Ученые Самарского университета рассчитали характеристики излучения, которые помогут в поиске планет, пригодных для жизни

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева рассчитали константы, характеризующие излучение, идущее, в том числе, от экзопланет, потенциально пригодных для жизни. Эти выводы представлены в статье "Rate constants for collision-induced emission of O₂(a₁Δg) with He, Ne, Ar, Kr, N₂, CO₂ and SF₆ as collisional partners", опубликованной в журнале "Physical Chemistry Chemical Physics". Данная работа вызвала широкий интерес научного сообщества. Редакционная коллегия "Physical Chemistry Chemical Physics" включила ее в число наиболее ярких публикаций 2018 года. 

Внимание к результатам эксперимента коллектива ученых Самарского университета, Самарского филиала ФИАН и международного университета Флориды обусловлено тем, что они позволяют проводить мониторинг электронно-возбужденного кислорода в синглетном состоянии.

"Синглетный кислород — уникальная молекула, — говорит один из авторов исследования, профессор кафедры физики Самарского университета Валерий Азязов. — Она обладает громадным временем жизни — 74 минуты — в то время как большинство возбужденных молекул и атомов существуют мили и микро секунды. По этой причине количество фотонов, исходящих от синглетного кислорода, чрезвычайно мало, соответственно, молекула слабо светится. Из-за этого она плохо поддается исследованию даже высокочувствительными приемниками. Вдобавок столкновения с окружающими молекулами индуцирует радиационный переход в синглетном кислороде, что также усложняет его мониторинг в различных средах".

Повышенное внимание к исследуемой молекуле объясняется тем, что она играет важную роль в химических и энергообменных процессах протекающих не только в атмосферах планет, но и в электроразрядных системах, в активных средах кислородно-йодных лазеров, в зонах горения, в биологических субстанциях. Эта молекула как индикатор показывает есть ли кислород, а значит, и жизнь на той или иной экзопланете. Однако для этого необходимо знать константы ее излучения. Именно их и определили ученые в ходе экспериментальных работ в лабораториях Самарского университета. 

"Мы использовали фотоэлектронный умножитель для ИК-диапазона, лазерные системы и, конечно, свою методику для измерения констант скорости столкновительно-индуцированного излучения кислорода для значимых партнеров по столкновению — гелия, неона, аргона, криптона, азота, углекислого газа и элегаза, — рассказал Валерий Азязов. — Это позволило нам определить искомые константы с высокой точностью. Полученные данные необходимы не только для выявления роли синглетного кислорода в работе клеток живых организмов, но и для определения процентного соотношения содержания кислорода в атмосферах экзопланет". 

Сегодня ученые во всем мире только приступают к исследованию атмосфер и других характеристик обнаруженных экзопланет. Согласно открытым данным, на начало 2019 года выявлено 3976 экзопланет в 2971 планетной системе. Найденные константы позволят астрономам со всего мира зафиксировать излучение синглетного кислорода в атмосферах экзопланет и обнаружить, схожи ли их условия с жизнью на Земле.

"Приведенные нами в публикации константы скоростей излучения кислорода существенно облегчают задачу поиска и определения насыщенности синглетным кислородом той или иной живой клетки или атмосферы планеты, — заключил профессор. — Поэтому данная публикация и вызвала большой интерес научного сообщества".

Для справки

Синглетный кислород — это метастабильное состояние молекулярного кислорода O2 с энергией возбуждения около 1 эВ. 

Авторы исследования:

Коллектив ученых Самарского университета (Валерий Азязов, Андрей Першин, Алексей Торбин), Самарского филиала ФИАН (Марсель Загидуллин, Павел Михеев), Международного университета Флориды (Александр Мебель).

Работа выполнена при поддержке Мегагранта Правительства Российской Федерации (грант № 14.Y26.31.0020).

Physical Chemistry Chemical Physics — научный журнал, публикующий исследовательские и обзорные статьи по аспектам физической химии, химической физики и биофизической химии. В базе Scopus журнал индексируется с 1999 года. По данным Scimago Journal Rank, журнал имеет самый высокий квартиль Q1 по всем научным областям, определяемым в базе: Physical and Theoretical Chemistry, Physics and Astronomy. По данным Journal Citation Reports, в 2017 году импакт-фактор (IF) журнала составил 3.906. По уровням цитируемости в базе журнал имеет квартиль Q1 по областям Physics, Atomic, Molecular & Chemical.