У вас отключен JavaScript.

В честь дня рождения Дмитрия Ивановича Менделеева читайте лонгрид на химическо-космическую тему!

Звёздная эволюция на Земле

Известно, что большинство клеток человеческого организма обновляется каждые семь лет. Менее известный факт: многим частицам, из которых состоят атомы нашего тела, – миллионы тысячелетий!

По словам Алексея Расторгуева, профессора кафедры экспериментальной астрономии физического факультета МГУ, человек частично состоит из вещества, которое родилось 13 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва, а всё остальное было наработано звёздами за последующие миллиарды лет эволюции нашей Вселенной.

Шесть самых распространенных элементов во Вселенной – водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера – в различных комбинациях составляют большую часть и всех биологических молекул на Земле. Звёздной эволюции обязана рождением вообще вся материя во Вселенной. Всё, от кальция яичной скорлупы до кремниевых процессоров вычислительных машин и драгоценных металлов наших украшений, родилось в гигантских «плавильных печах» космических взрывов.

Анатолий Засов, профессор кафедры астрофизики и звездной астрономии физического факультета МГУ, объясняет: «Все те элементы, которые есть в теле человека, можно найти в звёздах, просто в других комбинациях и других соединениях. Лишь три элемента существовали бы безо всяких звёзд – водород, гелий и литий, всё остальное требует условий, которые реализуются в недрах звёзд».

Используя современные данные, учёные установили шесть основных процессов, ответственных за появление во Вселенной тех или иных элементов Периодической системы Менделеева. Так, водород и гелий – результат нуклеосинтеза при Большом взрыве. Взрывы массивных звезд «подарили» нам фтор, магний и алюминий. Золото и платина, а также большинство радиоактивных элементов появились в результате слияния нейтронных звезд. Литий, углерод и азот возникли после смерти маломассивных звезд. Бериллий и бром существуют благодаря ядерным реакциям под действием космических лучей. Наконец, взрывам белых карликов мы обязаны появлению железа и серебра. Но, конечно, в большинстве случаев появление химических элементов – синтез нескольких процессов.

Шесть самых распространенных элементов во Вселенной – водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера – в различных комбинациях составляют большую часть и всех биологических молекул на Земле. Звёздной эволюции обязана рождением вообще вся материя во Вселенной. Всё, от кальция яичной скорлупы до кремниевых процессоров вычислительных машин и драгоценных металлов наших украшений, родилось в гигантских «плавильных печах» космических взрывов.

Дары сверхновых

Самые же тяжёлые элементы в космосе образовались во время вспышек сверхновых относительно недавно – по меркам жизни Вселенной, конечно.

При этом сверхновые звёзды не только рождают тяжёлые элементы (так учёные называют все элементы периодической системы тяжелее железа), но и выбрасывают их в межзвёздное пространство, включая и гелий, и углерод, и кислород. Этот процесс называется «вспышками сверхновых».

Более массивные сверхновые выбрасывают кислород и магний. Менее массивные ответственны за появление, например, железа. Относительное содержание этих элементов позволяет астрономам говорить о том, как шло образование этих звёзд и как рождались сверхновые – конечная стадия эволюции массивных звёзд.

В результате взрывов сверхновых часть элементов пополняет круговорот звёздного вещества во Вселенной. Переработанные и обогащенные разными химическими элементами продукты распада звёзд входят в состав межзвёздной пыли и межзвёздного газа, из которых, в свою очередь, рождаются новые поколения звёзд, планет, комет и метеоритов.

Алексей Расторгуев рассказывает: «Астрономы уже давно ведут наблюдения за метеоритами, и в первую очередь их интересует, насколько метеоритный химический состав похож на состав звёздных атмосфер. Ближайшая к нам звезда – Солнце, я видел множество работ, где составлен длинный список химических элементов, которые наблюдаются в Солнце, и тех, что получены при анализе метеоритного вещества. Надо сказать, что содержание всех этих элементов очень похоже».

Лишь три элемента существовали бы безо всяких звёзд – водород, гелий и литий, все остальное требует условий, которые реализуются в недрах звёзд.

В космической обсерватории

Недавно астрономам впервые удалось измерить концентрацию элементов в 150 тысячах звёзд нашей галактики Млечный Путь.

На основе данных, которые были получены в результате работы 2,5-метрового телескопа в Нью-Мексико, который известен также как Слоановский цифровой обзор неба (по названию фонда, финансировавшего проект), учёные провели анализ спектров звёзд.

Расщепляя свет с помощью спектрографов и изучая линии отдельных элементов в полученном спектре, астрофизики исследуют содержание тех или иных атомов в звездах.

Продолжает Анатолий Засов: «Это колоссальный материал, на котором ещё долго будут работать учёные, проводить статистические анализы, моделирование. Но важно то, что он позволяет узнать химический состав звёзд на разных расстояниях от нас, в разных областях Галактики, и это очень важно, потому что, например, ближе к центру Галактики звёзды содержат больше тяжёлых элементов, на периферии Галактики их очень мало. Это, конечно, не открытие, но это тот материал, на основании которого, я думаю, ещё не одно открытие будет сделано».

Излучение Вселенной на человеческий язык «переводят» и космические телескопы. Уже пять лет на орбите успешно работает международная обсерватория «Спектр-Р»—«Радиоастрон», которому в ближайшем будущем станут помогать другие «Спектры» – «Рентген-гамма» и «Ультрафиолет».

Все они созданы в России, а в их названиях зашифрована главная функция: видеть и принимать излучение космических тел в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Многие из исследуемых звёзд совпадают с теми, которые изучал телескоп Kepler. Эта космическая обсерватория занималась поисками экзопланет, в том числе похожих на Землю. Новая информация позволит астрономам уточнить, где и когда в нашей Галактике появились нужные для возникновения жизни элементы, и, возможно, определить «галактическую зону обитаемости».

«Крупнейшее достижение последних 20 лет состоит в том, что мы научились уже массово открывать планеты вокруг других звёзд. Уже открыто более 1000 таких планет, у некоторых из них удалось померить химический состав атмосфер и понять то, что там есть вода и какие-то другие биомаркеры», – продолжает член-корреспондент РАН, научный руководитель Института астрономии РАН Борис Шустов. Уже ясно, что механизмы зарождения жизни одинаковы во всей Вселенной.

Сергей Блинников, главный научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) говорит: «Железо в изотопном составе нашей крови точно такое же, как и в земной коре, как и то железо, что удаётся наблюдать в лунных породах, метеоритах и даже в космических лучах. Это говорит о едином происхождении всех этих элементов и нашего тела из единого космоса под влиянием одинаковых процессов».

Железо в изотопном составе нашей крови точно такое же, как и в земной коре, как и то железо, что удаётся наблюдать в лунных породах, метеоритах и даже в космических лучах. Это говорит о едином происхождении всех этих элементов и нашего тела из единого космоса под влиянием одинаковых процессов.

Рождение homo sapiens

«Азот наших ДНК и углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звёзд. Мы сотворены из звёздного вещества» – эти слова известного американского астрофизика и популяризатора науки Карла Сагана подтверждают: вполне вероятно, что если бы не было эволюции звёзд, не было бы и самого человека.

Так, согласно одной из гипотез, причиной появления человека как биологического вида могли быть мутации, вызванные изменениями в окружающей среде. Например, вспышкой сверхновой в окрестностях Солнца. Потоки электромагнитного излучения могли привести к изменениям мозга доисторических предков человека, в результате чего и появился наш вид homo sapiens.

_{По материалам журнала «Воздушно-космическая сфера»}