АСТРОХИ́МИЯ

АСТРОХИ́МИЯ, на­прав­ле­ние ас­тро­но­ми­ческих ис­сле­до­ва­ний, изучающее хи­ми­ческий со­став меж­звёзд­ной сре­ды и про­то­пла­нет­ных дис­ков, а так­же про­ис­хо­дя­щие в них хи­мические про­цес­сы. В А. вы­де­ля­ют несколько раз­де­лов. 1) А. диф­фуз­ных (меж­звёзд­ных) об­ла­ков с кон­цен­тра­ци­ей час­тиц по­ряд­ка 100 см^–3 и темп-рой неск. со­тен кель­вин. Кос­мич. лу­чи и жё­ст­кое из­лу­че­ние звёзд лег­ко про­ни­ка­ют в та­кие об­ла­ка, по­это­му про­цес­сы раз­ру­ше­ния мо­ле­кул идут бы­ст­ро и об­ра­зо­ва­ние мно­го­атом­ных мо­ле­кул здесь край­не за­труд­не­но. 2) А. плот­ных мо­леку­ляр­ных об­ла­ков с кон­цен­тра­ци­ей час­тиц не ме­нее 10⁴ см^–3 и темп-рой не вы­ше неск. де­сят­ков кель­вин. В не­драх та­ких об­ла­ков ульт­ра­фио­ле­то­вое из­лу­че­ние не ока­зы­ва­ет влия­ния, по­это­му здесь (гл. обр. на по­верх­но­сти пы­ли­нок) мо­гут об­ра­зо­вы­вать­ся наи­бо­лее слож­ные мно­го­атом­ные мо­ле­ку­лы, вклю­чая ор­га­ни­че­ские. 3) А. про­то­пла­нет­ных дис­ков. Изу­че­ние про­цес­сов об­ра­зо­ва­ния звёзд и пла­нет­ных сис­тем из плот­ных об­ла­ков тес­но свя­за­но с изу­че­ни­ем Сол­неч­ной сис­те­мы и про­ис­хо­ж­де­ния жиз­ни. Су­ще­ст­ву­ет, напр., точ­ка зре­ния, что ор­ганич. ком­по­нен­ты бы­ли за­не­се­ны на ран­нюю Зем­лю ко­ме­та­ми или др. твёр­ды­ми те­ла­ми, вхо­див­ши­ми в со­став про­то­пла­нет­ных дис­ков. 4) А. удар­ных волн. В об­лас­тях взаи­мо­дей­ст­вия мо­ле­ку­ляр­ных по­то­ков из мо­ло­дых звёзд­ных объ­ек­тов с ок­ру­жаю­щим ве­ще­ст­вом наи­бо­лее су­ще­ст­вен­ны про­цес­сы по­те­ри мо­ле­кул с по­верх­но­сти пы­ли­нок, а так­же ре­ак­ции, иду­щие при вы­со­ких темп-рах. 5) А. око­ло­звёзд­ных обо­ло­чек. Об­ра­зо­ва­ние мо­ле­кул, а за­тем и пы­ли в обо­лоч­ках звёзд иг­ра­ет ог­ром­ную роль. У хо­лод­ных звёзд-ги­ган­тов этот про­цесс во мно­гом оп­ре­де­ля­ет па­ра­мет­ры звёзд­но­го вет­ра, у но­вых и сверх­но­вых звёзд – темп вы­бро­са тя­жё­лых эле­мен­тов в меж­звёзд­ную сре­ду.

В кос­мо­се на­блю­да­ет­ся боль­шое раз­но­об­ра­зие мо­ле­кул. На нач. 21 в. их из­вест­но не ме­нее 130 – от про­стей­ших двух­атом­ных до 13-атом­ной ($\ce{HC_{11}N}$). Ко­ли­че­ст­во хи­мич. ре­ак­ций, воз­мож­ных в кос­мо­се, из­ме­ря­ет­ся мно­ги­ми ты­ся­ча­ми. Наи­бо­лее важ­ной яв­ля­ет­ся ре­ак­ция пре­вра­ще­ния ато­мар­но­го во­до­ро­да в мо­ле­ку­лу $\ce{H_2}$, и не толь­ко по­то­му, что $\ce{H_2}$ – са­мая рас­про­стра­нён­ная мо­ле­ку­ла в кос­мо­се (со­дер­жа­ние др. мо­ле­кул на мно­гие по­ряд­ки ни­же), но и вслед­ст­вие то­го, что $\ce{H_2}$ иг­ра­ет клю­че­вую роль в об­ра­зо­ва­нии поч­ти всех ос­таль­ных мо­лекул.

Хи­мич. ре­ак­ции, про­те­каю­щие в кос­мич. ус­ло­ви­ях, мож­но раз­де­лить на две груп­пы: га­зо­фаз­ные ре­ак­ции и ре­ак­ции на по­верх­но­сти пы­ле­вых час­тиц (по­верх­но­ст­ные ре­ак­ции). Га­зо­фаз­ная схе­ма син­те­за меж­звёзд­ных мо­ле­кул вклю­ча­ет че­ты­ре осн. клас­са ре­ак­ций. 1) Ре­ак­ции ме­ж­ду ней­траль­ны­ми час­ти­ца­ми от­вет­ст­вен­ны за об­ра­зо­ва­ние $\ce{CO, N_2, O_2}$ и $\ce{CN}$; они про­те­ка­ют мед­лен­но, ес­ли в ре­ак­цию не всту­па­ют хи­ми­че­ски ак­тив­ные ра­ди­ка­лы ($\ce{O, OH, C}$ и др.). 2) Ион-мо­ле­ку­ляр­ные ре­ак­ции оп­ре­де­ля­ют в осн. хи­мич. со­став меж­звёзд­ной сре­ды; ско­ро­сти этих ре­ак­ций в эк­зо­тер­мич. слу­ча­ях ве­ли­ки. 3) Ре­ак­ции дис­со­циа­тив­ной ре­ком­би­на­ции оп­ре­де­ля­ют ско­ро­сти об­ра­зо­ва­ния ста­биль­ных ней­траль­ных со­еди­не­ний в меж­звёзд­ной сре­де. 4) Ре­ак­ции ас­со­циа­ции под воз­дей­ст­ви­ем из­лу­че­ния иг­ра­ют важ­ную роль в син­те­зе мно­го­атом­ных мо­ле­кул. По­верх­но­ст­ные хи­мич. ре­ак­ции от­вет­ст­вен­ны за об­ра­зо­ва­ние мо­ле­ку­ляр­но­го во­до­ро­да и на­сы­щен­ных уг­ле­во­до­ро­дов, а так­же за об­ра­зо­ва­ние мо­ле­кул, со­стоя­щих из оди­на­ко­вых ато­мов ($\ce{C_2, O_2}$), и про­стей­ших ор­га­нич. мо­ле­кул.

За­мет­ное влия­ние на хи­мич. про­цес­сы в кос­мо­се ока­зы­ва­ют жё­ст­кое меж­звёзд­ное из­лу­че­ние и кос­мич. лу­чи, ио­ни­зую­щие ве­ще­ст­во, а так­же про­цес­сы де­сорб­ции и ад­сорб­ции мо­ле­кул на пы­ли. Об­ра­зо­ва­ние мо­ле­ку­ляр­ных «ман­тий» на по­верх­но­сти пы­ли­нок мо­жет на по­ряд­ки умень­шить со­дер­жа­ние мо­ле­кул дан­но­го ви­да в га­зе, а ис­па­ре­ние пы­ли­нок – вновь уве­ли­чить его.

Изу­че­ние мо­ле­кул в кос­мо­се по­мо­га­ет луч­ше по­нять эта­пы раз­ви­тия ран­ней Все­лен­ной, об­ра­зо­ва­ние га­лак­тик и звёзд, взаи­мо­дей­ст­вие мо­ло­дых звёзд с ок­ру­жаю­щим ве­ще­ст­вом и эво­лю­цию звёзд на позд­них ста­ди­ях, для ко­то­рых ха­рак­тер­ны ин­тен­сив­ный звёзд­ный ве­тер, вы­бро­сы и взры­вы. А. со­став­ля­ет важ­ную часть опи­са­ния цик­ла пре­вра­ще­ния меж­звёзд­но­го ве­ще­ст­ва в звёз­ды и пла­не­ты и воз­вра­та ве­ще­ст­ва в меж­звёзд­ную сре­ду. Во мн. слу­ча­ях (напр., при изу­че­нии са­мых ран­них ста­дий звез­до­об­ра­зо­ва­ния) на­блю­де­ния спек­траль­ных ли­ний меж­звёзд­ных мо­ле­кул яв­ля­ют­ся един­ст­вен­ным спо­со­бом по­лу­чить де­таль­ную ин­фор­ма­цию о струк­ту­ре объ­ек­та, о ки­не­ма­ти­ке га­за и его пре­дыс­то­рии.

Тео­ре­тич. А. ещё на­хо­дит­ся в ста­дии ста­нов­ле­ния, но уже дос­тиг­ну­то со­гла­сие осн. тео­ре­тич. вы­во­дов с на­блю­де­ния­ми для разл. клас­сов объ­ек­тов. Объ­яс­не­но на­ли­чие в кос­мо­се изо­ме­ров, вы­со­кое со­дер­жа­ние не­на­сы­щен­ных мо­ле­кул и хи­ми­чес­ки ак­тив­ных ра­ди­ка­лов, а так­же мо­ле­кул, в ко­то­рых во­до­род за­ме­щён дей­те­ри­ем.