Дмитрий Вибе: Всюду жизнь

В первой половине XX века считалось невероятным существование в межзвёздной среде даже простых молекул. В начале XXI века мы обсуждаем возможность найти там аминокислоты.

Тема органики в космосе стремительно набирает популярность. Среди полутора сотен молекул, обнаруженных в межзвёздной среде, примерно треть состоит из шести и более атомов. Специалистам по астрохимии, которые отродясь не называли по имени даже оксид углерода, отделываясь коротким "це-о", приходится заучивать слова наподобие "метилформиат" и "аминоацетонитрил", потому что если в докладе проговаривать их формулы, на это уйдёт половина отведённого на доклад времени. Да и учить наизусть все эти HOCH₂CH₂OH - занятие для джедаев.

На фоне новостей типа "Учёные нашли в космосе сахар", "Учёные нашли в космосе антифриз" и, естественно, "Учёные нашли в космосе огромное облако спирта" даже опытным астрофизикам трудно отказаться от искушения заговорить если не о панспермии, то по крайней мере о богатых предпосылках для возникновения жизни во Вселенной. Давно известно, что органические соединения вовсе не обязательно являются составным элементом или продуктом биологических организмов. Но слово "органика" всё равно несколько гипнотизирует, вызывая ощущение, что где-то рядом (в пространстве или во времени) есть (были) живые существа.

Забавно при этом, что, по-видимому, отсутствует чёткое определение того, что именно следует относить к органическим веществам. Несомненный признак один: молекула органического вещества содержит атом или атомы углерода. Однако при этом вряд ли кто-то сочтёт органическими первые молекулы, обнаруженные в межзвёздной среде, - радикалы CH и CN - или, например, оксид углерода - самое распространённое в космосе соединение после молекулярного водорода.

Первая молекула, которую можно без особых сомнений считать органической, была найдена вне Солнечной системы в 1969 году. Льюис Снайдер с соавторами при помощи 140-футового радиотелескопа Национальной радиоастрономической обсерватории США нашли в спектрах полутора десятков объектов линию поглощения формальдегида. Годом позже при помощи того же инструмента в паре направлений, близких к центру Галактики, была замечена линия излучения метанола. В 1971 году Барри Тернер обнаружил в молекулярном облаке Sgr B2 излучение цианоацетилена (HC₃N), положив тем самым начало исследованию межзвёздных цианополиинов - углеродных цепочек, украшенных атомом водорода с одной стороны и атомом азота с другой стороны. Сейчас самая длинная молекула в этом семействе - HC₁₁N, и это по земным меркам совершеннейшая экзотика. На Земле цианополиинов (равно как и многих других ненасыщенных водородом межзвёздных молекул) нет ни в живых организмах, ни в минералах, да и искусственно они синтезируются с большим трудом.

По всей видимости, у Природы подобных проблем с органическим синтезом не возникает. Правда, нужно отметить важное обстоятельство. Сложные молекулы присутствуют в космосе, но нельзя сказать, что они есть повсеместно. Больше того, значительная их часть обнаружена в одном из четырёх мест. Первое - уже упомянутое молекулярное облако Sgr B2, точнее, даже не всё облако, а его северная часть. Второе и третье - комплексы молекулярных облаков в Орионе и Тельце. Четвёртое - оболочка углеродной звезды IRC+10216 (она же CW Льва; кстати, её инфракрасное изображение в Google Sky часто выдают за планету Нибиру).

Отчасти такая концентрация в нескольких объектах связана с тем, что искать проще под фонарём. Если вы не ставите иной цели, кроме как найти ещё какую-нибудь замысловатую молекулу, вам нужно не обшаривать всё небо, а просто ещё раз пристально посмотреть на облако Sgr B2. Именно там в последние годы обнаруживают всякую новую органику. Однако могут быть и более физические причины.

Синтезироваться молекулам-монстрам в холодном (единицы кельвинов) и разреженном газе всё-таки не так легко. И реакций подходящих нет, а те, что есть, идут слишком медленно. Сейчас считается, что в синтезе межзвёздной органики решающую роль играет пыль. Ингредиенты для химического синтеза садятся на поверхность космических пылинок и начинают "прилипать" друг к другу. Первым шагом становится слияние молекулы СО с водородом, в результате чего образуется радикал HCO, а он уже присоединяет к себе прочие атомы, последовательно превращаясь в формальдегид, муравьиную кислоту, метанол - далее везде. По прошествии некоторого времени пылинка оказывается окружённой органической мантией весьма сложно переплетённого химического состава.

Предположение о решающей роли поверхностных реакций решает проблему только наполовину. Мантия - это очень хорошо, но мы-то наблюдаем молекулы в газе. Точнее, молекулы в мантиях тоже можно наблюдать, но сделать это гораздо сложнее, и ничего крупнее метанола в ледяных оболочках пылинок пока не наблюдалось (ещё раз подчеркну - вне Солнечной системы!). Подлинное же органическое многообразие присуще именно газу. Это означает, что мантии пылинок нужно испарить. Вероятно, именно тут и проявляется специфика расположения: мы видим органику в газовой фазе преимущественно тех объектов, которые долгое время были холодными, но потом начали разогреваться.

Такая эволюция характерна для протозвёзд, которые рождаются холодными, а потом обретают внутренний источник энергии - будущую звезду. Она испаряет органические мантии, выводя на свет всю синтезированную в них липкую гадость. Поэтому для поисков органики столь перспективными оказываются области звёздообразования и, конкретно, окрестности только что родившихся звёзд. И чем больше таких звёзд, тем больше органики и тем проще её наблюдать. При этом не испарившаяся часть органики может впоследствии попадать и в протопланетные диски, и на формирующиеся планеты, действительно становясь сырьём для зарождения жизни... В комментариях к предыдущей колонке спрашивали, как обнаружить кусочек дозвёздного вещества. Очень просто - это мы с вами! Как говорил Эддингтон, человечество - это звёздная пыль, пошедшая неверным путём (некоторое время назад я уже писал об этом, хотя в несколько ином ключе).

Впрочем, это пока только гипотезы. До сих пор идут споры о том, могут ли формироваться в межзвёздной среде не просто сложные молекулы, но молекулы подлинно биологического значения, в частности аминокислоты. Уже несколько раз сообщалось, что в облаке Sgr B2 обнаружен глицин, но за каждым его открытием неизменно следовало закрытие. Слишком сложно идентифицировать сложные межзвёздные молекулы. Каждая из них обладает тысячами спектральных линий, часто попадающих в недоступные для наблюдений с Земли диапазоны спектра. В полном же спектре объекта друг на друга накладываются линии десятков молекул, что совершенно не облегчает жизнь спектроскопистам.

Проблема подстерегает и с другой стороны. Чтобы уверенно связать набор линий с присутствием определённой молекулы, её спектр желательно измерить в лабораторных условиях. Но как это сделать, если вы далеко не всегда можете заранее предсказать, в какую ещё причудливую комбинацию объединились межзвёздные атомы? Поэтому открытия новых органических молекул в космосе происходят не так часто. Это трудоёмкая и нудная работа, к тому же требующая очень высококачественных наблюдений. Однако от неё напрямую зависит ответ на мировоззренческий вопрос о частоте встречаемости жизни во Вселенной.

P.S. Раз уж я упомянул Льюиса Снайдера, не удержусь и перескажу одну рассказанную им историю, никак не связанную с колонкой. Некоторое время назад в Штатах работал радиотелескоп BIMA - Berkeley-Illinois-Maryland Array. На одном из совещаний консорциума, который управлял работой телескопа, Снайдер (работающий в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн) вынужден был сделать коллегам замечание. "Невозможно было их слушать, - вспоминал он. - БИМА, БИМА, БИМА… Я не выдержал и сказал им, что мой штат называется Ыллиной, а не Иллиной, и потому телескоп следует называть БЫМА, а не БИМА!" Ничего не напоминает?