е по-интересен. Те съдържат огромен брой много различни молекули - вариращи от прости двуатомни до относително сложни полиатомни органични съединения. Сред сложните молекули особено си струва да се подчертаят "пребиотичните" съединения, например аминоацетонитрил, който може да участва в образуването на глицин, най-простата аминокиселина. Някои учени предполагат, че рибозата, един от основните градивни елементи на органичния живот, може също да се образува в молекулярни облаци. Ако такива съединения попаднат в благоприятни условия, това вече ще бъде стъпало за появата на живот.

Изображение на мъглявината Орион M42, направено от астрономическата обсерватория Kourovka на UrFU. Червеният цвят е резултат от рекомбинация в емисионната линия Hα при дължина на вълната 656,3 нанометра.

Малко по-близо до планетите

За съжаление е трудно да се приложи методът на спектроскопията за определяне на химичния състав на екзопланетите. Все пак за това трябва да регистрирате светлината от тях, а звездата, около която се върти планетата, пречи това да стане, тъй като тя свети много по-ярко. Да се ​​опитваш да наблюдаваш такава система е като да гледаш светлината на кибрит срещу прожектор.

Въпреки това, известна информация за екзопланета може да бъде получена без директно измерване на нейния емисионен спектър. Уловката е следната. Ако планетата има атмосфера, тя трябва да абсорбира част от радиацията на звездата, и то в различни спектрални диапазони по различен начин. Грубо казано, на една дължина на вълната планетата ще изглежда малко по-малка, а на друга дължина на вълната - малко повече. Това позволява да се направят предположения за свойствата на атмосферата, по-специално за нейния химичен състав. Този метод на наблюдение работи особено добре на горещи планети близо до звездите, тъй като техният радиус е по-лесен за измерване.

Освен това химическият състав на планетата трябва да бъде свързан със състава на облака газ и прах, от който се е образувала. Например, в облаци с голямо съотношение на концентрациите на въглеродни атоми към кислородни атоми, получените планети ще се състоят предимно от карбонати. От друга страна, химическият състав на звезда, образувана от такъв облак, също трябва да отразява неговия състав. Това позволява да се направят някои предположения въз основа на изследването на спектъра на една звезда. И така, астрономи от Йейлския университет анализираха данни за химическия състав на 850 звезди и установиха, че в 60 процента от системите концентрациите на магнезий и силиций в звезда показват, че наблизо може да има скалисти планети, подобни на Земята. В останалите 40 процента химическият състав на звездите ни подсказва, че съставът на планетите около тях трябва да е значително по-различен от земния.

Най-общо казано, в напоследъкдиректната спектроскопия на особено горещи планети на фона на слаби звезди все пак стана възможна поради повишената точност на измервателните инструменти. В този случай вече е възможно да се търсят следи от различни химични елементи и сложни съединения в тяхната светлина. Например, използвайки IR спектрографа CONICA, монтиран на телескопа VLT и комбиниран с адаптивната оптична система NAOS, учените успяха да измерят спектъра на екзопланетата HR 8799 c, която се върти около бяло джуджеи се нагрява толкова много, че самият той излъчва светлина. По-специално, от анализа на неговия спектър следва, че атмосферата на планетата съдържа по-малко метан и въглероден оксид от очакваното. Също така наскоро астрономите измериха спектъра на друг „горещ Юпитер“, титанов оксид в неговата атмосфера. Въпреки това директните измервания на спектъра на по-малко горещи скалисти планети (където е по-вероятно да съществува живот) все още са много трудни.

Изображение на системата HR 8799. Планетата HR 8799 c е в горния десен ъгъл

Джейсън Уанг и др / NASA NExSS, W. M. Keck Observatory

Съставът на една планета може да се определи и индиректно чрез изчисляване на нейната плътност. За да направите това, трябва да знаете радиуса и масата на планетата. Масата може да бъде намерена чрез наблюдение на гравитационното взаимодействие на планета със звезда или други планети, а радиусът може да бъде оценен от промяната в яркостта на звезда, докато планетата минава над нейния диск. Очевидно газовите планети трябва да имат по-ниска плътност в сравнение със скалистите. Например средната плътност на Земята е приблизително 5,5 грама на кубичен сантиметър и астрономите разчитат на тази стойност, за да търсят обитаеми планети. В същото време плътността на "най-рехавия горещ Юпитер" е 0,1 грама на кубичен сантиметър.

„Невъзможни“ връзки

От друга страна, екзопланетите могат да се изследват, без изобщо да излизате от лабораторията, колкото и странно да звучи. Говорим за моделиране (предимно числено) на химични и физични процеси, които трябва да протичат върху тях. Поради факта, че условията на екзопланетите могат да бъдат най-екзотичните (съжалявам за играта на думи), веществата върху тях също могат да образуват най-необичайните, „невъзможни“ при познатите ни условия.

Повечето от откритите екзопланети са класифицирани като "горещи юпитери" - газови гиганти, които са много горещи поради малкото разстояние до звездата. Разбира се, това не означава непременно, че такива планети са преобладаващи в звездните системи, просто че са лесни за намиране. Температурата на атмосферата на такива гиганти може да надвишава хиляда градуса по Целзий и се състои главно от пари от силикати и желязо (при тази температура започва да се изпарява, но все още не кипи). В същото време налягането вътре в тези планети трябва да достигне огромни стойности, при които водородът и другите познати ни газове преминават в твърди агрегатни състояния. Експерименти за симулиране на такива екстремни условия се провеждат от дълго време, но за първи път металният водород беше едва през януари тази година.

От друга страна, високи налягания и температури могат да бъдат достигнати и в дълбините на скалистите планети, а „зоопаркът“ от химически елементи може да бъде още по-голям там. Например, според някои оценки, налягането вътре в скалисти планети с маса от няколко земни маси може да достигне до 30 милиона атмосфери (вътре в Земята налягането не надвишава четири милиона атмосфери). Като се използва компютърна симулацияуспя да разбере, че при такива условия започват да се образуват екзотични съединения на магнезий, силиций и кислород (от които трябва да има много в състава на скалистите планети). Например, при налягания от повече от 20 милиона атмосфери не само познатият ни силициев оксид SiO 2, но и „невъзможните“ SiO и SiO 3 стават стабилни. Интересно е също, че в дълбините на особено масивни планети (до 20 земни маси) може да се образува MgSi 3 O 12, оксид, който има свойствата на електрически проводник.

Нестандартни условия могат да бъдат симулирани не само на компютър, но и в лаборатория, макар и не за толкова голям диапазон от налягания и температури. С помощта на диамантена наковалня могат да се получат налягания до 10 милиона атмосфери, точно съответстващи на условията в недрата на планетите, а лазер може да нагрее пробата до високи температури. Напоследък наистина се провеждат активно експерименти за симулиране на такива условия. Например през 2015 г. група учени, включващи руски изследователи, експериментално наблюдават образуването на магнезиев пероксид MgO 2 вече при налягане от около 1,6 хиляди атмосфери и температури от повече от две хиляди градуса по Целзий. Можете да прочетете повече за изследванията на поведението на материята при високо налягане в.

Рентгенова спектроскопия на проба, състояща се от магнезиеви и кислородни атоми при налягане от около десет хиляди атмосфери и температура от около две хиляди Келвина. Пунктираната линия маркира областта с високо съдържание на кислород.

С. Лобанов и др. / Научни доклади

***

UrFU има група учени, които изучават протопланетна материя в дълбокия космос и слънчевата система. Помолихме водещия специалист от Коуровската астрономическа обсерватория на UrFU Вадим Крушински да ни разкаже повече за изучаването на екзопланети.

N+1: Защо изучаваме екзопланети?

Вадим Крушински:Още преди 25 години знаехме за съществуването на сингъл планетарна система- Слънчево. Сега сме сигурни, че огромен брой звезди имат планети, може би почти всяка звезда във Вселената. Напредъкът на технологиите за получаване и обработка на данни доведе до факта, че дори напреднал любител астроном може да намери своята екзопланета. Откриването на друг "горещ Юпитер" е откриването на цяла планетна система, ние просто виждаме само най-забележимата част от нея. Планети, по-малки или по-отдалечени от родителската звезда, се откриват много по-рядко, това е ефектът от наблюдателния подбор.

Вадим Крушински, като част от група учени от Уралския федерален университет, работи по проект за изследване на протопланетната материя в дълбокия космос, Слънчевата система и на Земята.

Това е един от шестте пробивни научни проекта на университета, който се изпълнява от стратегическото академично звено (САУ) – Институт природни наукии математици от UrFU - заедно с академични и индустриални партньори от Русия и други страни. Позицията на университета в руски и международни класации, предимно в предметни области, зависи от успеха на изследователите.

Един единствен експеримент не позволява да се направят изводи за наблюдаваното явление. Експериментът трябва да се повтаря многократно и независимо. Всяка отворена екзопланетна система е отделен независим експеримент. И колкото повече са известни, толкова по-надеждно са проследени общи законипроизход и еволюция на планетарните системи. Трябва да събираме статистика!

Какво можете да научите за екзопланетите, като ги наблюдавате от толкова големи разстояния?

На първо място, трябва да определите свойствата на родителската звезда. Това ви позволява да изчислите размера на планетите, тяхната маса и радиусите на орбитите. Познавайки светимостта на родителската звезда и радиуса на орбитата, е възможно да се оцени температурата на повърхността на екзопланетата. Освен това планетарните атмосфери имат различна прозрачност в различни спектрални диапазони (Ломоносов пише за това). За наблюдател това изглежда като различен диаметър на планетата, когато се гледа в различни филтри. Това дава възможност да се открие атмосферата и да се оцени нейната дебелина и плътност. Светлината на родителската звезда, преминала през атмосферата на планетата по време на транзита, носи информация за състава на нейната атмосфера. И по време на вторично затъмнение, когато планетата се крие зад своята звезда, можем да наблюдаваме промени в спектъра, свързани с отражението от атмосферата и повърхността на планетата. Точно като Луната, екзопланетите могат да наблюдават фази. Ако промените в яркостта на системата, причинени от този ефект, не са постоянни, това означава, че албедото на планетата (способността да отразява светлина) се променя. Например поради движението на облаците в атмосферата му.

Свойствата на екзопланетите трябва да са свързани със свойствата на родителските облаци. Като изучаваме материята на етапа на формиране на звездите, ние допринасяме за разбирането на еволюцията на планетарните системи. За съжаление Земята е претърпяла значителни промени в хода на историята и вече не прилича на протопланетната субстанция, от която някога е била родена. Но метеоритите и кометите летят много близо до нас. Някои от тях дори падат на Земята и се озовават в лаборатории. Някои от тях могат да бъдат достигнати с космически кораби. Точно пред нас е страхотен обект на изследване! Остава само да докажем, че други планетарни системи са се развили по същия начин като нашата.

Може ли да се намери живот на други планети?

За да направите това, трябва да откриете биомаркери - прояви на жизнената активност на организмите. Най-добрият биомаркер би бил предаването на условния "Канал първи", но наличието на кислород ще свърши работа. Без живот кислородът на Земята ще бъде свързан и ще изчезне от атмосферата след десетки хиляди години. Откривайки кислород в атмосферата на екзопланети, можем да кажем, че не сме сами във Вселената. Как да го намерите беше описано по-горе. Но все още няма устройства с достатъчна чувствителност. Пробив в тази посока се очаква след изстрелването на космическия телескоп. Джеймс Уеб (JWST).

Какво могат да направят учените от Русия и по-специално от UrFU в тази област?

Въпреки факта, че Русия изостава от останалата част от научната общност по отношение на изследванията на екзопланетите, ние имаме възможност да запълним тази празнина. Сравнително нискобюджетните програми за търсене на екзопланетни системи (пилотният проект KPS на обсерваторията Kourovka на Уралския федерален университет) ще направят възможно да се направи първата стъпка и ще помогнат за събирането на данни за статистически анализ. Високопрецизни фотометрични измервания могат да се извършват и със съществуващо оборудване, което прави възможно търсенето на атмосферата на някои екзопланети. Спектралните наблюдения по време на транзити и вторични затъмнения са относително достъпни за най-големите телескопи в Русия. Това, което трябва да се направи, за да стартират тези програми, е да се намерят заинтересовани хора и да се плати за труда им. Инвестирайте малко в оборудване.

Второто направление е моделиране и интерпретация на наблюдаваните ефекти. Това може да бъде както теоретична работа, така и експериментална - изследване на поведението и свойствата на пробите в космоса и сравнение с наблюдаваните ефекти. За целта е необходимо да се създаде инсталация, която да симулира условията на космическото пространство. Като проби могат да се използват метеорити от колекцията на UrFU.

Дмитрий Трунин

Безкрайно разнообразните живи организми са съставени от ограничен набор от атоми, чиято поява дължим до голяма степен на звездите. Най-мощното събитие в живота на Вселената - Голям взрив- изпълни нашия свят с вещество с много оскъден химичен състав.
Смята се, че обединението на нуклони (протони и неутрони) в разширяващото се пространство не е имало време да напредне по-далеч от хелия. Следователно предгалактическата Вселена е била изпълнена почти изключително с водородни ядра (т.е. просто протони) с малко - около една четвърт от масата - добавяне на хелиеви ядра (алфа частици). В него практически нямаше нищо друго, освен леки електрони. Как точно е станало първичното обогатяване на Вселената с ядра от по-тежки елементи, все още не можем да кажем. До ден днешен не е открита нито една „първична“ звезда, тоест обект, състоящ се само от водород и хелий. Има специални програми за търсене на звезди с ниско съдържание на метал (припомняме, че астрономите се съгласиха да наричат ​​всички елементи, по-тежки от хелия, „метали“) и тези програми показват, че звездите с „изключително ниска металност“ са изключително редки в нашата Галактика . Те са, в някои рекордни екземпляри съдържанието например на желязо е по-ниско от това на слънцето десетки хиляди пъти. Има обаче само няколко такива звезди и може да се окаже, че „в тяхно лице“ имаме работа не с „почти първични“ обекти, а просто с някаква аномалия. Като цяло, дори най-старите звезди в Галактиката съдържат значителни количества въглерод, азот, кислород и по-тежки атоми. Това означава, че дори най-древните галактически светила всъщност не са първите: преди тях Вселената вече е имала някакви "фабрики" за производство на химически елементи.

Голямата мъглявина на Орион (LTO) е един от най-близките региони на звездообразуване, съдържащ големи количества газ, прах и новородени звезди. В същото време тази мъглявина е една от най-големите „химически фабрики“ в нашата Галактика и нейната истинска „сила“, както и начините за синтез на молекулите на междузвездната материя в нея, все още не са напълно ясни на астрономите. Това изображение е направено с камерата Wide Field Imager на 2,2-метровия телескоп MPG/ES0 в обсерваторията La Silla в Чили.

ОРГАНИЧНИ МОЛЕКУЛИ В КОСМОСА

Бъкминстърфулерени (съкратено като „фулерени“ или „бъкиболс“) – малки сферични структури, състоящи се от четен брой (но не по-малко от 60) въглеродни атоми, свързани по подобен модел на футболна топка – бяха открити за първи път в спектрите на планетарна мъглявина в Малкия магеланов облак (MMO), една от най-близките звездни системи до нашата галактика. Откритието е направено през юли 2010 г. от работната група на космическия телескоп Spitzer (НАСА), която извършва наблюдения в инфрачервения диапазон. Общата маса на фулерените, съдържащи се в мъглявината, е само пет ra? по-малко от масата на земята. На фона на MMO изображението, направено от телескопа Spitzer, е показано увеличено изображение на планетарната мъглявина (по-малка вложка) и откритите в нея фулеренови молекули (голяма вложка), състояща се от 60 въглеродни атома. Към днешна дата вече са получени съобщения за регистриране на характерни линии на такива молекули в спектрите на обекти, разположени в рамките на Млечния път.

ОРГАНИЧНИ МОЛЕКУЛИ В КОСМОСА

Органично от неорганично

Експериментално доказателство за възможността за органичен синтез в „първичната супа“ в началото на 50-те години на миналия век бяха известните експерименти на Харолд Юри и Стенли Милър (Harold Urey, Stanley Miller), които се състоят в преминаване на електрически разряди през смес от горните молекули. След няколко седмици от експеримента в тази смес беше открит богат асортимент от органични вещества, включително най-простите аминокиселини и захари. Тази ясна демонстрация на простотата на абиогенезата е свързана не само с проблема за произхода на земния живот, но и с по-големия проблем за живота във Вселената: тъй като не са били необходими екзотични условия за синтеза на органична материя на младата Земя, , би било логично да се предположи, че подобни процеси са се случили (или ще се случат) на други планети.

Търси признаци на живот

„Намек“ за радиоастрономия

Съветският астрофизик Йосиф Шкловски пръв обърна внимание на факта, че спектралните емисионни линии на молекулите трябва да се търсят в радиообхвата. По-конкретно, той пише за молекула (по-точно свободен радикал) OH хидроксил, която при определени условия става източник на радиоизлъчване с дължина на вълната 18 cm, което е много удобно за наблюдения от Земята. Именно хидроксилът стана първата молекула в ISM, открита през 1963 г. по време на радионаблюдения и допълваща списъка на вече известните двуатомни междузвездни молекули.
Но после стана по-интересно. През 1968 г. са публикувани резултатите от наблюденията на три- и четириатомни молекули - вода и амоняк (H 2 0, NH 3). Година по-късно се появи съобщение за откриването в ISM на първата органична молекула - формалдехид (H 2 CO). Оттогава астрономите откриват по няколко нови междузвездни молекули всяка година, така че общият брой вече надхвърля двеста. Разбира се, този списък е доминиран от прости съединения, съдържащи от два до четири атома, но значителна част (повече от една трета) са многоатомни молекули.
Добрата половина от многоатомните междузвездни съединения в земни условия бихме класифицирали недвусмислено като органични: формалдехид, диметилов етер, метилов и етилов алкохол, етилен гликол, метилформиат, оцетна киселина... Най-дългата молекула, открита в ISM, е открита през 1997 г. , в една от плътните групи на молекулярния облак TMS-1 в съзвездието Телец. За Земята това не е много често срещано съединение от семейството на цианополините, което представлява верига от 11 въглеродни атома, към единия край на която е "прикрепен" водороден атом, към другия - азотен атом. Други органични молекули също бяха открити в същия съсирек, но по някаква причина той е особено богат на цианополиинови молекули с въглеродни вериги с различна дължина (3, 5, 7, 9, 11 атома), за които получи името "цианополинов пик ".
Друг добре познат обект с богато „органично съдържание“ е молекулярният облак Sgr B2(N), разположен близо до центъра на нашата Галактика по посока на съзвездието Стрелец. Той съдържа особено голям брой сложни молекули. Въпреки това, той няма никаква изключителност в това отношение - по-скоро тук се задейства ефектът на „търсене под фенера“. Намирането на нови молекули, особено органични, е много трудна задача и наблюдателите често предпочитат да насочват телескопите си към области от небето, които е по-вероятно да успеят. Следователно ние знаем много за концентрацията на органични вещества в молекулярните облаци на Телец, Орион, Стрелец и почти нямаме информация за съдържанието на сложни молекули в много други подобни облаци. Но това изобщо не означава, че органиката не е там - просто "антените все още не са достигнали" до тези обекти.

Трудности при дешифрирането

Лаборатории за междузвезден синтез

Полицикличните ароматни въглеводороди (ПАВ) са най-сложните съединения, открити в междузвездното пространство. Това инфрачервено изображение на звездообразуваща област в съзвездието Касиопея показва молекулярните структури на някои от тях (водородните атоми са бели, въглеродните атоми са сиви, кислородните атоми са червени), както и няколко от техните характерни спектрални линии. Учените смятат, че в близко бъдеще спектрите на PAH ще бъдат от особена стойност за дешифриране на химическия състав на междузвездната среда с помощта на инфрачервена спектроскопия.

ОРГАНИЧНИ МОЛЕКУЛИ В КОСМОСА

Как да оцелеем в "молекулите на живота"

	Ацеталдехидът (вляво) и неговите изомери, винилов алкохол и етиленов оксид, също са открити в междузвездното пространство.
10 осем атома		През 1997 г. радионаблюдения потвърждават наличието на оцетна киселина в космоса.
9 молекули с девет атома и 17 молекули, съдържащи от 10 до 70 атома		Някои от най-тежките (и най-дългите) молекули, открити в космоса, принадлежат към класа на полиините - те съдържат няколко тройни връзки, свързани последователно "във верига" чрез единични връзки. Те не се срещат на земята.
МОЛЕКУЛИ, ОТКРИТИ В МОМЕНТА В МЕЖДУЗВЕЗДНОТО ПРОСТРАНСТВО

Природата щедро е разпръснала своите материални ресурси из нашата планета. Но не е трудно да се забележи зависимостта: най-често човек използва онези вещества, чиито суровини са ограничени, и обратно, той използва изключително слабо такива химични елементи и техните съединения, чиито суровини са почти неограничени. Всъщност 98,6% от масата на физически достъпния слой на Земята се състои само от осем химични елемента: желязо (4,6%), кислород (47%), силиций (27,5%), магнезий (2,1%), алуминий (8,8%). %), калций (3,6%), натрий (2,6%), калий (2,5%), никел. Повече от 95% от всички метални изделия, дизайни на голямо разнообразие от машини и механизми, транспортни маршрути са направени от желязна руда. Ясно е, че подобна практика е разточителна от гледна точка както на изчерпването на железните ресурси, така и на енергийните разходи за първичната преработка на суровините от желязна руда.

Разглеждайки представените тук данни за разпространението на осемте посочени химични елемента, можем спокойно да кажем, че има големи възможности за използването на алуминий, а след това магнезий и, може би, калций при създаването на метални материали в близко бъдеще, но за това трябва да се разработят енергийно ефективни методи за производство на алуминий, за да се получи алуминиев хлорид и да се редуцира последният до метал. Този метод вече е тестван в редица страни и е предоставил основата за проектиране на топилни фабрики за алуминий с голям капацитет. Но топенето на алуминий в мащаб, сравним с производството на чугун, стомана и феросплави, все още не може да бъде осъществено в много близко бъдеще, тъй като тази задача трябва да бъде решена успоредно с разработването на подходящи алуминиеви сплави, които могат да се конкурират с чугун, стомана и други материали от суровини от желязна руда.

Широкото използване на силиций служи като постоянен упрек към човечеството по отношение на изключително ниската степен на използване на този химичен елемент в производството на материали. Силикатите съставляват 97% от общата маса на земната кора. И това дава основание да се твърди, че те трябва да бъдат основната суровина за производството на почти всички строителни материали и полуфабрикати в производството на керамика, които могат да се конкурират с металите. Освен това е необходимо да се вземат предвид и огромни натрупвания на промишлени отпадъци от силикатен характер, като "отпадъчни скали" по време на добива на въглища, "отпадъци" по време на извличането на метали от руди, пепел и шлака от енергетиката и металургичното производство . И точно тези силикати първо трябва да се превърнат в суровини за строителни материали. От една страна, това обещава големи ползи, тъй като суровините не трябва да се добиват, те чакат своите потребители в завършен вид. От друга страна, обезвреждането му е мярка за борба със замърсяването на околната среда.

В космоса само два елемента, водород и хелий, са най-разпространени, всички останали елементи могат да се разглеждат само като допълнение към тях.

Въпрос 54. Развитие на идеи за химическата структура на материята. Химични съединения.

Химиянаречена наука за химичните елементи и техните съединения.

Историята на развитието на химичните концепции започва от древни времена. Демокрит, Епикур изразиха брилянтни идеи, че всички тела са съставени от атоми с различни размери и различни форми, което определя тяхната качествена разлика. Аристотел и Емпедокъл вярвали, че телата се комбинират

Първият наистина ефективен метод за определяне на свойствата на дадено вещество е предложен през втората половина на 17 век. Английски учен Р. Бойл (1627-1691) Резултатите от експерименталните изследвания на Р. Бойл показват, че качествата и свойствата на телата зависят от това от какви материални елементи се състоят .

През 1860 г. изключителният руски химик А.М. Бутлеров (1828-1886) създава теория за химическата структура на материята - възниква по-високо ниво на развитие на химическите знания - структурна химия.

През този период се ражда технологията на органичните вещества.

Под влияние на новите производствени изисквания възниква учението за химичните процеси , който отчита промяната в свойствата на дадено вещество под въздействието на температура, налягане, разтворители и други фактори, които заместват дървото и метала в строителните работи, хранителните суровини при производството на изсушаващо масло, лакове, перилни препаратии лубриканти.

През 1960-1970г. се появява следващото, по-високо ниво на химическото познание – еволюционната химия . Тя се основава на принципа на самоорганизацията на химическите системи, т.е. принципа на прилагане на химическия опит на високоорганизираната жива природа.

Доскоро химиците смятаха, че е ясно какво трябва да се припише на химични съединения и какво на смеси. Още през 1800-1808 г. френският учен Ж. Пруст (1754-1826) установява закона за постоянството на състава: всяко отделно химично съединение има строго определен, непроменен състав, силно привличане на неговите съставни части (атоми) и по този начин се различава от смесите

СЪС края на XIX V. бяха възобновени изследвания, които поставят под въпрос абсолютизирането на закона за постоянството на състава. Изключителният руски химик Н.С. Курнаков (1860-1941), в резултат на изследвания на интерметални съединения, т.е. съединения, състоящи се от два метала, установи образуването на реални индивидуални съединения с променлив състав и намери границите на тяхната хомогенност на диаграмата "състав-свойство", разделяща от тях областите на съществуване на състава на стехиометричните съединения. Той нарича химични съединения с променлив състав бертолиди, и остави името зад съединенията с постоянен състав далтониди.

Както показват резултатите от физическите изследвания, същността на проблема с химичните съединения се крие не толкова в постоянството или непостоянството на химичния състав, а във физическата природа на химичните връзки, които обединяват атомите в една квантово-механична система - a молекула.

Броят на химичните съединения е огромен. Те се различават както по състав, така и по химични и физични свойства. Но все пак химично съединение -качествено определено вещество, състоящо се от един или повече химични елементи.

Книгата разглежда актуалния проблем на съвременното естествознание - произхода на живота. Написана е въз основа на най-съвременните данни от геологията, палеонтологията, геохимията и космохимията, които опровергават много традиционни, но остарели представи за произхода и развитието на живота на нашата планета. Дълбоката древност на живота и биосферата, съизмерима с възрастта на самата планета, позволява на автора да заключи, че възникването на Земята и живота е единен взаимосвързан процес.

За читатели, интересуващи се от науките за земята.

Книга:

Единствено съм изненадан, че този невероятно сложен механизъм изобщо все още работи. Като се замислиш за Живота, става ясно колко жалка и примитивна е нашата наука. Очевидно е, че свойствата на едно живо същество са предопределени от оплодена клетка, точно както животът е предопределен от съществуването на атом, а мистерията на всичко, което съществува, е на най-ниското ниво,

Връзката между зародишите на живота и неговите предшественици - сложни въглеродни съединения - е първостепенен научен проблем. Първите експерименти на Л. Пастьор, поставени през втората половина на 19 век, показват невъзможността на съвременни условияЗемен произход на живота - най-простите живи организми. Това до известна степен доведе до появата на идеите за панспермията, според които животът на Земята изобщо не се е зародил, а е бил пренесен от космоса, където е съществувал под формата на зародиши. Най-характерните поддръжници на тези идеи бяха Г. Хелмхолц и С. Арениус, въпреки че по-рано такива идеи бяха изразени от Й. Либих. Според С. Арениус частици жива материя - спори или бактерии, утаени върху микрочастици от космически прах, се пренасят от една планета на друга чрез силата на светлинния натиск, като същевременно запазват своята жизнеспособност. Когато спорите попаднат на планета с подходящи условия за живот, те покълват и дават началото на биологична еволюция.

В малко по-различни форми тези идеи се възраждат в наше време. Например Ф. Хойл изложи идеята за възможността за съществуване на микроорганизми в междузвездното пространство. Според неговите идеи облаците от космически прах са съставени главно от бактерии и спори. Предполага се, че във времевия интервал отпреди 4,6-3,8 милиарда години на Земята са били възможни две събития – или зараждането на живота на самата планета, или той е донесъл микроорганизми от космоса. F. Hoyle и S. Wickramasing през 1981 г. признаха, че последното е по-вероятно. Според техните изчисления всяка година 10 18 космически спори навлизат в горната атмосфера на Земята като остатък от твърд материал, разпръснат в Слънчевата система. По този начин кометите са носители на зародишите на живота, които са се образували по-рано в междузвездното пространство и едва след това са попаднали в облака на Оорт.

Трябва да се отбележи, че представените идеи са изключително фантастични и не съответстват на известните експериментални данни. Въпреки това, няма съмнение, че животът е свързан с космоса по отношение на атомния състав и по отношение на енергията. Това се вижда от табл. 6, който дава стойностите на относителното разпределение на елементите в пространството, в летливата фракция на кометите, в бактериите и бозайниците. Обръща се внимание на голямата близост, а в някои случаи и идентичността на космическата материя и живата материя на Земята. Основните елементи на живата материя са широко разпространените елементи на космоса. В същото време H, C, N, O - типични биофилни елементи - са най-широко разпространени в природата.

Лесно е да се заключи, че живите организми използват предимно най-достъпните атоми, които освен това са способни да образуват стабилни и множество химически връзки. Известно е, че въглеродът може да образува дълги вериги, което води до безброй полимери. Сярата и фосфорът също могат да образуват множество връзки. Сярата е част от протеините, а фосфорът е част от нуклеиновите киселини.

При подходящи условия най-често срещаните атоми се комбинират един с друг, за да образуват молекули, които се намират в космически облациметоди на съвременната радиоастрономия. Повечето от известните космически молекули са органични, включително най-сложните 8- и 11-атомни. По този начин, по отношение на състава, космохимията на Вселената създава широки възможности за различни комбинации на въглерод с други елементи според законите на химичната връзка.

Проблемът за образуването на молекули в космически условия обаче е един от най-трудните проблеми на космохимията. Всъщност в междузвездната среда, дори в нейните най-плътни области, елементите се намират в условия, далеч от термодинамичното равновесие. Поради ниската концентрация на веществото химична реакцияв междузвездното пространство е изключително малко вероятно. Поради това се предполага, че частици от космически прах участват в изграждането на междузвездни молекули. В най-много прост случайМолекулите на водорода могат да възникнат, когато неговите атоми влязат в контакт с твърди частици.Най-често срещаните космически молекули, CO, вероятно са способни да се раждат в звездни атмосфери при достатъчна плътност на материята и след това да бъдат изхвърлени в открития космос.

Понастоящем ролята на твърдата фаза в образуването на молекули на органични вещества в космическото пространство става все по-ясна. Най-вероятните модели на този процес са разработени от J. Greenberg. Според учения частиците космически прах имат сложна структураи се състоят от ядро ​​с предимно силикатен състав, заобиколено от обвивка от органични вещества. Очевидно в черупката протичат различни химични процеси, водещи до усложняване на структурата на първоначалното вещество. Структурата на такива прахови частици след първия етап на натрупване се потвърждава чрез експериментално моделиране на смес от вода, метан, амоняк и други прости молекули, облъчени с ултравиолетово лъчение при температура от около 10 K. Всяка прахова частица произхожда от силикатно ядро възникнали в атмосферата на студена гигантска звезда. Около ядрото се образува ледена обвивка. Под действието на ултравиолетовото лъчение някои молекули на черупката (H 2 O CH 4, NH 3) се дисоциират с образуването на радикали - реактивни фрагменти от молекули. Тези радикали могат да се рекомбинират, за да образуват други молекули. В резултат на продължително облъчване може да се появи по-сложна смес от молекули и радикали (HN 2 HCO, HOCO, CH 3 OH, CH 3 C и др.). По време на разрушаването на праховите частици под въздействието пространствени факторисъединенията, които са се появили на повърхността им, образуват молекулярни облаци.

Съдейки по огромните маси на молекулярните облаци, те са основните резервоари на органична материя в космоса. Въпреки това, органичните съединения, открити в тях, се оказват сравнително прости и все още далеч от онези молекулярни системи, които биха могли да осигурят началото на живот на всяко благоприятно планетарно тяло.

Наличието на органични вещества в метеоритите заслужава специално внимание. Това е много важно за разбирането на процесите на възникване на високомолекулните системи като предшественици на живота. Трябва да се отбележи, че метеоритите, заедно с техните родителски тела - астероиди, принадлежат към Слънчевата система. Освен това възрастта на метеоритите, според ядрената геохронология, е 4,6-4,5 милиарда години, което основно съвпада с възрастта на Земята и Луната. Следователно метеоритите несъмнено са свидетели на образуването на различни химични съединения, включително органични, в най-ранните етапи на развитие. слънчева система.

Метеоритите съдържат въглеводороди, въглехидрати, пурини, пиримидини, аминокиселини, т.е. тези химични съединения, които са част от живата материя, формират нейната основа. Те се намират във въглеродни хондрити и астероиди с определена структура и състав. Повечето астероиди се движат в пояса между Марс и Юпитер. Въз основа на данните за космохимията на кометите може да се предположи, че областта на образуване на органични съединения е обхващала огромна площ в по-голямата част от обема на първичната слънчева мъглявина. Естествено, изяснявайки общия проблем за произхода на живота, ние нямаме право да пренебрегнем данните за състава на метеоритите. Това обстоятелство е взето предвид в различна степен от различни автори на хипотези за произхода на живота. Така вече имаме право да считаме известните метеорити за исторически документи - автентични свидетели на ранната история на Слънчевата система, която обхваща и процесите на образуване на органични вещества.

Всеки метеорит е твърдо, състоящ се от редица минерални фази. Основните са силикат (камък), метален (желязо-никел) и сулфид (троилит). Има и други фази, но те са второстепенни в тяхното разпространение. В метеоритите се намират различни минерали, чийто брой надхвърля 100, но само няколко са основните скалообразуващи минерали (оливин, пироксен, фелдшпати, никелово желязо, троилит и др.). Освен това в метеоритите са открити 20 минерала, които не се срещат в земната кора. Те включват карбиди, сулфиди и др., чието образуване е свързано с рязко редуциращи условия. Най-значителните концентрации на въглерод, свързан с органичната материя, са във въглеродните хондрити.

Фундаментално важна информация за органичната материя в метеоритите е представена в трудовете на G. P. Vdovykin, E. Avders, R. Hayatsu, M. Studir. За първи път органичната материя в състава на метеоритите е изолирана от известния химик И. Берцелиус при анализа на въглеродния хондрит Alais през 1834 г. Резултатите от неговия анализ са толкова впечатляващи, че самият той счита това вещество за биологичен произход. През 19 век химическите анализи разкриват наличието на твърди въглеводороди, сложни органични съединения със сяра и фосфор в метеоритите. Въглеродните хондрити, значителна част от въглерода в които е под формата на органични съединения, са изследвани най-внимателно и задълбочено. Общо съдържаниевъглерод и някои други летливи вещества във въглеродни хондрити се характеризира със следните стойности (в тегл.%):

Това показва, че съдържанието на въглерод (както и на сяра и вода) е максимално във въглеродните хондрити от тип С1 и минимално в хондритите С3. По този начин в момента няма съмнение, че в родителските тела на въглеродните хондрити, в резултат на самите процеси на тяхното образуване, са възникнали сложни органични съединения като естествен резултат от химическата еволюция на ранната Слънчева система.

Елементарният химичен състав на въглеродните хондрити без летливите вещества е много близък до този на обикновените хондрити. Основните характеристики на различните видове въглеродни хондрити са следните.

Тип C1 е представен от крехки черни камъни, разпадащи се на прах при триене с пръсти. Дребнозърнестата маса в тях е приблизително 95%. Той е осеян с хондрули (микрохондрули), състоящи се от оливин и магнетит (с размери 1-50 микрона). Минералният състав на този вид метеорит е показан на фиг. 9. Въглеродните хондрити от тип С1 са най-богати на органични вещества от абиогенен произход.

Тип C2 са сиво-черни камъни, значително по-плътни от C1. Основната дребнозърнеста маса, която съставлява 60% от обема, е осеяна със значително по-големи хондрули, отколкото при тип С1. Наблюдават се сраствания на първични микрохондрули в единичен кристал.

Тип C3 са твърди камъни от тъмно сиво, зеленикаво сиво или сив цвят. Дребнозърнестата маса заема 35%. Хондрите са доста големи и добре дефинирани.

Изобилието от много химични елементи във въглеродните хондрити от тип C1 разкрива редица характерни връзки, които ги доближават до слънчевата материя. С други думи, тези въглеродни хондрити са втвърдена слънчева материя, лишена от леки газове.

Органичните вещества, открити в метеоритите, са изброени в табл. 7. Както можете да видите, списъкът им е доста впечатляващ. Повечето от тези съединения в една или друга степен съответстват на универсалните връзки на метаболизма, известни в живите организми: аминокиселини, протеинови полимери, моно- и полинуклеотиди, порфирини и други съединения. Близостта до състава на органичните комплекси от биологичен произход се оказа толкова голяма, че някои автори дори започнаха да признават, че в миналото живи организми са били открити директно в самите метеорити. През 60-те години имаше оживена дискусия по този въпрос. Внимателните изследвания на органични съединения от метеорити обаче не потвърждават наличието на оптична активност, което показва техния абиогенен произход.

Сравнението на органични вещества от метеоритен произход с продукти от изкуствени реакции от типа на Фишер-Тропш и изкопаеми органични вещества от биологичен произход показва тяхната голяма близост, по-специално по отношение на съдържанието на някои въглеводороди. Например метеоритите са доминирани от въглеводороди с 16 атома на молекула, което се наблюдава и в земни обекти и продукти от лабораторни експерименти.

Метеоритите са фрагменти от по-големи тела - астероиди, повечето откойто се намира в астероидния пояс на разстояние 2,3-3,3 AU. д. от Слънцето. През последните 10 години в резултат на астрофизични наблюдения на астероиди във видимата част на спектъра и инфрачервени вълни са получени данни, които са от първостепенно значение за установяване на генетичната връзка между астероиди и метеорити. Чрез сравняване на отразяващата способност на метеоритите и астероидите беше възможно да се установи, че почти всички известни класове метеорити имат своите аналози сред изследваните астероиди.

В зависимост от отразяващата способност астероидите се разделят на две основни големи групи - тъмни, или C-астероиди, и относително светли, или S-астероиди. Първите се характеризират с ниско албедо - под 0,05, вторите - над 0,1. По отношение на спектралната отражателна способност групата СЪСблизо до въглеродните хондрити, a С-до каменно-железни метеорити и обикновени хондрити. Последните фотометрични измервания като цяло потвърждават единството на материала на метеоритите и астероидите. Следователно всички минерални, химични и структурни характеристики на метеоритите, получени и изследвани в земни лаборатории, могат да бъдат пренесени върху астероидите.

В резултат на изследването беше възможно да се установи, че съставът на астероидите е различен в различните региони на астероидния пояс. В Слънчевата система е разкрита фундаментално важна космохимична закономерност: съставът на астероидите зависи от хелиоцентричното разстояние. Във вътрешната част на астероидния пояс има тела, близки до обикновените хондрити, но с увеличаване на разстоянието от Слънцето в рамките на 2,5-3,3 AU. Тоест, те стават по-малки и броят на астероидите като въглеродните хондрити, които заемат доминираща позиция в средните и крайните части на астероидния пояс, се увеличава. Като цяло, според съвременните наблюдения, дори въглеродно-хондритните тела преобладават в астероидния пояс.

Ако наистина повечето астероиди имат състава на въглеродни хондрити, тогава е съвсем естествено те да съдържат много органична материя, което определя техния тъмен цвят и ниска отразяваща способност. По този начин астероидът Бамберг има най-ниската отразяваща способност (албедо 0,03). Това е тъмен и доста голям обект в астероидния пояс с диаметър около 250 км.

Напоследък голям интерес предизвикват кометите. Предполага се, че те са участвали в появата на живота на Земята или във всеки случай биха могли да имат известен принос за състава на ранната й атмосфера. Те биха могли също така да доставят първите органични молекули на повърхността на зараждащата се планета. Установено е мнението, че кометите най-добре отразяват първичните условия в Слънчевата система.

Повечето комети се намират в самата периферия на Слънчевата система, в така наречения облак на Оорт. Те имат изключително издължени орбити и са стотици и хиляди пъти по-далече от Слънцето от Плутон. Дългопериодичните комети се приближават до Слънцето от отдалечена област. Като цяло кометата е буца мръсен сняг. „Снегът“ в кометата е съставен от обикновен воден лед с примес на въглероден двуокиси други замръзнали газове с неизвестен състав. "Кал" са частици от силикатни скали с различни размери, разпръснати в кометен лед. Може да се предположи, че поради липсата на химични взаимодействия кометите са недокоснати образци от първоначалната материя, от която се е образувала слънчевата система.

Докато се приближават до Слънцето, летливата материя на кометите се изпарява и се изхвърля от лек натиск, образувайки гигантска опашка. Всички наблюдавани кометни явления се определят от процеси, свързани с отделянето на газове и прах. Йоните H +, OH -, O - и H 2 O +, които изграждат кометните опашки, идват главно от водни молекули, въпреки че е вероятно да присъстват и други водородни съединения. Атомите, радикалите, молекулите и йоните са представени в следната форма: в комети - C, C 2, C 3, CH, CN, CS, CH 3 CN, HCN, NH, NH 2, O, OH, H 2, O 2, Na, S, Si; близо до Слънцето - Ca, CO, Cr, Cu, Fe, V; в опашката - CH + , CO + , CO 2 + , CN + , N 2 + .

Навсякъде в кометите се срещат биофилни елементи, главно C, O, N и H. Понастоящем с голяма степен на вероятност е установено, че кометните молекули са близки до тези, необходими за предбиологичната еволюция. Те могат да бъдат представени от молекули на аминокиселини, пурини, пиримидини. Както отбелязва A. Delsemm, има няколко групи данни, които показват, че кометният прах е от естеството на хондритни метеорити. Първо, той се състои предимно от силикати и въглеродни съединения. Второ, съотношенията на металите, изпарени от кометите по време на преминаването им близо до Слънцето, съответстват на съотношенията, характерни за хондритите. Трето, прахови частици от космически произход, вероятно отразяващи материята на комети, са много близки до състава на материала на въглеродните хондрити. Наистина, анализът на проби от космически прах показва, че 80% или повече от праховите частици, по-малки от 1 mm, са съставени от материал, подобен на въглеродните хондрити. Някои учени са сравнили съдържанието на въглерод в кометите и въглеродните хондрити и са стигнали до извода, че най-малко 10% от материала на кометите са органични съединения. Естеството на химичните съединения, открити в кометите, показва голяма вероятност молекулите, които ги пораждат, да са поне сравними по сложност с молекулите на междузвездното пространство.

Така всички данни за космохимията на метеоритите, астероидите и кометите показват, че образуването на органични съединения в Слънчевата система в ранните етапи на нейното развитие е типично и масово явление. Той се прояви най-интензивно в пространството на бъдещия астероиден пръстен, но в различна степен обхвана и други области на протопланетната слънчева мъглявина, включително, вероятно, района, от който е възникнала Земята. Химическата еволюция на материята на протослънчевата мъглявина обаче, достигнала определен етап от образуването на сложни органични съединения, се оказа, така да се каже, замразена в повечето тела на Слънчевата система и само на Земята го направи продължават, достигайки невероятна сложност под формата на жива материя.

Космохимия (от Космос и химия

науката за химичния състав на космическите тела, законите за изобилието и разпределението на химичните елементи във Вселената, процесите на комбиниране и миграция на атоми по време на образуването на космическата материя. Най-изучаваната част от Казахстан е геохимията , К. изучава предимно "студени" процеси на ниво атомно-молекулни взаимодействия на веществата, докато "горещите" ядрени процеси в космоса - плазменото състояние на материята, нуклеогенезата (процесът на образуване на химични елементи) вътре в звездите и др. - се занимава основно с физика. К. - нова област на знанието, която получи значително развитие през втората половина на 20 век. главно благодарение на успеха на космонавтиката. Преди това изследванията на химичните процеси в космоса и състава на космическите тела се извършваха главно чрез спектрален анализ (виж Спектрален анализ) на радиация от Слънцето, звездите и до известна степен външните слоеве на планетарните атмосфери. Този метод направи възможно откриването на елемента хелий в Слънцето още преди да бъде открит на Земята. Единственият пряк метод за изследване на космическите тела беше анализът на химичния и фазов състав на различни метеорити, паднали на Земята. Така беше натрупан значителен материал, който е от фундаментално значение за по-нататъшното развитие на космическите кораби.Развитието на космонавтиката, полетите на автоматични станции до планетите от Слънчевата система - Луната, Венера, Марс - и накрая посещението на човек до Луната откри напълно нови възможности за космически кораби. На първо място, това е директно изследване на скалите на Луната с участието на космонавти или чрез вземане на почвени проби с автоматични (мобилни и стационарни) устройства и доставянето им на Земята за по-нататъшно изследване в химически лаборатории. Освен това апаратите за автоматично спускане направиха възможно изучаването на материята и условията на нейното съществуване в атмосферата и на повърхността на други планети в Слънчевата система, предимно Марс и Венера. Един от критични задачиК. изучава въз основа на състава и разпространението на химичните елементи на еволюцията на космическите тела, желанието да се обясни техният произход и история на химическа основа. Най-голямо внимание в К. се отделя на проблемите на изобилието и разпространението на химичните елементи. Изобилието от химически елементи в космоса се определя от нуклеогенезата вътре в звездите. Химическият състав на Слънцето, планетите земен типСлънчевата система и метеоритите, очевидно, са почти идентични. Образуването на ядрата на химичните елементи е свързано с различни ядрени процеси в звездите. Следователно на различните етапи от еволюцията си различните звезди и звездни системи имат различен химичен състав. Звездите са известни с особено силни спектрални линии на Ba или Mg или Li и др. Разпределението на химичните елементи по фази в космическите процеси е изключително разнообразно. Агрегатното и фазово състояние на материята в космоса на различни етапи от нейните трансформации се влияе по много начини: 1) огромен диапазон от температури, от звездна до абсолютна нула; 2) огромен диапазон от налягания, от милиони атмосфери в условията на планети и звезди до вакуума на космоса; 3) дълбоко проникваща галактична и слънчева радиация с различен състав и интензитет; 4) радиация, придружаваща превръщането на нестабилни атоми в стабилни; 5) магнитни, гравитационни и др. физически полета. Установено е, че всички тези фактори влияят върху състава на веществото на външната кора на планетите, техните газови обвивки, метеоритно вещество, космически прах и др. В същото време процесите на фракциониране на материята в космоса засягат не само атомния, но и изотопния състав. Определянето на изотопните равновесия, възникващи под въздействието на радиация, позволява да се проникне дълбоко в историята на процесите на образуване на материята на планети, астероиди и метеорити и да се установи възрастта на тези процеси. Благодарение на екстремни условияв космическото пространство протичат процеси и има състояния на материята, които не са характерни за Земята: плазменото състояние на материята на звездите (например Слънцето); кондензация на He, Na, CH 4 , NH 3 и други летливи газове в атмосферата на големи планети при много ниски температури; образуването на неръждаемо желязо във вакуума на космоса по време на експлозии на Луната; хондритна структура на каменисти метеорити; образуването на сложни органични вещества в метеоритите и вероятно на повърхността на планетите (например Марс). В междузвездното пространство се намират атоми и молекули на много елементи в изключително ниски концентрации, както и минерали (кварц, силикати, графит и др.) И накрая се синтезират различни сложни органични съединения (възникващи от първичните слънчеви газове H, CO, NH3, O2, N2, S и други прости съединения при равновесни условия с участието на радиация). Всички тези органична материяв метеоритите, в междузвездното пространство - не са оптически активни.

С развитието на астрофизиката (виж Астрофизика) и някои други науки се разшириха възможностите за получаване на информация, свързана с космически кораби, така че търсенето на молекули в междузвездната среда се извършва с помощта на методите на радиоастрономията. До края на 1972 г. в междузвездното пространство са открити повече от 20 вида молекули, включително няколко доста сложни органични молекули, съдържащи до 7 атома. Установено е, че техните наблюдавани концентрации са 10-100 милиона пъти по-ниски от концентрацията на водород. Тези методи също така позволяват чрез сравняване на радиолиниите на изотопните разновидности на една молекула (например H 2 12 CO и H 2 13 CO) да се изследва изотопният състав на междузвездния газ и да се провери правилността на съществуващите теории за произхода на химичните елементи.

От изключително значение за разбирането на химията на космоса е изучаването на сложния многоетапен процес на кондензация на нискотемпературна плазмена материя, например прехода на слънчевата материя в твърдата материя на планетите от Слънчевата система, астероидите , метеорити, придружени от растеж на кондензация, акреция (увеличаване на масата, "растеж" на всяко вещество чрез добавяне на частици отвън, например от облак газ и прах) и агломерация на първични агрегати (фази) с едновременна загуба на летливи вещества във вакуума на космическото пространство. В космическия вакуум, при относително ниски температури (5000-10000 °C), от охлаждащата плазма последователно изпадат твърди фази с различен химичен състав (в зависимост от температурата), характеризиращи се с различна енергия на свързване, окислителен потенциал и др. Хондрити се прави разлика между силикатни, метални, сулфидни, хромитни, фосфидни, карбидни и други фази, които в някакъв момент от своята история се агломерират в каменист метеорит и вероятно по подобен начин в материята на земните планети.

Освен това в планетите протича процесът на диференциация на твърдото охлаждащо вещество в обвивки - метално ядро, силикатни фази (мантия и кора) и атмосфера - вече в резултат на вторичното нагряване на веществото на планетите. от топлината от радиогенен произход, отделена по време на разпадането на радиоактивни изотопи на калий, уран и торий и, вероятно, други елементи. Такъв процес на топене и обезгазяване на материята по време на вулканизъм е характерен за Луната, Земята, Марс и Венера. Той се основава на универсалния принцип на зоново топене, който разделя нискотопимата материя (например кори и атмосфери) от огнеупорната материя на планетарните мантии. Например първичната слънчева материя има съотношение Si/Mg≈1, субстанцията на планетарната кора, разтопена от мантията на планетите, е Si/Mg≈6,5. Безопасността и естеството на външните обвивки на планетите зависят преди всичко от масата на планетите и разстоянието им от Слънцето (например тънката атмосфера на Марс и мощната атмосфера на Венера). Поради близостта на Венера до Слънцето възниква „парников“ ефект от CO 2 в нейната атмосфера: при температури над 300 ° C в атмосферата на Венера процесът CaCO 3 + SiO 2 → CaSiO 3 + CO 2 достига равновесно състояние, при което съдържа 97% CO 2 при 90 налягане банкоматПримерът с Луната предполага, че вторичните (вулканични) газове не се задържат от небесно тяло, ако масата му е малка.

Сблъсъци в космоса (или между частици от метеоритна материя, или по време на удара на метеорити и други частици върху повърхността на планетите), поради огромните космически скорости на движение, могат да причинят топлинна експлозия, която оставя следи в структурата на твърдото вещество. космически тела и образуването метеоритни кратери. Между космическите тела има обмен на материя. Например, според минималната оценка, най-малко 1․10 4 Tкосмически прах, чийто състав е известен. Сред каменните метеорити, падащи на Земята, има т.нар. базалтови ахондрити , близки по състав до повърхностните скали на Луната и земните базалти (Si/Mg ≈ 6,5). В тази връзка се появи хипотеза, че техен източник е Луната (повърхностните скали на нейната кора).

Тези и други процеси в космоса са придружени от облъчване на материята (високоенергийна галактична и слънчева радиация) на много етапи от нейната трансформация, което води по-специално до превръщането на едни изотопи в други и в общия случай, до промяна в изотопа или атомен съставвещества. Колкото по-дълги и по-разнообразни са процесите, в които е участвала материята, толкова по-далеч е тя по химичен състав от първичния звезден (слънчев) състав. В същото време изотопният състав на космическата материя (например метеорити) позволява да се определи съставът, интензивността и модулацията на галактическото лъчение в миналото.

Резултатите от изследванията в областта на K. са публикувани в списанията Geochimica et Cosmochimica Acta (N. Y., от 1950 г.) и Geochemistry (от 1956 г.).

Лит.:Виноградов A.P., Високотемпературни протопланетни процеси, "Геохимия", 1971, c. единадесет; Aller L. Kh., Разпространението на химичните елементи, прев. от англ., М., 1963; Seaborg G.T., Valens E.G., Elements of the Universe, trans. от английски, 2-ро изд., М., 1966; Merrill P. W., Космическа химия, Ann Arbor, 1963; Spitzer L., Дифузна материя в космоса, N. Y., 1968 г.; Снайдер Л. Е., Бул Д., Молекули в междузвездната среда, Небе и телескоп, 1970 г., v. 40, стр. 267, 345.

А. П. Виноградов.

Велика съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .

Вижте какво е "космохимия" в други речници:

Космохимия… Правописен речник

Той изучава химичния състав на космическите тела, законите на изобилието и разпределението на елементите във Вселената, еволюцията на изотопния състав на елементите, комбинацията и миграцията на атомите при образуването на космическата материя. Проучването на химичните ... ... Голям енциклопедичен речник

Съществува., Брой синоними: 1 Химия (43) ASIS Synonym Dictionary. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите

Науката, която изучава разпространението и разпределението на хим. елементи в космоса: космическото пространство, метеорити, звезди, планети като цяло и техните отделни части. Геологически речник: в 2 тома. М.: Недра. Под редакцията на K. N. Paffengolts и ... Геологическа енциклопедия

Тази статия трябва да бъде уикифицирана. Моля, форматирайте го според правилата за форматиране на статии ... Wikipedia

Науката за химията. композиция на пространството тела, законите за преобладаване и разпределение на елементите във Вселената, процесите на комбиниране и миграция на атомите при формирането на космоса. във ва. Формирането и развитието на К. се свързва предимно с произведенията на В. М. Голдшмид, Г ... Химическа енциклопедия

Той изучава химичния състав на космическите тела, законите на изобилието и разпределението на елементите във Вселената, еволюцията на изотопния състав на елементите, комбинацията и миграцията на атомите при образуването на космическата материя. Проучването на химичните ... ... енциклопедичен речник

космохимия- kosmoso chemija statusas T sritis chemija apibrėžtis Mokslas, tiriantis cheminę kosmoso objektų sudėtį. атитикменис: англ. космическа химия. космохимия... Chemijes terminų aiskinamasis žodynas

- (от космос и химия) науката за химията. композиция на пространството тела, законите за разпространение и разпространение на хим. елементи във Вселената, върху синтеза на ядра хим. елементи и промени в изотопния състав на елементите, за процесите на миграция и взаимодействие на атомите по време на ... Голям енциклопедичен политехнически речник