В Самаре запустили космическую фабрику "кирпичиков" жизни

В Самаре введена в эксплуатацию космическая фабрика "кирпичиков" жизни - экспериментальная установка мирового уровня, воспроизводящая условия глубокого космоса и позволяющая экспериментально исследовать эволюцию органических молекул в нашей Галактике. Изучение на практике путей возникновения в космосе "кирпичиков" жизни - биохимически важных молекул - должно помочь в разгадке тайны зарождения жизни на Земле.

Запущенная установка является ключевым элементом Центра лабораторной астрофизики Самарского филиала Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (СФ ФИАН). Центр астрофизики был создан в рамках мегагранта правительства РФ "Происхождение и эволюция органических молекул в нашей Галактике". Созданием и запуском установки занималась совместная команда ученых СФ ФИАН и Самарского университета им. Королёва. Смонтированное оборудование обладает уникальными характеристиками, с его помощью можно моделировать воздействие космического ионизирующего излучения на аналоги внеземных, межзвездных льдов в широком диапазоне химических и физических параметров. В ходе первых экспериментов ученые получили в космических условиях из метанового льда высокомолекулярные компоненты природного газа - пропан и бутан.

"Работы по сборке установки завершены, мы ее запустили. Проведены первые эксперименты и получены интересные результаты. Основной задачей этих первых экспериментов, было, во-первых, проверить, что установка работает так, как было задумано, а во-вторых, посмотреть под новым углом на химические процессы в метановом межзвездном льду", - рассказал доцент кафедры физики Самарского университета им. Королёва Иван Антонов.

Как отметил ученый, метановый лед является достаточно хорошо изученной системой, ученые в разных странах уже облучали такие аналоги внеземного льда ультрафиолетовыми лучами, электронами, протонами, альфа-частицами и ядрами более тяжелых элементов.

"Известно, что при облучении образуются более высокомолекулярные углеводороды, но при этом механизмы реакций различаются в зависимости от того, чем лед облучают. Мы использовали УФ-фотоны с энергией 10.5 эВ, это близко к линии атомарного водорода Лайман-альфа - таких фотонов в космосе особенно много в свете молодых звезд. Метановый лед удалось наморозить в установке в виде очень тонкой пленки, менее одного микрометра толщиной, при температуре менее 5 Кельвинов (минус 268 градусов Цельсия). После облучения мы кроме метана увидели во льду еще молекулярный водород, воду, которая образовалась в реакциях метана с примесью кислорода, а также более высокомолекулярные углеводороды - пропан и бутан. Эксперименты показали, что установка работает как задумано. Полученные данные по механизмам образования пропана и бутана мы опубликуем и представим на научных конференциях", - сообщил Иван Антонов.

Об установке

Исследования в сфере взаимодействия ионизирующего излучения с аналогами межзвездных льдов проводятся в мире в течение уже почти полувека, однако 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.

Внутри созданной в Самаре установки можно воспроизводить условия различных уголков межзвездной среды - от холодных молекулярных облаков до областей звездообразования. Температуру экспериментов можно менять в широком диапазоне от четырех до 350 градусов Кельвина (от -269 до +76 градусов Цельсия). Специальные насосы создают внутри основной камеры установки сверхвысокий вакуум, благодаря чему исключено появление в рабочем пространстве каких-либо загрязнений или примесей.

В центре основной камеры установлено крохотное серебряное зеркальце площадью всего 1 кв. см. Во время экспериментов с помощью газовых конденсационных узлов на зеркальце образуется тонкая ледяная "мантия" толщиной несколько сотен нанометров - по данным ученых, слой льда именно такой толщины покрывает частицы звездной пыли в космосе. Состав льда особенный - кроме привычной воды в качестве ингредиентов такого внеземного льда выступают различные ароматические молекулы в разных процентных соотношениях.

Покрытое льдом серебряное зеркальце является мишенью, которую во время экспериментов "обстреливают" пучками частиц - фотонов, электронов и других, совсем как в реальном космосе. Научные приборы фиксируют и анализируют образующиеся при этом продукты реакций. Согласно расчетам, установка "ускоряет" время протекания реакций - например, десять часов облучения фотонами ледяной мишени на установке 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: установку планируется оснастить несколькими источниками энергетических частиц, чтобы можно было наглядно показать, что произойдет с тем или иным веществом в условиях космоса в течение определенного времени. Оборудование легко адаптируется для определения радиационной стабильности материалов и покрытий космических зондов и лунных станций.

По мнению экспертов, после запуска данной установки Самару можно 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.

Самарский университет им. Королёва является участником национального проекта "Наука и университеты".