Знание-сила, 2006 № 09 (951)

Из всех молекул, которые не наблюдаемы или поддаются наблюдениям с большим трудом, наибольшую досаду вызывает, конечно, молекулярный водород. Природа в очередной раз проявила своеобразное остроумие, практически лишив возможности излучать самую распространенную молекулу в космосе. Нет, конечно, молекулярный водород — не совершеннейший невидимка. Проявив изрядное терпение, его признаки все- таки можно разглядеть в УФ-диапазоне. Правда, для этого опять же нужно выйти за пределы земной атмосферы, поэтому наблюдения Н₂ пока еще можно пересчитать по пальцам.

К тому же, чтобы молекулярный водород начал как следует светиться, его нужно сильно уплотнить или нагреть до нескольких сот градусов. В молекулярных облаках нет ни достаточной плотности, ни достаточной температуры. Вот и складывается такая замысловатая ситуация: масса молекулярных облаков — это масса молекулярного водорода, их температура — это температура молекулярного водорода, движения газа в них — это движения молекулярного водорода. Наконец, именно из молекулярного водорода образуются звезды! Но ничего этого мы не видим. Все, что нам остается, это судить о состоянии молекулярных облаков по другим молекулам (их иногда называют примесными), которые обладают существенно лучшими излучательными свойствами.

Есть, конечно, еще тепловое излучение пыли, которой гораздо больше, чем примесных молекул, — ее массовая доля в межзвездной среде составляет примерно 1%. Но оно не особенно информативно, так как по наблюдениям теплового излучения в ограниченном диапазоне частот можно определить только плотность вещества, сделав к тому же какое-то предположение о его температуре. Исследование же спектральных линий примесных молекул позволяет определить не только плотность и температуру, но и скорость движения газа (правда, только по лучу зрения).

Но вот беда — молекул этих очень мало! Самая обильная после водорода молекула — оксид углерода СО: одна штука на 10000 молекул Н₂. Других молекул и того меньше. Говоря образно, вместо самих облаков молекулярного водорода мы видим их призраки, туманные очертания, нарисованные излучением молекул, которые в большинстве своем слишком малочисленны, чтобы играть в жизни облака сколько-нибудь существенную роль.

К тому же низкое содержание примесных молекул — не единственная проблема. Та же молекула СО, например, несмотря на малое присутствие, видна очень хорошо, и нет ни одного молекулярного облака, в котором она не была бы обнаружена. Вопрос в том, насколько хорошо эти молекулы перемешаны с молекулярным водородом. Допустим, мы построили карту молекулярного облака в излучении аммиака и увидели на этой карте особенно яркое пятно. Что это означает? Что мы наткнулись на невидимое телескопу плотное облако или там просто по каким-то причинам повышено содержание молекул аммиака?

Ответить на этот вопрос должны астрохимические модели, разработка которых ведется в нескольких астрономических институтах мира, в том числе в Московском институте астрономии РАН. Конечно, в идеале такие модели должны описывать, как меняется молекулярный состав межзвездной среды на всем протяжении ее эволюции — от разреженного межзвездного газа до протопланетного диска. Иными словами, заложив в модель известный из наблюдений исходный атомарный состав, мы в итоге должны получить содержание различных молекул в кометных ядрах, которое также известно из наблюдений. Но пока до создания такой всеобъемлющей модели очень далеко, так что поле для работы еще остается!

Утверждение о том, что молекулы не играют существенной роли в жизни плотных облаков, нуждается в двух уточнениях. Во-первых, наблюдаемое нами спектральное излучение — это не просто поток информации об условиях в облаке. Это еще и уносимая из облака энергия. Когда в одной молекуле сочетаются эффективность излучения и относительно высокое содержание, она вносит большой вклад в энергетический баланс облака.

Во-вторых, с точки зрения движения межзвездного вещества, важны молекулярные ионы, которые определяют, насколько сильно это вещество взаимодействует с галактическим магнитным полем. Когда мы говорим об ионизованном газе, в голову приходят такие слова, как "плазма", "ионизующие излучения" и прочая терминология атомного взрыва. Но в темных облаках нет ни ионизующих излучений, ни высоких температур, поэтому степень ионизации в них зависит от содержания ионизованных молекул, а это содержание в свою очередь определяется химическими реакциями.

Пыль как катализатор