Космос представляет собой сложную химическую систему

За исключением специалистов в области астрофизики, мало кто знает о том, что ключом к первым звездам во вселенной, а также к самым ранним структурам, возникшим из первоначального мрака, была химия.

В частности, этим ключом было формирование молекул водорода или H2. Пара связанных между собой атомов, способных вращаться и вибрировать. Несколько лет назад я написал в этой же колонке о некоторых деталях этой истории. Короче говоря, без образования молекулярного водорода космическим газам будет очень сложно охладиться. А если они не могут охладиться, то они не способны сгуститься для того, чтобы образовать звезды, а эти звезды не будут в состоянии произвести первые более тяжелые элементы, действующие как более эффективные охладители для создания следующих поколений объектов (Кто-то может сказать, что гидрид гелия, образующийся до молекулярного водорода, тоже был ключом, однако в большей степени при образовании в первую очередь молекулярного водорода).

Близко связанной с молекулярным водородом является «мать молекул», триводород, молекулярный водород с присоединенным протоном H3+. Сразу после своего образования он начинает высвобождать поразительный набор химических элементов, включая (уже после их образования) углерод, азот и кислород.

Кроме того, нам давно известно, что молекулы образуются в холодном межзвездном пространстве, особенно в больших туманностях или в молекулярных облаках, находящихся в нашей галактике, а также в других галактиках. Мы также знаем, что в большинстве этих молекул содержится углерод. В течение последних нескольких лет наблюдался медленный, но устойчивый прогресс в декодировании этой химической смеси, а недавно была опубликована работа, в которой указывается на вероятность существования таких биологически важных азотистых оснований как цитозин (cytosine) и аденин (adenine).

Однако чрезвычайно сложно обнаружить определенные молекулы в туманностях. Световой спектр, который мы можем измерить в этих облаках, как правило, является сложным и немного смешанным.

Чуть легче обнаружить молекулы в метеоритах, кометах и астероидах, находящихся в нашей собственной Солнечной системе. Это позволило нам узнать о существовании богатой по своему составу органической химии и соответствующих процессов, которые происходят не только в круговороте материалов при формировании звезды и ее планет, но и сохраняются с течением времени, а также попадают на поверхность планет в процессе образования самой системы.

Один из наиболее важных вопросов формулируется так: имеют ли все эти химические процессы значение для появления жизни в соответствующих условиях? Можно ли утверждать, что попадание на молодую Землю 4 миллиарда лет назад образовавшихся ранее органических химических элементов каким-то образом помогло процессу образования жизни? А было ли образование органических молекул в межзвездном пространстве задолго до образования нашего Солнца, если двигаться дальше по цепочке, критически важным фактором формирования условий, которые и сделают живой нашу Солнечную систему?

Правда состоит в том, что мы этого не знаем. Даже если существовали соответствующие аминокислоты еще до образования Солнца, все равно остается неясным, каким образом эти молекулы сохранились на поверхности планет. Нет ответа и на вопрос о том, означало бы их отсутствие наличие проблемы. Очень сложно прослеживать эти пути, и, возможно, мы только начали добиваться какого-то реального прогресса в этой области.

Однако не исключено, что мы можем вообще неправильно смотреть на эти вещи. Мы традиционно с особым благоговением относимся ко всем этим сверкающим объектам во вселенной и, возможно, при этом не замечаем другую важную и содержательную картину.

Представим себе, что мы могли бы избавиться от всех этих докучливых галактик, звезд, черных дыр и планет, могли бы убрать их отвлекающие структуры и нехимические элементы и просто посмотреть на молекулы, образующие космос. Вероятно, в таком случае мы бы увидели обширные регионы интергалатического пространства с совершенно иным химическим составом, а некоторых их них имели бы ограниченное количество молекулярного разнообразия. В таком случае могли бы образоваться активные инкубаторы — зоны молекулярного образования и химической эволюции. Там могли бы существовать прочные крепости из минералов. Это было бы тем местом, где молекулы подвергались бы поразительному процессу комплексного расширения и превращались бы, в том числе, в микроскопические машины, распространяющие и анализирующие информацию, а также обладающие химической энергией, а именно такой феномен мы и называем жизнью.

Могла бы существовать и определенная хронология, история молекул наблюдаемой вселенной. Она начиналась бы с молекулы водорода, а затем переходила бы на более высокую передачу, и тогда появлялись бы такие компоненты как вода и простейшие органические вещества. Но еще есть шум, стохастичность в этой истории. Химические процессы могут быть уничтожены суперновой, килоновой, гиперновой и даже протозвездами. Молекулы могут утратить внутренние связи в результате воздействия ударной волны или резкого повышения излучения частиц. А на фоне этого шума могут появиться всплески беспримерного химического богатства, свидетельствующие о появлении живых систем.

Если бы мы могли разработать популяционную статистику подобной хронологии и пространственного распределения молекул по всему космосу, мы получили бы тогда мощную новую линзу для глубокого изучения нас самих. Это было бы невероятно сложно, и, разумеется, это означало бы изменение того, что астрохимики и астрономы уже делают, но, в любом случае, было бы крайне интересно собрать все эти возможности и по-новому взглянуть на вселенную. Посмотреть на нее не как на область гравитации и физики, а как на огромную и древнюю систему связанных и не связанных между собой химических элементов.