Проклятые вопросы

Существование атомов и молекул в мировом пространстве казалось само собой разумеющимся после того, как Галлей в 1682 году доказал, что открытая им комета, а значит, и другие кометы — это материальные тела, появляющиеся из областей пространства, лежащих далеко за пределами Солнечной системы, если считать её границей орбиту наиболее удалённой планеты.

С тех пор известно, что многие из комет движутся по вытянутым орбитам, периодически приближаясь к Солнцу и вновь удаляясь от него, чтобы через определённое время возвратиться вновь. Галлей вычислил, что комета, носящая теперь его имя, проходит свою орбиту за 76 лет. Её появление в 1986 году было «запланировано». Учёные загодя готовились к её появлению во всеоружии не только традиционных телескопов. В наши дни на помощь астрономам пришла мощная космическая техника. Советские учёные вместе с учёными других стран направили навстречу гостье две космические лаборатории по проекту «Вега.» Название проекта указывает, что приборы космических лабораторий должны исследовать не только комету Галлея, но и планету Венера.

Но возвратимся к самому Галлею. Он объяснил, что кометы представляют собой сравнительно малые небесные тела, невидимые, пока они находятся вдали от Солнца, но становящиеся зримыми по мере приближения к Солнцу. При этом из ядра кометы выделяются пылевидные частицы и отдельные молекулы, образующие хвост кометы, они ярко светятся в лучах Солнца.

Астрономы изучали состав кометных хвостов, рассматривая спектры излучаемого ими света при помощи специальных приборов — спектроскопов, присоединяемых к обычным телескопам.

В 1937 году удалось выяснить, что в космосе имеются многие двухатомные молекулы. Первыми были обнаружены молекулы, состоящие из атомов углерода и водорода и из атомов углерода и азота. Одновременно были обнаружены и молекулы, состоящие из углерода и водорода, потерявшие по одному электрону. Их называют радикалами: обладая положительным электрическим зарядом (в результате потери электрона), они способны весьма активно участвовать в различных химических реакциях. Это вызвало большой интерес: какие ещё молекулы можно встретить в космосе? Но в течение последующих двадцати пяти лет там не удалось обнаружить других молекул. Это представлялось весьма удивительным. И. С. Шкловский в 1957 году подсказал учёным, участвующим в развитии радиоастрономии и в строительстве радиотелескопов, поискать в сантиметровом диапазоне радиоволн спектральные линии радикала, состоящего из атома кислорода и атома водорода (этот радикал, играющий большую роль в химии, называют гидроксилом). Шкловский и другие астрофизики называли ещё ряд нейтральных молекул и радикалов, спектры которых можно наблюдать при помощи радиотелескопов.

Прошло около одиннадцати лет до того, как радиоастрономы зафиксировали спектральную линию гидроксила. В семидесятых годах удалось обнаружить различные молекулы и в других галактиках. Пожалуй, наибольшим сюрпризом в начальный период было обнаружение в космосе сложных многоатомных молекул, среди которых первыми были молекулы воды и аммиака, а за ними молекулы окиси углерода и формальдегида, органического соединения, состоящего из четырёх атомов: по одному атому углерода и кислорода и по два атома водорода.

Теперь доказано, что в межзвёздном пространстве существуют более сотни различных типов молекул, среди которых многие десятки принадлежат к классу органических молекул, таких, как этиловый спирт, диметиловый эфир и многие аминокислоты, входящие в состав живых организмов. Обнаружено ещё много различных радикалов, в том числе и таких, которые не удавалось получить в газообразной форме в земных лабораториях.

КОСМИЧЕСКИЕ МАЗЕРЫ

Естественно, возник вопрос и о том, как образуются молекулы, существующие в космическом пространстве. В отличие от атомов они не могут быть образованы в недрах звёзд или при взрывах сверхновых. Это было ясно. Ведь молекулы неизбежно распадутся на атомы при температурах, намного более низких, чем существующие на поверхности звёзд, а тем более в их недрах или при катастрофических процессах рождения сверхновых.

Оставалось предположить, что молекулы образуются в результате соединения атомов, сталкивающихся в межзвёздном пространстве. Простейшие двухатомные молекулы могут возникать в результате случайных парных столкновений в окрестностях звёзд, где плотность межзвёздного газа сравнительно велика. Однако возникновение таким путём более сложных молекул мало вероятно. Более вероятно, что сложные молекулы возникают на поверхности частиц космической пыли. Здесь вероятность распада молекул меньше, чем в свободном пространстве, где молекула может быть разрушена ударом космической частицы или фотона, обладающего подходящей для этого энергией.

Точность спектральных измерений, обеспечиваемая радиотелескопами, столь велика, что удалось зафиксировать молекулы, отличающиеся между собой тем, что в их составе присутствуют различные изотопы одних и тех же элементов.