20:41, 08 сентября 2019

«Сидим мы, сидят химики — а между нами толмач»

О трудностях междисциплинарного общения
Дмитрий Вибе в Звенигородской обсерватории

Дмитрий Вибе в Звенигородской обсерватории

В предыдущих двух частях интервью с Дмитрием Вибе для Indicator.Ru и Mendeleev.Info навстречу открывающемуся завтра Менделеевскому съезду мы обсудили с ним то, как во время развития Вселенной образовались (и продолжают образовываться) химические элементы, и химию космоса. В завершающей части мы поговорим о самом важном — о том, чем в астрохимии занимается сам Дмитрий. И как ему приходится находить общий язык с земными химиками.

— Итак, чем занимаешься в астрохимии непосредственно ты?

— Эта история началась давно, в 1994 году, когда я пришел в аспирантуру в ИНАСАН и мне мой научный руководитель, Борис Михайлович Шустов, предложил заняться созданием самосогласованной модели, в которой бы химическая эволюция моделировалась параллельно с динамической эволюцией. У меня не было никакой узкой цели, на которую я был нацелен, поэтому я сказал «ладно» и мы с коллегами начали делать такую модель, а дальше линия работы начала колебаться. Один побочный вопрос мог разрастись и мы сворачивали в эту сторону, потом поворачивали в другую…

Мы сделали эту модель, написали несколько работ по ней, но поскольку даже динамическая часть требует ресурсов, а если на нее «нахлобучить» химическую — становится вообще тяжело, то поначалу мы использовали химическую модель с упрощениями. Но затем нам захотелось большего. Мы захотели модель усложнить и, в частности, начать более честно считать температуру пылинок, поскольку пылинки играют огромную роль в космической химии, начиная с того, что самая главная молекула — водород — на пылинках образуется. И оказалось, что расчет температуры пылинок — сама по себе задача настолько сложная, что какое-то время мы только ею и занимались, химия как-то даже отошла в сторонку.

Потом мы начали развивать свое понимание пыли, в этом понимании возникли макромолекулы, которые тоже надо моделировать. А макромолекулы — это уже не какие-то кирпичи, они тоже эволюционируют за счет внешних факторов…

— Прости, перебью: под макромолекулами мы понимаем ПАУ, полициклические ароматические углеводороды?

— Да, ПАУ, но нужно понимать, что ПАУ — это условное наименование. Это просто какая-то ароматическая штука, которая где-то там летает. Это не простынки-молекулы, которые обычно рисуют, это что-то более кисееобразное, потому что они «поли», они «циклические», там есть ароматика, они — углеводороды, но это не какие-то идеальные молекулы. Они тоже эволюционируют, и оказывается, что нельзя рассматривать так: вот здесь у нас химия, а вот тут — пылинки. Нет, оказалось, у нас есть непрерывный ряд, границы между пылинками и молекулами нет, и вообще, если мы честные люди, мы должны для пылинок записывать кинетические уравнения, они тоже эволюционируют, тоже могут разрушаться и мы не можем считать температуру пылинок, если мы не считаем их эволюцию.

И сейчас у нас получается несколько направлений работы.

Первое — это эволюция молекулярного состава и пыли в протопланетных дисках. Появляются новые наблюдения, с ALMA (огромный радиоинтерферометр, наблюдающий Вселенную в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, расположенный в пустыне Атакама, Чили, на высоте 5100 метров, — прим. Indicator.Ru), есть данные с других инструментов. Мы делаем программный инструмент для того, чтобы эти данные интерпретировать. Мы публикуем работы по химическому составу протопланетных дисков с учетом его эволюции, с учетом разного состава пыли: если вы называете диск протопланетным, вы не имеете права использовать всюду одну и ту же пыль.

Второе большое направление — исследование эволюции пыли в околозвездном пространстве, в первую очередь в применении к ПАУ. У нас есть люди, которые занимаются наблюдениями, у нас есть люди, которые занимаются теоретическими построениями, и мы довольно успешно пытаемся все это «поженить». И оказывается, тут есть выход и на астрохимию, потому что финальный продукт разрушения пылинок — это молекулы. Это, в первую очередь, ацетилен, может быть, другие углеводороды, есть некоторые указания (так называемый top-down-сценарий), что некоторые молекулы в космическом пространстве получаются не путем объединения отдельных атомов, а путем постепенного разрушения более крупных частиц.

— «А откуда он берется под кустом?» В смысле — откуда взялись тогда крупные частицы?

— Здесь все достаточно просто: это пыль, которая образуется в проэволюционировавших звездах.

— ПАУ образуются в звездах?

— Более того, они были открыты в планетарных туманностях. То есть они не просто там образуются, но это то место, где их впервые увидели.

Последнее направление — которое у нас только начинает появляться — это взаимодействие с химиками. Это тот момент, когда мы, люди, называющие себя астрохимиками, должны наконец начать заниматься химией.

— То есть начать эксперименты?

— Ну, для начала — привязаться к тем экспериментам, которые уже проводятся. У нас тесный контакт с химфаком МГУ. У них есть экспериментальная база, мы пытаемся в нее встроиться со своими идеями, это очень сложно. Даже чисто на понятийном уровне, мы разговариваем на разных языках. Астрохимия долго развивалась сама по себе, в ней сформировалась своя терминология, которая обозначает вещи, давно известные химикам, но совершенно другими словами.

— «Металлы» — это все, кроме водорода и гелия?

— Есть и помимо этого. Например, реакции, которые идут на поверхностях пылинок, мы называем поверхностными. Химики ржут: «Поверхностные! Надо говорить — в адсорбированном веществе! Вы бы еще сказали — недалекие или неглубокие!» Или надо говорить «двухатОмная» молекула, а не «двухАтомная». Такой маркер «свой-чужой». Реально бывали эпизоды: сидим мы, сидят химики — а между нами сидит толмач.

Ну и вообще сложностей много: на Западе химические лаборатории создаются изначально под астрохимические задачи, а мы пытаемся приспособить к нашим задачам то, что есть.

Например, недавно я разговаривал с одним человеком. И он мне: «Да у нас такое классное оборудование, мы можем проводить анализ химических процессов при давлении в 20 атмосфер!» Вот где у меня там 20 атмосфер? «Мы можем делать до 2000 градусов Цельсия». Супер! Но вообще-то мне надо десять. И Кельвинов, что немножко меняет дело. А это уже жидкий гелий, даже не азот, это сложно.

Тем не менее, есть некоторая надежда, что по тем направлениям, по которым мы сейчас работаем, будет продвижение. Есть химики МГУ, которые не только делают то, что нам нужно, но и хотят взаимодействовать. Есть УрФУ, где тоже создается лаборатория астрохимии, я думаю, что этого пока нашей группе будет достаточно.

— Ну и последний вопрос: все любят составлять списки самого-самого. Какие последние самые выдающиеся достижения есть в астрохимии — и какие проблемы еще не решены?

— Во-первых, достижения. Конечно же, это наблюдательные достижения. ALMA — наше все. Возможность смотреть на структуру распределения молекул в протопланетных дисках – это очень важно для моделирования. Когда есть обычный радиотелескоп с его диаграммой направленности, которая кроет любой объект, «как бык овцу», вспоминая Михал Михалыча Жванецкого, у нас нет никаких проблем с тем, чтобы объяснить результаты наблюдений. Средний результат по больнице — его нам просто объяснить. Это плохо. Потому что, когда просто объяснить, нам не приходится напрягаться. Когда сложно объяснить, ты начинаешь искать какие-то пути, вытаскивать какие-то параметры… Когда нет проблем — нет ответов.

ALMA начала давать нам структуру объектов. И уже недостаточно просто объяснить, сколько в этом протопланетном диске, например, CO. Приходится объяснять его молекулярный радиальный профиль. А это гораздо сложнее. Это уже шаг вперед, и мы начинаем видеть не только CO, начинаем видеть более сложную органику. А чем сложнее молекула, тем она нам полезнее, как диагностический инструмент нашей модели (объяснить содержание СО никаких проблем нет).

А проблемы состоят в том, что есть наблюдения на ALMA, мы берем их, используем их как критерий для адекватности наших моделей, и мы с нашими моделями начинаем двигаться дальше по сложности молекул. И мы начинаем подпирать границы имеющейся информации о скоростях реакции, о структуре молекул… Те базы данных, которые используются сейчас в астрохимии, они делались для молекулярных облаков. Они делались с упором на воду, аммиак, СО, СО2, метанол — это вообще был высший пилотаж. А то, что дальше, — оно включалось в эти базы «для красоты». А мы сейчас начинаем на это смотреть, мы начинаем тыкаться в границы этих сеток. Мы видим, что реакция должна пойти дальше — а данных нет. Жутко не хватает самых разнообразных лабораторных данных. Не хватает данных о реакциях, об их скоростях, о спектрах. Куча линий не отождествлена: в том же Стрельце B2N не отождествлены тысячи линий. Нет данных, что искать. Мы начали двигаться в область сложных вещей — а там пока пусто.

И то же самое то, что с пылинками: если речь идет о крупной силикатной пылинке — это просто, но если это мелкая органика — ее очень сложно приготовить чистой и засунуть в спектроскоп. Так что проблем у нас хватает.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.