Знание-сила, 2006 № 09 (951)

При всем разнообразии происходящих в космосе событий сюжеты этой рубрики так или иначе вращаются вокруг поисков за пределами Земли хоть каких-нибудь доказательств существования жизни. Из невообразимых далей, где открыты внесолнечные миры, перенесемся поближе к родной планете и присмотримся к ее теперь — по меркам нынешних технических достижений — почти рядом расположенным соседям, в том числе спутникам планет. Не обнаружится ли там под пристальным взором сегодняшней оптики да еще всяких хитрых устройств присутствия неких следов, намеков на былое буйство жизненных форм или, на худой конец, того, что называют "запчастями для будущей эволюции"?

Ну, и раз уж зашел разговор о строительном материале, из которого в конечном итоге формируется все, что нам дано наблюдать, то стоит обратить внимание и на, казалось бы, безжизненные просторы Вселенной — они пустынны лишь на первый взгляд. Успехи современной астрохимии позволяют нам уточнить, если не переписать картину прежних представлений, а помочь в ее интерпретации взялся наш новый автор, — знаток космической химии, старший научный сотрудник Института астрономии РАН Дмитрий Вибе.

Александр Грудиниин

Живи, Энцелад, живи!

Один из весенних номеров журнала Science в этом году был посвящен спутнику Сатурна — Энцеладу. Номер содержал одиннадцать статей, рассказывающих о неприметной прежде Луне, ставшей "новым светилом" астрономии.

До ближней живой звезды

Тысячи лет езды.

Юрий Кублановский

Главный адмирал всех островов и материков, которые повезет найти, двинулся в неведомую даль, как говорил он сам, на "плохом судне, непригодном для открытий". За каравеллой Колумба шли кораблики мал мала меньше. Они плыли на поиски сказочно богатых земель. Их, плутавших в бескрайнем космосе Океана, манили золото и серебро и обманывали стрелки компаса, не желавшие верно показывать, где север.

Можно пофантазировать, и тогда каравеллы вместо оживленного Нового Света попадут в Антарктиду или, если хотите, в Арктику И маршрутом неудачливого Колумба проследуют новые экспедиции, убедительно доказывая, что, кроме родной ойкумены, нигде больше на Земле жизни нет и не может быть. Поиски неизвестных стран напрасны. Западное море, как и твердили прежде, ведет лишь в край мертвых, в тот край, где всюду мрак и холод.

...В такой же край мертвых уже не раз прибывали наши космические аппараты. В каменистую пустыню Марса, в пекло Венеры, в вечное царство праха — на пыльную пустошь Луны. "В Солнечной системе жизнь представляет собой уникальное явление", — подводили итог заблуждениям скептики.

А кораблики мал мала меньше годами плутали вдали от Земли, иногда приближаясь к каменным или ледяным громадам, летевшим навстречу. Казалось, рандеву с ними не обещало ничего нового. Пыль, сушь, камень, холод. "Вода!" — вдруг раздались голоса. И вдогонку: "Может быть, в воде есть какая-то примитивная жизнь?" И планировали: океан жидкой воды, раскинувшийся на спутнике Юпитера Европе, надо непременно исследовать. В будущем.

И на Марсе, похоже, тоже есть вода. Под поверхностью. В будущем.

А на карте больших космических путешествий светлеет, расплывается водой новая клякса — галочка для исследователей. После восьми лет блужданий по космосу американско-европейский зонд "Кассини" приблизился к невзрачной планетке невдалеке от Сатурна — к Энцеладу. Если чем та и запомнилась астрономам прежде — своей слепящей белизной. Ведь ее отражательная способность — альбедо — приближалась к 100 %.

У Энцелада самый высокий показатель альбедо среди планет Солнечной системы.

Крохотный ледяной ком, достигающий в поперечнике лишь 500 километров, — таков Эниелад, еще одна мертвая глыба, витающая в космосе. На поверку глыба оказалась "громокипящей". Это одно из самых геологически активных тел Солнечной системы.

До сих пор ученые располагали лишь фотографиями Энцелада, сделанными в августе 1981 года, когда мимо него пролетел зонд "Вояджер-2".

Ослепительно белый Эниелад залит льдом, как бескрайний каток. В Северном полушарии равнину еще прорезают частые рытвины кратеров, но чем ближе к южному полюсу, тем тщательнее отполирован лед. Ямки затянуло им, будто, шутили ученые, из шланга, замаскированного на полюсе, миллионы лет хлещет вода, мигом выстуживаясь и стирая неровности ландшафта.

Но вот уже не до шуток. На фотографиях, присланных "Кассини", — а он приблизился к Энцеладу на расстояние 175 километров, — отчетливо видны гейзеры близ его южного полюса. Они выбрасывают фонтаны водяного пара и замерзающих тут же капель воды на высоту до 490 километров. Кристаллики льда просыпаются инеем на поверхность сатурнианской луны, стирая щербины древних кратеров, или, отдалившись от нее, притягиваются могучим Сатурном и, долетев до ближайшего кольца, опоясавшего планету — кольца , — ввиваются в густую череду катышков льда.

С поверхности спутника взметывается столько вещества, что меняется даже магнитное поле Сатурна. Оно заметно деформировано близ южного полюса Энцелада. Магнитометр на борту "Кассини" зафиксировал этот феномен.

Магнитное поле искажается из-за того, что Энцелад окутан облаком ионизованных водяных паров — у него есть своя атмосфера. Это удивительно для такого крохотного тела, ведь его массы недостаточно, чтобы удерживать атмосферу, пусть и очень разреженную. Очевидно, воздушная оболочка постоянно пополняется газообразными веществами. Гейзеры, словно сердце человека, пульсируют, продлевают ей жизнь.

"Гейзеры на крохотном Энцеладе — для нас полная неожиданность. Мы не можем пока в деталях понять механизм происходящего", — отмечает сотрудник НАСА Торренс Джонсон. До сих пор считалось, что действующие вулканы (или гейзеры) имеются лишь на трех телах Солнечной системы — Земле, Ио (спутник Юпитера) и, вероятно, Тритоне, спутнике Нептуна. Что же до Энцелада, то ледяная пыль, как полагали, взлетает над ним после падений микрометеоритов.

Но раз есть гейзеры, есть и скопления воды, питающие их. Подо льдом, покрывшим Энцелад, — похоже, лишь в несколько метрах от поверхности спутника, — простирается море, незамерзающее море воды. На других спутниках Солнечной системы вода, если и есть, покрыта километровой толщей льда.

На фотографиях, сделанных в окрестности Южного полюса, хорошо видны "тифиные полосы" — протянувшиеся параллельно разломы в толще льда. Их длина достигает 130 километров. Предположительно, из них под большим давлением и вырываются струи воды.

В само существование моря здесь не верилось, ведь спутник находится в полутора миллиардах километров от Солнца и получает так мало тепла, что вся жидкая вода давно должна была заледенеть. Очевидно, недра спутника разогреваются под действием мощных приливных сил, буквально сминающих его недра, ведь с одной стороны его притягивает к себе Сатурн, а с другой — соседние спутники — Мимас, Тефия и Диона. Вот только никто пока не может объяснить, почему разогревается лишь одна из областей спутника.

Энцелад: радиус 200 км; плотность 1,29г/см³

2 — криовулканы; 2 — конвекция;

3 — твердый лед; 4 — мягкий лед;

5 — соленая вода; 6 — 100 км

"... иное упало на места каменистые, где не много было земли

.., увяло и, как не имело корня, засохло;

иное упало в терние, и выросло терние и заглушило его;

иное упало на добрую землю и принесло плод"

(Мат. 13,5-8).

На доброй Земле все и теперь произрастает и цветет, и приносит плоды; и люди веками складывают притчи о матери-Земле, приютившей их, — об этом космическом саде, в котором семена жизни дали невероятно обильный урожай.

Вполне может быть, что самые примитивные формы жизни когда-то появились и на соседних планетах — Марсе и Венере. Но если они и были там, то одни давно засохли от нестерпимого жара Венеры, а другие, когда на поверхности Марса исчезла вода, остались "в местах каменистых" и тоже погибли.

Где искать новый сад жизни? Наверное, за тридевять миров от нашей Земли, там, где "бегут, шумят воды чистые, живые" (А. Пушкин) — на одной из внесолнечных планет. И лететь туда тысячи лет... Кому? Зачем?

Но туг раздались голоса: "Вода! Вода!" В сравнительной близости от Земли, всего в нескольких годах полета, есть космические тела, на которых простираются целые моря воды. А биологи и астрономы не раз повторяли, что одним из главных условий развития жизни является вода (см. "3-С", 6/2005).

В девяностые годы космический зонд "Галилео" обнаружил на спутнике Юпитера — Европе — целый океан жидкой воды. Похоже, вода есть и на других его лунах — Ганимеде и Каллисто.

Среди мертвой космической бездны Энцелад и Европа — эти луны, где плещется вода, — могут стать оазисами жизни, такими, как у нас на Земле "черные курильщики".

Дно Мирового океана изобилует этими гидротермальными источниками, "черными курильщиками", где раскаленный газ поднимается по трещинам в земной коре, разогревая воду до 300-400°С. Подводные гейзеры, пожалуй, вполне органично выглядели бы частью ландшафта какой-то другой планеты. Возможно, именно в их окрестностях зародилась жизнь. Ее "семена", откуда бы они ни взялись, оказавшись здесь, попали на благодатную почву. Вокруг подводных "гейзеров" сложилась уникальная биосистема, включающая и экзотические бактерии, и довольно сложные организмы — червей и креветок (см. "3-С", 5/2005). Что если подобный мирок отыщется и в теплом море Энцелада? В далеком прошлом выжить там микроорганизмам было еще легче.

Планеты-гиганты — Сатурн и Юпитер — до сих пор излучают больше энергии, чем получают ее от Солнца. По мнению ряда астрономов, моря и океаны, покрывавшие спутники этих планет, долгое время не замерзали. Эти небольшие луны были настоящими водными мирами, где могла зародиться или найти приют жизнь, где сложились самые благоприятные условия для того, чтобы жизнь развивалась.

Вот и на Энцеладе есть вода, мощные воздушные потоки и простые органические соединения (в районе "тигриных полос" нашли метан и пропан). "За четыре с половиной миллиарда лет из этих компонентов могли возникнуть простейшие кирпичики жизни. Пока не ясно, случилось ли это, но теперь уже нельзя не принимать в расчет, что наряду с Марсом и Европой жизнь можно искать и здесь, на этом крохотном спутнике", — отмечает Роберт Браун из Аризонского университета.

"Если учесть, что этот водно-органический коктейль подогревается, взбалтывается и перемешивается уже в течение 4,5 миллиардов лет, в нем вполне могли сформироваться "кирпичики жизни" (www.elementy.ru).

...В марте 2008 гола зонд "Кассини" вновь приблизится к Эн цел аду И если возможный оазис жизни удастся найти, "он станет главной целью новой экспедиции", говорят руководители проекта.

Энцелад — один из 34 спутников Сатурна. Он открыт еще в 1789 году английским астрономом Уильямом Гершелем. Диаметр спутника — 570 километров. Орбита Энцелада расположена между орбитами Мимаса и Тефии, на расстоянии 238 тысяч километров от планеты-гиганта. 14 июля 2005 года у спутника открыта атмосфера.

Атмосфера Энцелада состоит на 65 % из водяных паров, на 20 % из молекулярного водорода, а также содержит углекислый газ, молекулярный азот и моноксид углерода.

Окрестности Сатурна изобилуют атомами кислорода. Они образуются вследствие разложения молекул воды, покидающих Энцелад, на водород и кислород. Плотность Энцелада — 1,29 граммов на кубический сантиметр — лишь немного превосходит плотность воды, так что спутник, очевидно, в основном состоит из водяного льда.

Лед на поверхности Знцелада очень чистый. Этим он заметно отличается, например, от спутника Юпитера — Европы, на поверхности которой лед сильно загрязнен различными солями.

Если на экваторе Энцелада температура равна всего 80 кельвинам (-193° С), то на Южном полюсе, где ожидалось, будет еще холоднее, -110 кельвинам. Однако именно здесь из недр Энцелада на поверхность непрестанно выбрасываются потоки разогретого вещества.

В окрестности "тигриных полос" лед очень молод. По некоторым оценкам, его возраст составляет от 10 до 1000 лет. Поблизости попадаются также странные глыбы льда высотой 10-15 метров; их происхождение непонятно.

Каждую секунду с поверхности Энцелада уносится в космос до килограмма ледяной крупы, пополняющей одно из колец Сатурна — кольцо Е.

"Кассини" — первый космический аппарат, который исследовал кольцо Е, состоящее из крупинок льда размером в несколько микрометров. Одной из задач экспедиции станет исследование "основных маршрутов, по которым движутся частицы вещества в окрестности Сатурна", как отметил один из ее руководителей.

Дмитрий Вибе

Космические молекулы

Широко простирает химия руки свои в дела человеческие.

Куда ни посмотрим, куда пи оглянемся, везде обращаются перед очами нашими успехи ее прилежания.

М. В. Ломоносов

Великий русский ученый М.В. Ломоносов вряд ли представлял глубину своей правоты, ибо теперь мы знаем, что "успехи прилежания" химии распространяются до самых окраин Вселенной. Мы привыкли считать космос ареной ядерных и термоядерных реакций. Но от комет до далеких квазаров свою роль — иногда скромную, а временами определяющую — играют и менее заметные, но не менее интересные химические реакции.

В начале XX века считалось, что химические реакции в космосе не идут — ультрафиолетовое излучение звезд должно немедленно разрушать любые молекулы, и потому химические элементы вне Солнечной системы способны существовать лишь в виде атомов или ионов. Однако в конце 1930-х годов выяснилось, что в спектрах звезд имеются линии поглощения молекул СН и CN, очевидно, возникающие в межзвездном пространстве. Забавно, что уже тогда наблюдатели отметили странную особенность: часть этих молекул находилась в возбужденном состоянии, словно на них воздействовало поле излучения с температурой в несколько кельвинов. То есть именно молекулы впервые сообщили астрономам о существовании фонового микроволнового излучения, которое мы теперь называем реликтовым. Увы, тогда о теории горячей Вселенной никто еще не знал, и обратить внимание на реликтовое излучение было некому.

Молекулы, подобно атомам, обладают различными энергетическими состояниями и при переходе из одного состояния в другое излучают или поглощают фотон. Поскольку различие между энергиями этих состояний чаще всего невелико, молекулярные линии излучения и поглощения приходятся в основном на радиодиапазон. Поэтому настоящую революцию в изучении молекулярной Вселенной произвели радиотелескопы (кстати, первым на возможность наблюдения радиолиний межзвездных молекул указал наш выдающийся астрофизик И.С. Шкловский). Открытия следовали одно за другим — в 1963 году был открыт космический гидроксил (ОН), в 1968-м стало известно о существовании в межзвездной среде многоатомных молекул — аммиака и воды... К этому времени перед астрономами ребром встал вопрос о происхождении этих молекул.

Откройте школьный учебник химии и загляните в главу, посвященную синтезу аммиака. Чтобы произвести эту молекулу в земных условиях, необходимы сложные установки, высокие температуры и давления. Каким образом Природе удается получить то же самое соединение при температуре 10 кельвинов и плотности, которую не способен создать даже лучший вакуумный насос?

Ответ на этот вопрос отчасти заключается в нем самом. Из-за низких температур и плотностей химические реакции в космическом пространстве идут очень медленно. Природа может не спеша раскручивать последовательность реакций, в результате которых атом азота сначала присоединяет к себе один атом водорода, потом другой, затем третий... Конечно, такой последовательный рост молекулы занимает гораздо больше времени, чем ее синтез на химическом комбинате, но, согласитесь — Природе, в отличие от нас, спешить совершенно некуда. В подобных же цепочках образуются и другие простые молекулы.

Ну а что насчет другого возражения? Почему межзвездные молекулы не разрушаются ультрафиолетовым излучением звезд? Да потому, что в космосе немало мест, куда это излучение попросту не доходит. Недра плотных межзвездных облаков прекрасно защищены от ультрафиолетовых квантов толстым слоем космических пылинок — недаром эти облака называют темными. Именно там и работает межзвездная химическая кухня. Рецепт ее действия прост: возьмите атомы десятка самых распространенных элементов (водорода, гелия, углерода, кислорода, азота, натрия, магния, железа, серы, остального — по вкусу), перемешайте, добавьте космических лучей, и через несколько десятков тысяч лет в вашем распоряжении образуется смесь из сотен молекул, среди которых будут не только аммиак и вода, но и более сложные молекулы, например, метанол, формальдегид. Далеко не для всех этих молекул имеются привычные "земные" названия. Необычность астрохимии приводит к образованию таких диковинных молекул, как, например, HC₁₁N — цепочки из одиннадцати атомов углерода, к концам которой прикрепились атомы водорода и азота.

К сожалению, большую часть этих молекул наблюдать не удается — одни излучают слишком слабо, у других излучение попадает в диапазон, недоступный для наблюдений с Земли. Взять хотя бы ту же воду — разве может ее излучение пробиться через плотную завесу водяного пара в земной атмосфере? Сейчас с помощью наблюдений в космосе обнаружено более 130 молекул, самая большая из которых — уже упомянутая HC₁₁N. Но для работы химического реактора их недостаточно, поэтому присутствие в темных облаках недостающих реагентов приходится предполагать теоретически. Конечно, особенно приятно бывает, когда одну из таких "теоретических" молекул удается потом обнаружить наблюдательно. Так было с ионом Н₃+ — еще в начале 1970-х годов теоретики отвели ему ключевую роль в астрохимии, но в наблюдениях он был обнаружен только в 1996 году, подтвердив, что химические модели, разрабатываемые с тех времен, имеют под собой реальные основания.

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.

Отсутствие легко наблюдаемых линий — не единственная проблема космического молекулярного водорода. Другая его загадка, которая теперь вроде бы решена, состоит в механизме формирования этой молекулы. Молекулярные облака образуются в результате сжатия межзвездного газа, водород в котором находится исключительно в виде атомов или ионов. Объединить два атома водорода в молекулу не так-то просто: она образуется с выделением примерно 4,5 электровольта энергии, которую нужно куда-то девать. Решить эту проблему могли бы трехчастичные столкновения — два атома объединяются в молекулу, а третий уносит избыточную энергию. Но в условиях низкой космической плотности трехчастичные столкновения происходят исключительно редко и начинают играть важную роль лишь в самых плотных областях протопланетных дисков.

В 1972 году известный американский астрофизик Юджин Солпитер предположил, что роль третьего тела в образовании молекулы водорода играет пыль. Попав на поверхность пылинки, атом водорода беспорядочно перемещается по ней до тех пор, пока не столкнется с другим таким же атомом и не сольется в молекулу Н₂. Выделяющаяся при этом энергия уходит на нагрев пылинки и на отрыв молекулы водорода от ее поверхности. Но к пылинкам прилипают атомы не только водорода, но и других элементов. Странствуя по поверхности пылевых частиц, они тоже объединяются в молекулы — аммиака, воды, оксида углерода, — которые постепенно окружают пылинку "ледяной" коркой. В нее входят не только молекулы, образующиеся на пыли, но и примерзающие к ней молекулы из газа.

Масштабы процесса образования ледяных мантий ученые начали осознавать лишь недавно. Конечно, в целом молекулярные облака достаточно разрежены, и "корочки" на пылинках нарастают очень медленно. Но в плотных газопылевых ядрах, многим из которых предстоит в будущем стать звездами, ледяные мантии оказываются настоящей ловушкой для большинства наблюдаемых соединений. Это приводит к неприятным последствиям — в самых интересных областях межзвездной среды привычные и хорошо изученные молекулы, оказывается, переходят в твердое состояние, и астрономам приходится искать новые молекулы, которые можно было бы наблюдать в качестве индикаторов физического состояния будущей звезды. Наиболее многообещающими, с этой точки зрения, в наши дни кажутся молекулы-изотопомеры с участием дейтерия — тяжелого водорода, ядро которого состоит из протона и нейтрона.

Из школьного курса химии мы должны были бы помнить, что одни и те же атомы могут соединяться в молекулу несколькими различными способами. Молекулы, имеющие одинаковый атомарный состав, но разное строение, называются изомерами; они хорошо известны химикам и неплохо изучены. Но есть и еще один вид химического разнообразия, который на Земле практически незаметен (если не считать редких термоядерных взрывов): в одной и той же молекуле атом основного изотопа какого-либо элемента может быть замещен более редким изотопом. Понятно, что различие между кислородом-16 и кислородом-18 не так уж велико, поэтому молекулы С₁₆О и С₁₈О с химической точки зрения будут вести себя практически одинаково. Другое дело — молекулы, в которых атом водорода замещен атомом дейтерия. В них химические различия куда более существенны и интересны.

Подобно тому, как в обычной астрохимии ключевую роль играет ион Н₃⁺, в астрохимии дейтерия первой скрипкой оказывается изотопомер этого иона H₂D⁺, в котором один из атомов водорода заменен атомом дейтерия. Пока в газе много молекул СО, этому иону не удается как следует развернуться. Взаимодействие H₂D⁺ с оксидом углерода начинает короткую цепочку реакций, в результате которой этот ион разрушается. Расцвет дейтериевой химии начинается на поздних этапах эволюции плотного облака, когда подавляющая часть молекул СО примерзает к пылинкам. И результаты этого расцвета весьма примечательны: дейтерий оказался очень активным химическим игроком, который с готовностью вытесняет со сцены своего более легкого собрата. В настоящее время известно уже около трех десятков космических молекул, в которых один или несколько атомов водорода замещены дейтерием.

Обилие изстопомеров воистину достойно удивления. В будущих звездах количество, например, молекул дейтерированного формальдегида (HDCO) составляет десятки процентов от формальдегида с обычным водородом (Н₂СО). Так же велика степень замещения водорода дейтерием в молекулах метилового спирта. Отношение концентраций аммиака NH₂D/NH₃ достигает 33%. В известном плотном молекулярном сгустке L1544 дейтерированного иона H₂D⁺ даже больше, чем "обычного" Н₃⁺. Вы спросите, что в этом удивительного? А удивительно в этом то, что в среднем во Вселенной один атом дейтерия приходится на... 100 тысяч аггомов водорода! Но в холодных плотных газопылевых сгустках почти все атомы обычного водорода связаны в молекулы Н₂, а их вакантные места в примесных молекулах активно занимают атомы дейтерия. Чаше дейтерию удается выбить из молекулы только один атом простого водорода, но случаются и многократно дейтерированные молекулы. На сегодняшний день, пожалуй, самая уникальная из них — аммиак ND₃, в котором атомами дейтерия замещены все три атома водорода.

Успехи астрохимии сомнении не вызывают. Она без труда объясняет основные черты молекулярного состава плотных облаков — наличие в них свободных химически активных молекул СН, ОН и других, обилие углеродных цепочек, образование ледяных мантий, повышенное содержание дейтерированных молекул. Однако теперь наступает время, когда молекулярный состав должен превратиться из нерешенной проблемы в надежный инструмент для определения параметров плотных облаков, их прошлой и будущей эволюции. До недавнего времени астрохимикам приходилось довольствоваться низким угловым разрешением обычных радиотелескопов — диаграмма направленности такого телескопа зачастую накрывала исследуемый объект целиком. Химический состав облака, определенный таким образом, был сходен со средней температуре по больнице.

К сожалению, большая часть линий астрофизически интересных молекул попадает в субмиллиметровый диапазон. Изготавливать антенны- зеркала для телескопов, работающих в этом диапазоне, очень сложно, поэтому до недавнего времени о субмиллиметровых интерферометрических наблюдениях с высоким угловым разрешением астрономам приходилось только мечтать. Сегодня ситуация меняется в лучшую сторону — уже сейчас введен встрой субмиллиметровый интерферометр SMA на Гавайских островах. Но главные надежды астрохимики и исследователи ранних стадий образования звезд связывают с грандиозным международным проектом 64-антенного интерферометра ALMA, строительство которого началось в чилийской пустыне Атакама. То ли еще будет!

Леонид Жуховицкий