Цивилизация
Следы пероксида водорода, впервые наблюдаемого в межзвездной среде, обнаружила шведско-немецкая команда астрономов, руководимая Пером Бергманом, сотрудником космической радиообсерватории в Онсале (Швеция). Их коллективная статья с анализом и оценкой данных, полученных за прошлый год на одном из телескопов Европейской южной обсерватории (членом которой, возможно, в ближайшее время станет и Россия), опубликована в июльском номере журнала Astronomy & Astrophysics.
Направив 12-метровую антенну радиотелескопа APEX (Atacama Pathfinder EXperiment telescope — телескоп Атакамского исследовательского эксперимента), работающего в субмиллиметровом диапазоне (0,2–1,5 мм) и смонтированного на высоте 5100 м над уровнем моря на плато Чахнантор (Чилийские Анды), на газопылевое облако, расположенное на один градус к югу от ρ Змееносца,
астрономы детектировали четыре спектральные линии, совпадающие с лабораторной спектроскопией пероксида водорода.
Притом две из них были локализованы в центральной части облака.
В газопылевых облаках, где миллиарды лет складируются и вновь пускаются в расход продукты жизнедеятельности звезд, из которых образованы мы с вами, а также пятна, застилающие прекрасный вид на Млечный Путь, регулярно обнаруживают какую-нибудь экзотическую химию, вплоть до аминокислот. В этом смысле у незатейливого пероксида водорода, которым блондируют брюнеток и прижигают прыщи, было бы мало шансов украсить собой химическую номенклатуру далеких космических туманностей, если бы не та роль, которую это вещество может играть в процессе генерации воды в условиях межзвездных сред.
Космическое происхождение земной воды, как и большинства других химических соединений, из которых состоит наша планета, вопросов ни у кого не вызывает — запасами монооксида дигидрогена, как ее за глаза величают химики, во всех его агрегатных состояниях наша Вселенная не обделена точно. В Солнечной системе вода входит в состав планет, их спутников и астероидов (притом оценки ее запасов все время увеличиваются), из водяного льда состоят кометы и, по всей видимости, мириады астероидов в поясе Койпера, сформированных из вещества протосолнечного газопылевого диска и захваченных из межзвездного пространства. Наконец, скопления молекул воды и гидроксидных радикалов обнаружены в облаках газа и пыли, дрейфующих в далеком космосе.
Но вот происхождение самих вселенских вод объяснить, как оказалось, совсем не просто.
Водород и кислород входят в первую шестерку самых распространенных химических элементов во Вселенной. Из простого школьного эксперимента все прекрасно помнят, при каких условиях из соединения двух молекул водорода и молекулы кислорода получается вода (и большое количество энергии, так вдохновляющее апологетов водородной энергетики). Простым смешением молекул этих газов, даже при высокой концентрации водорода, желаемого окисления мы не добьемся, если не подстегнуть реакцию с помощью зажженной спички или проволоки, разогретой до 600 градусов.
В межзвездной среде водород, как и более редкий кислород, сконцентрирован в виде облаков разреженного, часто ионизованного и очень охлажденного газа, и, как бы ни был прост наш эксперимент, понятно, что гигантские количества воды продуцируются в космосе совсем не по школьному сценарию.
Ключевым маркером такого сценария и стало обнаружение одного из прекурсоров воды — пероксида водорода — в межзвездной среде.
Если отсечь промышленное производство, перекись водорода присутствует в очень незначительных количествах в земной атмосфере, где Н2О2 формируется посредством реакции между молекулами водорода и гидропироксида (НО2), либо посредством реакции с участием двух гидроксильных радикалов ОН. Такие реакции, идущие по газофазной модели, протекают очень медленно, сильно зависят от дополнительных факторов (ионизующего излучения, высокой температуры, присутствия других агентов) и дают очень маленький выход Н2О2, так что для разреженных и холодных облаков газа и пыли они не подходят точно.
Понять происхождение воды помогла космическая пыль — рассеянные в межзвездном пространстве частицы графита и кремния, рожденные в атмосферах звезд-гигантов. Диэлектрически заряженные частицы пыли конденсируют на своей поверхности молекулы межзвездных газов, играя роль микроскопических и все более усложняющихся, по мере химической эволюции галактик, химических реакторов. Мантии таких гранул могут содержать целые «букеты» химических соединений, и еще на рубеже 80-х годов прошлого века была сделано предположение, что молекулы воды могут формироваться в открытом космосе посредством поверхностной диффузии водородных атомов микрокристалликами кислорода, аггрегированными на частицах космической пыли, по следующей схеме:
O2 +H+H → HOOH
HOOH + H → H2O +OH
Совсем недавно такой сценарий был подтвержден экспериментально в лабораториях хоккайдского Института низких температур.
Японцы, обдувая водородом микрокристаллики кислорода, получили на выходе пять частей водяного льда и одну часть перекиси водорода в температурном диапазоне 10–40 К, то есть при обычных для газопылевых облаков температурах.
В свою очередь, модель космического газопылевого облака типичной плотности, рассчитанная по следам успешных лабораторных опытов (где она, естественно, отличалась от космической), предсказала, что концентрация перекиси водорода по отношению к атомарному водороду в таком облаке должна составлять 1•10-14. Что всего лишь
на три порядка отличается от большего значения, полученного группой Бергмана при наблюдении Облака ρ Змееносца — 1•10-10 (одна молекула перекиси на десять миллиардов атомов водорода).
Разница с теорией хоть и ощутимая, но уже не такая большая по сравнению с предыдущими теоретическими оценками концентрации перекиси, полученными косвенным путем при спектральном анализе областей интенсивного звездообразования в созвездии Ориона (4,5•10-10) и никак не объяснявшими огромные количества водяного льда, накопившиеся в Галактике.
Теперь же, благодаря перекиси водорода, обнаруженной в области ρ Змееносца, гипотеза «водяной пыли» уверенно приобретает звание теории, находящейся в стадии опытной и наблюдательной проверки.
Означает ли это, что с открытием межзвездных облаков, насыщенных пероксидом водорода, мы получили единственно верное объяснение происхождения вселенских вод? Это было бы слишком просто.
Скорее, обнаружение перекиси водорода в Змееносце подтверждает некоторые позитивные ожидания, связанные с гипотезой «водяной пыли», делая ее пока что наиболее вероятной.
Для более уверенного понимания механизма образования H2O в межзвездной среде, резюмируют авторы, сначала необходимо уточнить, сколько воды и молекулярного кислорода сосредоточено в Облаке Змееносца, чтобы проверить на крепость теорию «водяной пыли» не менее важными наблюдательными данными. И лишь потом, глядя в жаркий день на стакан с водой, уже решать, благодарить ли нам Вселенную за то, что она у нас такая «пыльная».