Осторожно, rocket science!
Присоединяйтесь к нашему телеграм-каналу https://t.me/scifi_blog
Мы пишем о Вселенной на доступном языке, делимся интересной научной фантастикой и новостями из мира наук, которые помогут вам лучше разобраться как устроен мир, законы Вселенной, откуда мы произошли и, возможно, куда мы все идем!
Роль молекул в астрономии теперь настолько убедительна, что мы можем использовать термин «Молекулярная Вселенная» для описания значительной части звездной области. В межзвездном пространстве уже идентифицировано большое разнообразие молекул. И несмотря на то, что пространство разрежено, и попадя туда мы не столкнемся со сколько бы то ни было значительным сопротивлением "среды", наблюдать за ними с Земли крайне интересно и познавательно!
Поскольку физика и химия областей звездообразования взаимосвязаны, отслеживание эволюционной истории молекулярных облаков расширит наше понимание различных стадий звездообразования. Наши знания об этом развитии также расширятся, как только мы сможем идентифицировать больше межзвездных видов в различных областях межзвездной среды. К счастью, за последние несколько десятилетий астрохимия стала свидетелем некоторых драматических изменений из-за заметных достижений в наблюдательных, экспериментальных и вычислительных методах. Теперь есть доказательства того, что результаты наблюдений за ядрами молекулярных облаков, моделирования и эксперименты, связанные с химической эволюцией областей звездообразования, начинают подтверждаться. Сейчас мы находимся на пороге новой эры, богатой данными и моделированием. Следующий корпус работ состоит из девяти статей, описывающих некоторые современные исследования на переднем крае астрохимических исследований. Статьи 2021 г. Визуально эти 9 исследований представлены на картинке:
Могут ли наносиликаты в молекулярных облаках быть источником аномального микроволнового излучения?
Статья посвящена аномальному микроволновому излучению (AME) и роли наносиликатов в его возможной генерации. Миниатюрные (диаметром <1 нм) вращающиеся в космосе пылевые частицы могут производить AME, как сообщают Гуиу и др. (статья D), на которое, вероятно, влияет образование мантий из водяного льда. Энергии связи межзвездных капель являются ключом к контролю как окончательного состава мантии межзвездных зерен, так и присутствия видов в газовой фазе из-за процессов десорбции. Поэтому реалистичная оценка энергий связи имеет важное значение для астрохимического моделирования. Одно из самых интересных свойств — способность вращаться с высокой скоростью и излучать в диапазоне 10–60 ГГц.
Наноразмерные силикатные пылинки могут вызывать AME из-за их вращения и дипольных моментов. Взаимодействие силикатов с молекулярной водой или гидроксильными группами указывает на возможные механизмы формирования льда в межзвездных условиях. Это открывает перспективу для межзвездных миссий, в которых корабли могли бы собирать и перерабатывать воду непосредственно из окружающей среды, снижая зависимость от запасов на борту. Если AME можно точно измерять, оно могло бы стать своеобразным "маяком" для межзвездных кораблей. Высокие дипольные моменты и связанное с ними микроволновое излучение могут влиять на электронику кораблей, создавая помехи или даже повреждая чувствительные приборы.
Далее представлены мои личные размышления и идеи.
Фантастика и идеи для будущего
1. Наносиликаты как источник энергии
Наносиликаты, особенно гидратированные (содержащие воду), могут генерировать AME за счет вращения и наличия значительного дипольного момента. Это открывает возможность использования наносиликатов в качестве источника микроволновой энергии для космических кораблей, что могло бы стать альтернативным или дополнительным источником энергии для длительных перелетов. Идеи выработки микроволновой энергии разрабатываются и сегодня. Так как определенные участки межзвездного пространства насыщены наноразмерными силикатами, корабли могли бы использовать это явление, например, для пассивного сбора энергии. Возможно создание антенн, которые могли бы извлекать энергию из AME-сигналов, аналогично тому, как солнечные панели используют солнечное излучение.
2. Роль воды в межзвездной среде
Вода, адсорбированная на поверхности наносиликатов, не только не снижает их способность генерировать AME, но и может усиливать их дипольный момент. Вода в межзвездных облаках может быть использована для жизнеобеспечения и создания энергетических систем, основанных на гидратированных наносиликатах.
3. Наносиликаты как строительный материал
Наносиликаты сохраняют свои свойства даже при наличии воды, что делает их потенциально полезными для создания материалов, устойчивых к экстремальным условиям межзвездной среды. Наносиликаты могли бы использоваться для создания легких и прочных материалов для корпусов космических кораблей, способных выдерживать воздействие воды, радиации и других факторов.
4. Межзвездная среда как ресурс
Космические корабли могли бы быть оснащены системами для сбора и переработки наносиликатов и воды из межзвездных облаков, что сделало бы их более автономными и менее зависимыми от ресурсов Земли. Космические корабли могли бы использовать межзвездные облака как "оазисы" для пополнения запасов воды и других ресурсов, необходимых для жизни экипажа.
5. Навигация
Корабли будущего могли бы использовать датчики AME для обнаружения плотных молекулярных облаков, богатых ресурсами, или для избежания опасных зон с высокой концентрацией заряженных частиц. Если AME можно точно измерять, оно могло бы стать своеобразным "маяком" для межзвездных кораблей. Корабли могли бы использовать эти естественные сигнатуры для пассивной навигации, аналогично GPS, ориентируясь на пиковые частоты AME в разных регионах космоса.
ию жизни в экстремальных условиях.
6. Модулированные АМЕ и коммуникация в космосе
Космические корабли используют датчики, которые считывают AME-сигналы от межзвездных льдов для построения детальных навигационных карт. Это позволяет кораблям определять свою позицию без GPS и радиомаяков. Можно даже направленно модулировать AME, создавая коммуникационные линии в глубокий космос. Можно использовать для: навигация в темных зонах галактики, где мало звезд, в разведывательных зондах, использующие AME как источник информации.
7. Защита
Высокие дипольные моменты и связанное с ними микроволновое излучение могут влиять на электронику кораблей, создавая помехи или даже повреждая чувствительные приборы. Будущие космические аппараты могут нуждаться в специальной защите от этих эффектов, возможно, через экранирование или адаптивные сенсоры. Для межзвездных путешествий это означает, что корабли могут сталкиваться с естественными электромагнитными фонами, которые могут мешать навигации, связи и сенсорам.
8. Жизнь в космосе
Наносиликаты могут способствовать образованию сложных органических молекул в космосе. Возможны реакции с водородом, углеродом и другими элементами, ведущие к появлению аминокислот и предбиологических соединений.
Создание самовосстанавливающихся материалов на основе космических силикатов.
Использование наносиликатов как среды для хранения информации в квантовых вычислениях.
Наносиликаты на Земле
Применяются в нанотехнологиях: в качестве добавок в керамику, полимеры и композиты для повышения прочности и термостойкости. Применяются в медицине (например, в биосовместимых материалах). Встречаются в вулканическом пепле, глинах, осадочных породах. Многие природные минералы, такие как оливин и пироксен, содержат силикатные наночастицы.
Итог
Специальные корабли с электромагнитными антеннами могут собирать энергию из AME, фильтруют воду из силикатной пыли и используют аномальные излучения для точного позиционирования в глубоком космосе. Однако внезапные вспышки микроволнового излучения могут создавать навигационные ловушки, а некоторые регионы становятся "молекулярными штормами", где корабли могут теряться, если не умеют адаптироваться к изменяющимся электромагнитным условиям.
Присоединяйтесь к нашему телеграм-каналу https://t.me/scifi_blog
Мы пишем о Вселенной на доступном языке, делимся интересной научной фантастикой и новостями из мира наук, которые помогут вам лучше разобраться как устроен мир, законы Вселенной, откуда мы произошли и, возможно, куда мы все идем!
Взаимодействие катионов HCO+ с межзвездными отрицательными зернами. Квантовое химическое исследование и астрофизические последствия
Статья G. Римола и др.
В холодных галактических молекулярных облаках пылевые частицы, покрытые ледяными оболочками, обычно заряжены отрицательно за счёт захвата электронов из газа. При их взаимодействии с газообразными катионами происходит нейтрализация. В данной работе исследуется химический результат такой нейтрализации для HCO+, одного из самых распространённых катионов в молекулярных облаках. Квантово-механические расчёты показывают, что при адсорбции HCO+ на водяные кластеры с лишним электроном возможны два процесса: передача электрона от кластера к HCO+ или передача протона от HCO+ к кластеру. Энергетически более вероятен первый вариант, ведущий к образованию нейтрального радикала HCO. Однако в моделях химической эволюции межзвёздных облаков выяснилось, что этот процесс незначительно влияет на концентрацию HCO в газе и на поверхности пылевых частиц. Полученные результаты подтверждают, что межзвёздные пылевые частицы могут служить резервуарами электронов, способными запускать процессы переноса заряда. Эти механизмы могут играть важную роль в формировании молекулярного состава межзвёздной среды и химической эволюции Вселенной.
Далее представлены мои личные размышления и идеи.
Фантастика и идеи для будущего
1. Использование межзвёздной пыли как топливного источника
Если межзвёздные частицы могут выступать в роли "резервуаров электронов", это открывает возможность для разработки технологий, использующих такие частицы в качестве источника энергии. Например, звездолёты могли бы собирать заряженные пылевые частицы и использовать их в реакторах на основе квантового переноса электронов.
2. Химический синтез в глубоком космосе
Процессы передачи электронов могут позволить искусственное управление химическими реакциями в межзвёздном пространстве. Это может быть использовано для создания топлива, кислорода или даже сложных органических молекул без необходимости брать всё с собой.
3. Биохимическая эволюция в космосе
Если такие механизмы играют важную роль в формировании органических соединений, это подтверждает возможность появления жизни в космосе без необходимости планет. Возможно, колонии "космических бактерий" в межзвёздных облаках смогут существовать, используя эти процессы для поддержания метаболизма.
4. Межзвёздная связь через химические маркеры
Если такие реакции происходят повсеместно (на самом деле пока преимущественно в плотных частях облаков), можно использовать их для межзвёздной связи. Например, искусственно создавая определённые химические соединения в облаках пыли, можно передавать информацию на огромные расстояния.
5. Создания защитных полей
Электронный перенос от пылевых частиц к ионам может быть использован для создания систем нейтрализации заряженных частиц или для синтеза новых молекул. В контексте межзвездных перелетов это может быть полезно для защиты кораблей от заряженных частиц в межзвездной среде или для создания систем жизнеобеспечения, которые используют местные ресурсы.
6. Защита от радиации
Понимание процессов нейтрализации ионов может помочь в разработке систем защиты от космической радиации, что критически важно для длительных межзвездных перелетов. Силикаты могут добавляться во внешнюю поверхность корпуса корабля для прочности, а водород для защиты от заряженных частиц.
7. Астробиологические исследования
Поиск в межзвездной среде жизни или ее следов.
Какой потенциальный вред могут принести микрочастицы молекулярных облаков?
1. Химическая активность и коррозия
Ионы HCO⁺ являются химически активными и могут вступать в реакции с материалами корпуса космического корабля. Это может привести к коррозии или разрушению внешних слоев корабля, особенно если используются легкие или композитные материалы. Взаимодействие HCO⁺ с другими молекулами в облаке может приводить к образованию агрессивных химических соединений, которые могут повредить оборудование или системы жизнеобеспечения.
2. Накопление статического электричества
Высокая концентрация заряженных частиц может привести к накоплению статического электричества на поверхности корабля. Такие разряды могут повредить электронику или вызвать пожары. Накопление заряда может создавать электромагнитные помехи, которые нарушают работу научного оборудования, систем связи и навигации.
3. Вторичная радиация
В плотных молекулярных облаках заряженные частицы могут взаимодействовать с космическими лучами или другими высокоэнергетическими частицами. Это может приводить к образованию вторичной радиации, которая увеличивает общий радиационный фон и представляет угрозу для экипажа и оборудования. Даже если HCO⁺ сам по себе не является источником радиации, его присутствие в облаке может усиливать общий уровень радиационной опасности, приводя к повреждению ДНК и электроники.
4. Влияние на космо-"аэро"динамику и движение корабля
В плотных молекулярных облаках высокая концентрация газа и пыли может создавать сопротивление движению корабля, особенно если он движется на высоких скоростях. Это может привести к торможению и нагреву корпуса. Взаимодействие заряженных частиц с корпусом корабля может создавать локальные плазменные эффекты (образования), которые влияют на аэродинамические характеристики и устойчивость корабля.
5. Опасность для систем жизнеобеспечения
Пыль и газ могут попадать в системы жизнеобеспечения, такие как воздушные фильтры или системы очистки воды. Это может привести к их засорению или повреждению. Ионы HCO⁺ могут вступать в реакции с компонентами систем жизнеобеспечения, что может привести к образованию токсичных веществ.
6. Влияние на энергетические системы
Снижение эффективности солнечных панелей или даже повреждение ядерных реакторов (влияние на работу систем охлаждения или защиты).
7. Магнитные поля и плазма
Заряженные частицы могут взаимодействовать с магнитными полями, создаваемыми кораблем (если такие поля используются для защиты или навигации). Это может привести к нестабильности или повреждению систем. Взаимодействие заряженных частиц с корпусом корабля может создавать локальные плазменные эффекты (образования), которые могут повлиять на "аэро"динамические характеристики (если корабль движется на высоких скоростях).
Теоретическое определение энергий связи малых молекул на межзвездных ледяных поверхностях
Статья F.
Были представлены некоторые теоретические исследования (см. Duflot et al. и Das et al. ), в которых сообщается о классической молекулярной динамике и методах электронной структуры для нахождения энергий связи различных межзвездных видов и включаются некоторые из основных компонентов межзвездного льда. Представленные значения оправдывают использование астрохимического моделирования для оценки распространенности межзвездных видов. Эти вычислительные исследования в сочетании с инфракрасными наблюдениями JWST предоставят дополнительные сведения о пыли и ее физических и химических процессах. Однако недостатком для построения реалистичной астрохимической модели является отсутствие знаний о реакционной способности радикальных катионов. Для решения этой проблемы необходимы экспериментальные и теоретические исследования, как показано в работе Richardson et al. (статья I).
Далее представлены мои личные размышления и идеи.
Фантастика и идеи для будущего
1. Химические реакции на поверхности льда
Углерод (C) на поверхности льда может образовывать сложные молекулы, такие как COH₂ или COH−H₃O⁺. Это указывает на возможность протекания химических реакций на поверхности льда. Космические корабли могли бы использовать межзвездный лед как "химическую лабораторию" для синтеза необходимых веществ, таких как метанол (CH₃OH) или формальдегид (H₂CO), которые могут быть использованы в качестве топлива или сырья для других процессов.
2. Аморфный лед для хранения
Аморфный лед имеет более высокую энергию связывания по сравнению с кристаллическим льдом, что делает его более подходящим для хранения и стабилизации молекул. Корабли могли бы специально создавать аморфный лед для хранения ресурсов или использования его в качестве защитного слоя, устойчивого к воздействию радиации и других факторов. Также аморфный лед прочнее при экстремальных температурах.
3. Водород и кислород для топлива термоядерных двигателей
Космический корабль использует нанороботов-катализаторов, способных собирать замороженные молекулы H₂O, NH₃, CH₃ и CO₂ из межзвездных льдов. Используя фотокаталитические реакции, корабль расщепляет собранные молекулы на водород и кислород, генерируя реактивное топливо для термоядерных двигателей. Собранный аммиак и метан могут использоваться для создания дыхательных смесей или удобрений для биосферных систем на борту.
4. Самовосстанавливающийся корпус корабля, покрытый межзвездным льдом
Космические корабли используют наносиликаты и межзвездные льды для самовосстановления внешнего корпуса. При повреждении корпуса автоматические системы 3D-печати из воды, силикатов и углеродных соединений создают новый защитный слой. Внешняя оболочка корабля может быть покрыта слоем пористого льда, который снижает радиационные нагрузки и помогает поддерживать внутренний климат.
5. Адсорбционные щиты против радиации
Корабли покрываются динамическим адсорбционным слоем из межзвездного льда, который поглощает космическую радиацию. Различные молекулы можно направленно добавлять, например, силикаты для прочности, водород для защиты от заряженных частиц. Может применяться при перелетах через радиационные пояса (например, возле нейтронных звезд) и на орбитальных станциях в опасных зонах (например, возле активных черных дыр).
6. Автономные миссии без возвращения
Каталитическое синтезирование органики на борту кораблей является перспективным. Углерод на межзвездных льдах может вступать в химические реакции, приводя к образованию сложных молекул (аминокислот и сложных органических молекул). Это позволяет создавать пищевые вещества, не завися от Земли. В сочетании с бактериальными биореакторами можно выращивать клетки или даже искусственные ткани для медицины. Можно использовать в автономных миссиях без возвращения (например, отправка колонизаторов в дальний космос) и эксперименты по созданию жизни в экстремальных условиях.
Влияние энергий связи на десорбцию при столкновении
Исследование посвящено влиянию энергии связывания (BE) различных межзвездных молекул с водородным (H₂) субстратом на химическую эволюцию межзвездных льдов. В плотных межзвездных облаках большая часть поверхности пылевых частиц покрыта водяным льдом, но в более холодных регионах часть поверхности может быть покрыта молекулами H₂.
Далее представлены мои личные размышления и идеи.
Фантастика и идеи для будущего
1. Возможность использовать планетоиды и астероиды, покрытые H₂-льдом, как заправочные станции.
2. Межзвездный биом с "ледяными экосистемами"
Если H₂ и другие молекулы способны легко мигрировать по ледяной поверхности, можно представить организмы, живущие в межзвездных облаках, использующие энергию встречного десорбирования. Межзвездные молекулы могут образовывать химические связи при столкновениях и давать энергию для поддержания простых форм жизни. Процессы встречного десорбирования могут обеспечивать небольшие энергетические скачки, которые потенциально могут быть использованы биологическими системами.
Организмы, "живущие" на поверхности межзвездных пылинок, потребляющие молекулы H₂ и преобразующие их в сложные соединения, в том числе "космические кораллы", строящие структуры из замороженных органических молекул и поддерживающие межзвездную экосистему.
3. Уникальные "стелс"-технологии, скрывающие корабли в облаках десорбируемых молекул водорода.
4. Миры с поверхностными реакциями на основе водородного льда
Экзопланеты или экзолуны, покрытые водородным льдом, могут поддерживать уникальные химические процессы, основанные на низкотемпературных молекулярных реакциях.
Если водородный лед может действовать как катализатор, то на его поверхности могут происходить химические реакции даже при экстремально низких температурах.
На таких мирах органические молекулы могли бы формироваться без участия жидкой воды, только за счет медленных встречных десорбционных процессов: например экзопланета-"лаборатория", где сложные молекулы формируются прямо на поверхности ледяных равнин, создавая органический слой.
5. Живые облака
Верхние слои атмосферы газовых гигантов могут содержать молекулы, способные к активной миграции и химическим реакциям за счет встречного десорбирования. Сложные химические реакции в атмосфере планет-гигантов могут поддерживать экзотические формы жизни, зависимые от атмосферных потоков и фотохимических процессов.
Обитаемые слои атмосферы: если молекулы могут собираться на ледяных кристаллах, возможно существование "парящих экосистем", где органика оседает на пылевых частицах и служит пищей для экзожизни.
6. Ледяные луны и формы жизни
Низкие температуры не исключают химических реакций, если они катализируются эффектом встречного десорбирования. Возможны "жидкие газы", которые играют роль растворителей, аналогичных воде, но при гораздо более низких температурах. Ледяные насекомоподобные формы жизни, которые питаются энергией химических реакций в водородных кристаллах.
"Холоднокровные" организмы, которые используют тепловые выбросы редких вулканических процессов или радиоактивного распада под поверхностью.
7. Инопланетные организмы с механизмом "энергетического десорбирования"
Живые существа могут использовать энергию, высвобождаемую при встречном десорбировании, как источник метаболической активности.
На Земле уже существуют организмы, использующие хемосинтез, а здесь речь идет о более экзотическом аналоге. Водородные льды могут выступать как энергетические аккумуляторы, позволяя организмам медленно "размораживать" химические вещества для получения энергии.
Жизнь в атмосферах газовых гигантов: существа, зависимые от высвобождения энергии водородных молекул: "Ползающие кристаллы". Медленные, почти статичные организмы, которые перерабатывают водородные льды, создавая биоэлектрические поля.
8. Экзопланеты с сезонными химическими реакциями
На некоторых мирах могут существовать "сезонные химические циклы", где молекулы замерзают, а затем снова высвобождаются при изменении температуры. Из-за изменения температуры (например, на эллиптической орбите) молекулы могут регулярно замерзать и размыкаться, создавая периодические выбросы сложных соединений.
Подобные механизмы могли бы поддерживать циклическую химию, похожую на времена года на Земле, но на молекулярном уровне.
Сезонная жизнь: существа, которые существуют только в период таяния молекул, а затем впадают в стазис.
Химические экосистемы: "моря" из замерзших газов, которые становятся активными только на определенной стадии планетарного цикла.
Экспериментальные и вычислительные исследования реакционной способности катион-радикала метанимина и его изомера аминометилена с ацетиленом
Статья I.
В предыдущей статье было показано, что недостатком для построения реалистичной астрохимической модели является отсутствие знаний о реакционной способности радикальных катионов в космосе. Для решения этой проблемы необходимы экспериментальные и теоретические исследования, как показано в работе Richardson et al.
Исследование показало, что радикальные катионы метанимина (H₂CNH⁺) и аминометилена (HCNH₂⁺) реагируют с ацетиленом (C₂H₂), образуя сложные азотсодержащие ионы [C₃H₄N]⁺. Реакции происходят безбарьерно и экзотермически, что делает их возможными в межзвёздной среде и атмосфере Титана. Особенно важно образование протонированного винилцианида (CH₂CHCNH⁺), который может участвовать в синтезе органических молекул в космосе.
Далее представлены мои личные размышления и идеи.
Фантастика и идеи для будущего
1. Криохимические реакторы для строительства в космосе
Использование катионных реакций для синтеза строительных материалов в открытом космосе, например, создания полимерных оболочек и наноструктур для обшивки космических аппаратов или поселений. Ацетилен и нитрилы могут полимеризоваться в сложные углеродно-азотные структуры, которые могут быть использованы для создания прочных покрытий, теплоизоляции или даже самовосстанавливающихся материалов. Упомянутый в статье винилцианид является прекурсором акрилонитрила — ключевого строительного блока для органических полимеров. Это открывает возможность криохимического 3D-печати прямо в вакууме.
2. Межзвездные топливные облака для дозаправки кораблей
Создание искусственных зон с повышенной концентрацией реактивных газов (метанимин, ацетилен) в глубоких космических точках для заправки кораблей. Будущие звездолёты могут использовать лазеры или ионизационные установки для активации химических реакций, создавая топливо прямо в полете. Например, в зонах вокруг газовых гигантов или в космических туманностях можно размещать станции, инициирующие подобные реакции.
Автоматизированные "топливные станции": Возможно создание сети роботов-заправщиков, добывающих молекулы из межзвездных льдов и передающих их на звездолеты. Если в молекулярных облаках есть естественные резервуары ПАУ и др., то межзвездные корабли смогут путешествовать, заправляясь "по пути" подобно дозаправке в воздухе.
3. Ксенобиология и создание искусственной жизни
Использование нитрилов и аминокарбоновых соединений для синтеза базовых молекул внеземной жизни, которая сможет существовать в экстремальных условиях. Космические станции или корабли смогут запускать реакции, аналогичные тем, что происходят в атмосфере Титана, создавая строительные блоки для биополимеров, возможно, пригодных для искусственных форм жизни. Винилцианид обнаружен в атмосфере Титана, а также в межзвездной среде, и может участвовать в образовании сложных органических молекул.
Высокоразрешающая инфракрасная спектроскопия DC₃N дейтерированного цианоацетилена (DC₃N) и цианоацетилена (HC₃N), в области растяжения (диапазон инфракрасного спектра 1,500–3,500 см⁻¹)
Статья A
Недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) открывает необычайно подробный вид на инфракрасную Вселенную и станет мощным астрохимическим инструментом. С улучшением чувствительности и пространственного разрешения по сравнению с предыдущими и другими существующими технологиями, ожидается, что он вызовет революцию в изучении химических запасов газов и твердых веществ во многих внеземных средах, таких как области звездообразования, диски, ядра галактик со вспышкой звездообразования, а также атмосферы гигантских экзопланет. Инфракрасные спектры молекул сложны. Подробные исследования, посвященные вращательно-колебательному спектру подходящих астрохимических видов, такие как те, о которых сообщили Цзян и др. , предоставляют очень точные количественные данные о структуре их инфракрасных полос и спектральных профилях, тем самым полностью используя наблюдения JWST.
Исследование в этой статье дает важные данные для моделирования протопланетных дисков и атмосфер экзопланет. Развитие методов высокотемпературной спектроскопии поможет изучать другие астрофизически значимые молекулы.
Далее представлены мои личные размышления и идеи.
Фантастика и идеи для будущего
1. Поиск пригодных для жизни экзопланет
Улучшенные спектроскопические данные позволяют более точно анализировать атмосферные составы экзопланет. Это поможет отбирать миры с условиями, благоприятными для терраформирования или заселения. Молекулы DC₃N и HC₃N могут быть маркерами азотосодержащих соединений в составе экзопланетных атмосфер, важных для предбиологических процессов.
2. Оптический камуфляж для межзвездных кораблей
Знание инфракрасных характеристик молекул поможет разрабатывать покрытия, снижающие инфракрасное излучение кораблей, делая их менее заметными в глубоком космосе. Это может быть полезно как для защиты от естественных угроз (излучение, метеороиды), так и для скрытых миссий.
3. Альтернативные формы жизни
Молекулы DC₃N и HC₃N относятся к классу нитрилов, которые могут быть основой для экзотической биохимии (например, в метановых морях Титана). Космическая миссия может обнаружить экзопланету с плотной атмосферой, богатой HC₃N. Дополнительные исследования показывают, что там присутствуют катализированные реакции с использованием этих соединений в качестве основы метаболизма. Это открывает возможность существования жизни на основе нитрилов, отличной от земной.
Эти молекулы не только играют важную роль в астрохимии, но могут существовать в экстремальных условиях, что позволяет рассмотреть возможность неорганической формы жизни.
4. Технологии для обнаружения разумных цивилизаций
Экзопланеты с аномально высокими концентрациями нитрилов в верхних слоях атмосферы могут указывать на промышленную активность - выявлять следы техносигнатур развитой цивилизации.
5. Терраформирование
Нитрилы могут участвовать в генерации атмосферы и поддержании химического баланса в искусственных биосферах. При заселении экзопланеты с тонкой атмосферой для стабилизации климата запускаются химические реакции с HC₃N, позволяющие синтезировать ключевые органические соединения и поддерживать среду, пригодную для жизни.
6. Неорганическая форма жизни
Молекулы DC₃N и HC₃N устойчивы в экстремальных условиях (вакуум, высокие температуры, радиация). Они участвуют в сложных химических реакциях, формируя цепочки и сети молекул. Нитрилы могут катализировать альтернативные химические процессы, например, в атмосфере Титана.
Иаким образом возможна самоорганизация реакционных сетей, приводящая к появлению альтернативной "жизни", не основанной на углероде, воде или ДНК. Нитрилы становятся альтернативными строительными блоками для сложных молекулярных структур. Ионные реакции вместо ферментативных процессов осуществляют перенос энергии через каталитические реакции без белков. Могут быть использованы в качестве жидких растворителей (отличные от воды) жидкий метан, аммиак или даже сверхкритический углекислый газ. В атмосфере таких экзопланет с высоким содержанием HC₃N могут существовать "газовые" формы жизни, поддерживающие обмен энергией за счёт сложных фотохимических реакций.
7. Неорганическая жизнь в экстремальных условиях
На горячих экзопланетах (температуры выше 1000°C) возможны плазменные формы жизни, в которых химические процессы заменяются потоками заряженных частиц. В глубоком космосе могут существовать молекулярные колонии, состоящие из медленно взаимодействующих нитриловых соединений, поддерживающих химическую эволюцию. На холодных мирах (например, спутнике Титана) нитриловые соединения могут образовывать медленно развивающиеся структуры, имитирующие метаболизм. В атмосферах гигантских газовых планет могут существовать "облака-организмы", использующие химические процессы нитрилов для обмена веществ.
Идентификация малых ароматических молекул в содержащих воду астрофизических льдах
Статья B и E.
Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) могут быть предшественниками полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в межзвёздной среде. Эти молекулы, вероятно, присутствуют в молекулярных облаках, но пока не были обнаружены в водяном льду на пылевых частицах.
Неопознанные инфракрасные (UIR) полосы излучения наблюдаются в различных астрономических объектах. Коллективные излучения органических молекул полиароматических углеводородов (ПАУ) могут быть ответственны за эти UIR излучения. Однако ни один ПАУ еще не был идентифицирован в космосе. Считается, что моноциклические ароматические углеводороды играют важную роль в образовании таких ПАУ. Они, вероятно, могут присутствовать в мантии, в которой преобладает водяной лед. Таким образом, для содействия будущей идентификации необходимы лабораторные исследования ( Salter et al. ) этих простых ароматических углеводородов в присутствии водяного льда. Межзвездный лед может обрабатываться различными формами межзвездного излучения.
Исследование поведения ароматических молекул в межзвёздных льдах может привести к неожиданным гипотезам о формировании жизни на экзопланетах и существовании экзотических биохимических систем.
Далее представлены мои личные размышления и идеи, созданные вместе с ChatGPT/DeepSeek.
Фантастика и идеи для будущего
1. Углеводородные биосферы на ледяных экзопланетах
Гипотеза: Если бензол, толуол и ксилолы могут сохраняться в водяных льдах, а затем десорбироваться (испаряться) при определённых температурах, это может привести к формированию углеводородной биохимии в средах с низкими температурами.
🔹 Планета-океан с "ароматической" жизнью: На экзопланете с низкими температурами, но с жидкой водой подо льдом, бензольные кольца могут играть роль в формировании альтернативных мембран, заменяя фосфолипиды.
🔹 Подледные "ароматические" бактерии: Возможно существование организмов, использующих бензол и его аналоги в качестве основы для обмена веществ, формируя биохимию на углеводородах без фотосинтеза.
🔹 Химическая эволюция в подлёдных океанах: Аналогичные процессы могли бы происходить на спутниках вроде Европы или Энцелада, если ПАУ и их предшественники вовлекались в процессы абиогенного синтеза.
2. Органическая химия в атмосферах экзопланет
Гипотеза: Если бензол и его производные могут испаряться из льда в газовую фазу, они могут накапливаться в атмосферах экзопланет, создавая особые химические условия.
🔹 Планеты с органическими туманами: Подобно Титану, планеты с холодными атмосферами могут содержать слои ароматических молекул, фильтруя звёздное излучение и создавая уникальную фотохимию.
🔹 Химические "инкубаторы" для жизни: В атмосферах могут формироваться сложные органические соединения, которые позже оседают на поверхность и становятся предшественниками биологических молекул.
🔹 Биологическая адаптация: На таких планетах жизнь могла бы развить метаболизм на основе ароматических соединений, используя углеводородные цепи как энергетические субстраты.
3. Инопланетные экосистемы в углеродных облаках
Гипотеза: В молекулярных облаках, богатых углеводородами и водяным льдом, могут возникать необычные формы химической самоорганизации.
🔹 "Химическая жизнь" в протопланетных дисках: В регионах звёздообразования, где молекулы бензола и ПАУ свободно циркулируют, возможно появление квази-живых структур, образующих сложные молекулярные сети.
🔹 Долговременные органические резервуары: В таких облаках могут накапливаться молекулы, способные стать первичным строительным материалом для жизни, когда они попадут на подходящую планету.
4. Взаимодействие инопланетной цивилизации с "ароматическими мирами"
Гипотеза: Развитые цивилизации могут использовать ароматические молекулы в качестве энергетического источника или базы для биотехнологий.
🔹 Технологии на основе ПАУ: Если ПАУ устойчивы в экстремальных условиях, разумные виды могут использовать их как топливо или строительный материал.
🔹 Ксенобиологические симбионты: Инопланетные организмы могут симбиотически зависеть от углеводородных бактерий, формируя экосистемы с совершенно иной биохимией.
🔹 Экспансия в углеродные облака: Развитые виды могли бы обитать внутри молекулярных облаков, питаясь бензольными соединениями и используя инфракрасное излучение для фотохимии.
5. Органические нанокомпозиты для кораблей - на пути к органической технологии
Гипотеза: Взаимодействие ПАУс водяным льдом и другими компонентами может привести к созданию самовосстанавливающихся материалов, защищающих корабли от радиации.
🔹 Самовосстанавливающаяся броня: Если углеводородные соединения могут впитываться в лед, можно разработать теплоизоляционные щиты, которые бы самовосстанавливались при повреждении.
🔹 Биологические наноматериалы: Возможно создание органических сенсоров, чувствительных к внешним повреждениям и изменяющих свою структуру при радиации или столкновениях с микрометеоритами.
🔹 Живой корпус корабля: Полимерные ПАУ-композиты могут образовывать мембраноподобную поверхность, реагирующую на удары и адаптирующуюся к внешним условиям.
🔹 Живая экосистема в кораблях: Организмы, способные использовать бензольные кольца, могли бы создать замкнутую среду внутри звездолёта, поддерживающую жизнь без зависимости от внешних ресурсов. Это привело бы к созданию органических кораблей, напоминающих миниатюрные биосферы, путешествующие через галактику.
6. Космический "нефтяной бум" и добыча ПАУ в молекулярных облаках
Гипотеза: Межзвездные путешественники могут искать углеводородные месторождения в плотных туманностях и использовать их для создания новых технологий.
Если в туманностях есть обильные запасы углеводородов, это может стать основой для развития "космической промышленности" и создания колоний далеко за пределами Солнечной системы.
🔹 Космическое бурение ПАУ: Цивилизации могут строить добывающие комплексы внутри молекулярных облаков, перерабатывая углеводороды в топливо и пластик.
🔹 Летучие заводы: Орбитальные фабрики, способные собирать ароматические соединения, могут летать от одной туманности к другой, создавая материалы для строительства межзвездных кораблей.
🔹 Межзвездная нефтяная экономика: Разумные виды могут обменивать ПАУ между звездными системами, что создаст новую форму торговли и межзвездной экономики.
7. Ароматические молекулы как носители информации
Гипотеза: ПАУ могут использоваться в качестве альтернативных носителей информации, работающих в условиях космического вакуума.
🔹 Молекулярная память: Возможно создание долговечных молекулярных накопителей, в которых информация кодируется на уровне ароматических соединений.
🔹 "Биологические" процессоры: Органические PAHs могут использоваться в наноэлектронике, заменяя кремний в микросхемах и позволяя компьютерам работать при экстремальных температурах.
🔹 Послания для будущих цивилизаций: Космические аппараты могут оставлять молекулярные коды в астероидных льдах, ожидая, пока их найдёт другая разумная форма жизни. Такая технология позволила бы сохранять данные на тысячелетия и передавать информацию через поколения исследователей.
Исследование спектров поглощения в вакуумном ультрафиолете ледяного этилена при 13–60 K
Исследование поглощения вакуум-ультрафиолетового излучения (VUV) замороженным этиленом (C₂H₄) при низких температурах (13–100 K) имеет важные последствия для изучения экзопланет, комет, лунообразных спутников и даже возможных инопланетных форм жизни.
Далее представлены мои личные размышления и идеи, созданные вместе с ChatGPT/DeepSeek.
Фантастика и идеи для будущего
1. “Этиленовые организмы”: криофильная жизнь в атмосфере газовых гигантов на основе фазовых переходов
Обнаружение трех различных структур льда этилена (Ice I, II, III) в диапазоне 13–60 K указывает на возможность фазовых переходов. В экзопланетных условиях это могло бы означать уникальные химические реакции, способствующие абиогенному синтезу органики, подобно процессам в кометных ядрах. В атмосферах холодных газовых гигантов (например, аналогов Титана или Урана) могут существовать полимерные этиленовые формы жизни. Они используют фазовые переходы льда C₂H₄ как основу для энергетических процессов, аналогично тому, как жизнь на Земле использует воду.
Эти организмы могут существовать в облаках и использовать солнечное или космическое УФ-излучение для фотохимических реакций, накапливая энергию через полимеризацию этилена.
Вместо ДНК они могли бы иметь самовоспроизводящиеся этиленовые макромолекулы, устойчивые при температурах ниже -200°C.
2. “Живые льды” – Кристаллические организмы на ледяных спутниках
В подповерхностных океанах Европы, Энцелада или экзолун могут существовать кристаллические организмы, использующие переходы между структурами Ice I, II, III для движения и саморепликации.
Такие организмы могли бы существовать в ледяных трещинах, где радиация и приливные силы изменяют структуру льда. Их “метаболизм” мог бы зависеть от изменения поглощения УФ и перераспределения энергии внутри льда.
Возможно, это не биологическая, а квазиживая система, где информация передаётся через узоры льда.
3. “Ледяные друиды” – Интеллектуальные существа на замёрзших планетах
В условиях экстремального холода на экзопланетах без атмосферы могли бы существовать полимерные структуры, которые медленно эволюционируют под воздействием космических лучей. Они могли бы передавать информацию через изменение структуры этиленового льда, реагируя на изменения в звёздном спектре. Такая “жизнь” существовала бы миллионы лет без движения, но постепенно “обучаясь” адаптироваться к радиации.
Они могли бы создавать самовоспроизводящиеся структуры из этилена, формируя информационные “фрактальные сети”.
4. Криогенная консервация экипажа
В условиях глубокого космоса, где температура может достигать 13 K (-260°C), лёд этилена может менять структуру без разрыва молекулярных связей, что может быть использовано в криогенной консервации людей или биоматериалов. Если биологические ткани можно будет имитировать в структуре льда этилена, это откроет путь к безопасной гибернации экипажа. В будущем космические путешественники возможно смогут использовать замораживание в этиленовом льду в качестве долгосрочного способа гибернации.
5. Ледяные дома на экзопланетах
При низких температурах этилен образует устойчивые кристаллические структуры, что может позволить использовать его как строительный материал для баз. Такой лёд может быть дешёвым и самовосстанавливающимся материалом для модульных конструкций. Люди могут строить замороженные хранилища на ледяных экзопланетах, используя этиленовые структуры как защиту от радиации и источник химической энергии.
6. “Космические айсберги” – корабли из замёрзших газов
Вместо металлических корпусов корабли могут быть построены из блоков замороженного этилена и других органических соединений, собранных на астероидах. Они будут естественно защищены от радиации и смогут использовать собственные материалы как топливо.
7. “Жидкий мозг” – компьютеры на основе этиленового льда
Если этилен может менять структуру, можно создать информационные хранилища на основе его фазовых переходов. В будущем возможно появление компьютеров на основе замороженных газов, использующих переходы между фазами для записи информации. Это может привести к созданию искусственного интеллекта на основе этиленовых структур, который мог бы саморазвиваться в условиях глубокого космоса.
8. “Спящие флотилии”
Если этилен можно использовать для гибернации и защиты, то человечество может заранее отправить тысячи кораблей в далёкие уголки галактики, где они будут спать миллионы лет, пока не получат сигнал о пробуждении. Эти корабли будут заморожены в облаках межзвёздного льда и активируются по сигналу с Земли или при обнаружении пригодной для жизни планеты.
Анатомия молекулярных облаков Ориона — астрохимический метод
Статья С.
Молекулярное облако Ориона является звездным питомником, и там было обнаружено множество химически сложных молекул. Облако хорошо изучено и содержит множество областей звездообразования с высокой и низкой массой, как показали Саху и др . В качестве примера миллиметровые наблюдения молекулярного облака Ориона могут раскрыть физические и химические условия, связанные с гигантским комплексом молекулярных облаков.
Исследования Орионового молекулярного облака (ОМС) дают глубокое понимание химических процессов, происходящих в звездообразовательных регионах. Это знание может быть экстраполировано на экзопланетологию и изучение возможных инопланетных форм жизни. Рассмотрим несколько фантастических сценариев.
Далее представлены мои личные размышления и идеи, созданные вместе с ChatGPT/DeepSeek.
Фантастика и идеи для будущего
1. Зарождения жизни в протопланетных дисках до появления планет
ОМС богат сложными органическими молекулами (COM), включая метанол (CH₃OH), ацетальдегид (CH₃CHO), сложные эфиры и аминоформальдегид (NH₂CHO). Это указывает на возможность формирования биологически значимых молекул еще до появления планет.
Таким образом во Вселенной могут существовать планетные системы, где химический состав протопланетного диска уже на ранних стадиях включает молекулы, способствующие абиогенезу. На таких планетах жизнь могла бы зародиться значительно быстрее, чем на Земле, возможно, минуя длительные этапы химической эволюции. Представим мир, где органика была богата еще в молекулярном облаке. В результате первые живые клетки на экзопланете могли сформироваться в течение тысяч лет после ее охлаждения, а не миллиардов лет, как на Земле.
2. Планеты, "застрявшие" на стадии химической эволюции
Исследования ОМС показывают, что в некоторых частях облака (например, в ядрах λ-Orionis) химическая эволюция протекает медленно из-за фотодиссоциации и недостаточной плотности вещества. В галактике могут существовать планеты, находящиеся в "замороженной" химической стадии, где органические молекулы не успевают перейти к биологическим процессам из-за экстремальных условий – жесткого ультрафиолета, низкой плотности газов или недостатка жидкой воды. Можно представить цивилизацию, которая нашла такую планету и использует ее атмосферу как естественную "химическую лабораторию", где определенные реакции можно контролировать на миллионы лет вперед.
3. Жизнь в средах, насыщенных углеводородами и тяжелыми элементами
ОМС содержит молекулы вроде HCN, CO, N₂H⁺ и формальдегидов. Это указывает на существование богатых углеродом сред, которые могут стать основой для экзотических биосфер. На экзопланетах, сформированных в таких регионах, возможно существование жизни, основанной на альтернативной биохимии. Например, там могли бы существовать организмы, использующие углеводородные жидкости вместо воды и метанол как растворитель. Инопланетные формы жизни могут дышать не кислородом, а циановодородом (HCN), использовать кремний в качестве основного элемента для биоструктур и существовать при температурах ниже -100°C.
4. Звездные системы, в которых жизнь переживает постоянные химические трансформации
В некоторых звездных системах химический состав окружающей среды может постоянно меняться, заставляя жизнь адаптироваться к нестабильным условиям. Это могло бы привести к появлению организмов с уникальными свойствами – например, с изменяемым метаболизмом или возможностью полностью перестраивать химический состав своего тела в ответ на изменения окружающей среды. Представьте инопланетную цивилизацию, у которой биохимия эволюционирует за несколько поколений. Они могут менять свои молекулы на углеродные, кремниевые или даже металлические в зависимости от условий планеты, на которой живут.
5. Планеты, где жизнь зарождается несколько раз
Некоторые области ОМС проходят через несколько фаз звездообразования, а это значит, что химический состав среды обновляется волнами. На экзопланетах в таких регионах жизнь могла бы зарождаться, исчезать и возрождаться заново несколько раз из-за воздействия вспышек звезд, сверхновых или радиационных волн. Можно представить мир, где каждые 100 000 лет жизнь "перезапускается" – старые формы исчезают, а новые появляются, адаптируясь к новым химическим условиям. Это может быть мир, на котором цивилизации не успевают достигнуть технологического уровня до следующего "обнуления".
6. Заправка топливом в ОМС
ОМС богато органическими молекулами (метанол CH₃OH, формальдегид H₂CO, ацетальдегид CH₃CHO и цианистые соединения). Эти вещества могут использоваться как компоненты топлива или даже для синтеза сложных материалов. Космический корабль использует систему захвата молекул из окружающей среды для генерации топлива прямо в пути. Например, метанол может быть переработан в метановый или водородный двигатель, а сложные органические соединения – использованы для создания полимерных материалов для ремонта корпуса. Системы "молекулярных коллекторов" в виде магнитных ловушек или лазерных сепараторов, собирающий газ и пыль из ОМС, превращая их в топливо прямо во время полета.
7. Навигация по химическим маркерам и молекулярный след исчезнувшей цивилизации
ОМС содержит регионы с разной концентрацией молекул, что можно использовать для создания "химических карт" межзвездного пространства.
Корабли могут использовать сенсоры, анализирующие состав окружающей среды, чтобы определять свое местоположение без использования GPS или звездных карт. Например, в регионах с высокой концентрацией формальдегида корабли могут корректировать курс, чтобы избегать опасных областей с высокой радиацией. Корабли используют "молекулярный след" исчезнувшей цивилизации, определяя их путь по остаткам специфических химических соединений.
8. Межзвездные станции автономные химические фабрики
ОМС содержит элементы, необходимые для синтеза пищи, топлива и строительных материалов. Это позволяет создать плавающие станции, перерабатывающие межзвездную среду. Человечество может построить орбитальные "заводы", перерабатывающие молекулы ОМС для производства продовольствия, лекарств и материалов для дальнейшего освоения космоса.
Станция-корабль, дрейфующую в ОМС миллионы лет, перерабатывающую местные молекулы и постепенно строящую собственный космический город из окружающего газа и пыли.
9. Биосистемы на кораблях, использующие межзвездные молекулы
На межзвездных кораблях могут существовать экосистемы, поглощающие молекулы из космоса. Например, генетически модифицированные микроорганизмы способны захватывать метанол и перерабатывать его в биологические компоненты. Представьте живой корабль с биомассой, которая потребляет межзвездный газ и выделяет кислород, делая корабль самовосполняемым.
10. Межзвездные путешествия с использованием молекулярного разгона
Корабль использует ионный или плазменный двигатель, который "захватывает" молекулы углеводородов и ионизирует их, создавая устойчивый источник тяги без необходимости носить топливо на борту. Космический парусник с огромными электромагнитными крыльями, которые втягивают молекулы ОМС и разгоняются до околосветовых скоростей, используя их как рабочее тело для двигателя.
11. Инопланетные формы жизни, существующие в ОМС
ОМС богато органикой, и если жизнь может формироваться в условиях холодных облаков, то могут существовать газовые организмы, использующие химические реакции для питания. Межзвездные путешественники могут столкнуться с "облаками жизни" — разумными существами, которые используют химические реакции для хранения информации и обмена энергией. В ОМС могут встречаться гигантские колонии органических молекул, которые "питаются" ультрафиолетом звезд и могут обмениваться информацией через химические сигналы, реагируя на приближение кораблей.
Присоединяйтесь к нашему телеграм-каналу https://t.me/scifi_blog
Мы пишем о Вселенной на доступном языке, делимся интересной научной фантастикой и новостями из мира наук, которые помогут вам лучше разобраться как устроен мир, законы Вселенной, откуда мы произошли и, возможно, куда мы все идем!