Холодное пиво в жаркий день или бокал виски у угольного костра. Заработанный стакан может ослабить ваше мышление, пока вы не почувствуете себя способным проникнуть в тайны жизни, смерти, любви и идентичности. В такие моменты алкоголь и космос могут казаться тесно связанными.
Связанный контент
- Наука за вашим дешевым вином
Поэтому, возможно, неудивительно, что вселенная наводнена алкоголем. В газе, который занимает пространство между звездами, твердое вещество почти повсеместно. Что он там делает? Не пора ли отправить несколько больших ракет, чтобы начать собирать их?
Химические элементы вокруг нас отражают историю вселенной и звезд внутри нее. Вскоре после Большого взрыва протоны образовались по всей расширяющейся, остывающей вселенной. Протоны - это ядра атомов водорода и строительные блоки для ядер всех других элементов.
Они в основном производились со времен Большого взрыва в результате ядерных реакций в горячих плотных ядрах звезд. Более тяжелые элементы, такие как свинец или золото, изготавливаются только в редких массивных звездах или невероятно взрывоопасных событиях.
Молекула этанола (Wikimedia Commons) Более легкие, такие как углерод и кислород, синтезируются в жизненных циклах очень многих обычных звезд, в том числе и нашего собственного Солнца. Как и водород, они являются одними из самых распространенных во вселенной. В огромных пространствах между звездами, как правило, 88% атомов - водород, 10% - гелий, а оставшиеся 2% - в основном углерод и кислород.
Что является отличной новостью для любителей выпивки. Каждая молекула этанола, алкоголь, который доставляет нам столько удовольствия, включает в себя девять атомов: два углерода, один кислород и шесть водород. Отсюда химический символ C₂H₆O. Как будто вселенная нарочно превратилась в монументальную винокурню.
**********
Пространства между звездами известны как межзвездная среда. Знаменитая туманность Ориона, пожалуй, самый известный пример. Это самая близкая область звездообразования к Земле, видимая невооруженным глазом, хотя до нее еще более 1300 световых лет.
Тем не менее, хотя мы склонны концентрироваться на красочных частях туманностей, таких как Орион, где появляются звезды, это не то, откуда исходит алкоголь. Появляющиеся звезды производят интенсивное ультрафиолетовое излучение, которое разрушает близлежащие молекулы и затрудняет формирование новых веществ.
Туманность Ориона (Wikimedia Commons) Вместо этого вам нужно смотреть на части межзвездной среды, которые кажутся астрономам темными и облачными и лишь слабо освещенными отдаленными звездами. Газ в этих пространствах очень холодный, немного меньше -260 ℃ или примерно на 10 ℃ выше абсолютного нуля. Это делает его очень вялым.
Это также фантастически широко рассеяно. На уровне моря на Земле, по моим расчетам, примерно 3х10 25 молекул на кубический метр воздуха - это три, за которыми следуют 25 нулей, что чрезвычайно много. На высоте пассажирского самолета, около 36 000 футов, плотность молекул составляет примерно треть от этого значения, скажем, 1x10 25 . Нам было бы трудно дышать вне самолета, но в абсолютном выражении это все еще довольно много газа.
Теперь сравните это с темными частями межзвездной среды, где на кубический метр обычно приходится 100 000 000 000 частиц, или 1 × 10 11, и часто намного меньше, чем даже. Эти атомы редко подходят достаточно близко, чтобы взаимодействовать. Тем не менее, когда они это делают, они могут образовывать молекулы, менее склонные к разлету в результате дальнейших высокоскоростных столкновений, чем когда то же самое происходит на Земле.
Доказательство там. (Tragoolchitr Jittasaiyapan) Например, если атом углерода встречается с атомом водорода, они могут слипаться в виде молекулы, называемой метилидин (химический символ СН). Метилидин обладает высокой реакционной способностью и поэтому быстро разрушается на Земле, но он распространен в межзвездной среде.
Такие простые молекулы более свободны, чтобы сталкиваться с другими молекулами и атомами и медленно накапливать более сложные вещества. Иногда молекулы будут разрушаться ультрафиолетовым светом от далеких звезд, но этот свет может также превратить частицы в слегка отличающиеся версии самих себя, называемых ионами, тем самым медленно расширяя диапазон молекул, которые могут образовываться.
**********
Чтобы создать молекулу из девяти атомов, такую как этанол, в этих прохладных и непрочных условиях, все равно может потребоваться очень много времени - безусловно, намного больше, чем семь дней, в течение которых вы можете ферментировать домашний напиток на чердаке, не говоря уже о времени, которое требуется, чтобы дойти до винный магазин.
Но есть помощь под рукой от других простых органических молекул, которые начинают слипаться, образуя частицы пыли, что-то вроде сажи. На поверхностях этих зерен химические реакции происходят намного быстрее, потому что молекулы удерживаются в непосредственной близости от них.
Поэтому именно холодные сажевые области, потенциальные звездные места рождения будущего, способствуют тому, что сложные молекулы появляются быстрее. По отличительным линиям спектра различных частиц в этих регионах мы можем сказать, что есть вода, углекислый газ, метан и аммиак - но также много этанола.
Комната для большего! (Студия Африка) Теперь, когда я говорю много, вы должны иметь в виду необъятность вселенной. И мы все еще говорим только об одном из каждых 10 м атомов и молекул. Предположим, вы могли бы путешествовать по межзвездному пространству, держа в руках стакан пинты, выкапывая только алкоголь, когда вы двигались. Чтобы собрать достаточно пива для пинты пива, вам придется пройти около полумиллиона световых лет - намного больше, чем размер нашего Млечного пути.
Короче говоря, в космосе огромное количество алкоголя. Но поскольку он рассредоточен на действительно огромных расстояниях, компании по производству напитков могут быть спокойны. Прошу прощения за холодный день на солнце, прежде чем мы поймем, как его собрать.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Александр Маккиннон, старший преподаватель, астрофизика, Университет Глазго
