Астрохимики получили «межзвездный» глицин в лаборатории
Астрохимики получили аминокислоту глицин, облучая электронным пучком тонкие пленки в условиях низких температур и сверхвысокого вакуума. Предполагается, что именно таким образом идет образование сложных органических молекул в межзвездной среде, кометах и ледяных спутниках планет. Статья опубликована в журнале The Journal of Chemical Physics, кратко о работе рассказывается в пресс-релизе на сайте Американского физического института.
Сложные органические молекулы, основные «кирпичики» белковой жизни, связаны не только с нашей планетой — они также обнаруживаются в областях звездообразования и туманностях, в кометах, метеоритах и спутниках планет в Солнечной системе. Среди этих молекул можно выделить глицин (H2N-CH2-COOH), который является простейшей аминокислотой, входит в состав почти всех известных белков и ранее был обнаружен в межзвездной среде и в составе кометы 67P/Чурюмова—Герасименко.
Предполагается, что такие молекулы образуются в ледяных оболочках пылевых зерен в плотных и холодных (10-20 кельвин) молекулярных облаках или в поверхностном ледяном слое некоторых тел под действием нагрева, частиц космических лучей и излучения от различных объектов. Известно, что во время взаимодействия излучения высокой энергии с конденсированным веществом образуются нетепловые вторичные электроны (в основном с энергиями менее ста электронвольт), которые могут играть важную роль в химических процессах в астрофизических льдах.
Группа исследователей во главе с Майклом Уэллсом (Michael Huels) решила выяснить роль таких электронов в образовании органических молекул (в частности глицина) в космическом льду. Сначала они получили тонкие пленки, содержавшие углекислоту, аммиак и метан в соотношении 1:1:1, которые осаждались из паровой фазы на платиновую фольгу при температуре 22 кельвина в условиях сверхвысокого вакуума. Затем, при той же температуре, ученые облучали пленки пучком электронов с энергиями до 70 электронвольт, после чего производили термодесорбционный анализ пленок для определения наличия в них глицина.
Выяснилось, что глицин действительно образуется — в среднем, один из 260 электронов с энергией 70 электронвольт, попадавших в пленки, приводил к образованию одной молекулы глицина. При этом наблюдается энергетический порог для прохождения реакции образования, который составляет примерно 9,5 электровольт. Оценки показывают, что в ледяной оболочке «лабораторного» ледяного зерна вторичные низкоэнергетические электроны, рождающиеся при облучении потоками частиц и излучения, характерных для молекулярных облаков и поверхностей спутников планет-гигантов, каждую секунду на каждом квадратном сантиметре поверхности будут образовывать до 60 молекул глицина. Если же учесть более близкий к реальности состав астрофизических льдов (~20% СО2, ~2% СН4 и ~ 10% NH3), то аналогичные количества глицина могут образовываться за 5,5×106 лет в плотных, холодных, межзвездных облаках или примерно за 30 дней в ледяных оболочках спутников Юпитера.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые обнаружили следы хиральных органических молекул в межзвездном пространстве. Обнаруженная окись пропилена относится к категории эпоксидов и обладает двумя зеркальными изомерами. Поиск подобных соединений и важен для того, чтобы определить, почему подавляющее большинство биомолекул (белки, ДНК) состоят лишь из изомеров одного типа.
Александр Войтюк
Оно возникло из-за сильной солнечной вспышки и выброса плазмы
Китайские астрономы сообщили о первом случае регистрации наземного возрастания солнечных космических лучей на Земле, Луне и Марсе. Само по себе событие не было очень мощным и возникло в октябре 2021 года из-за сильной вспышки и коронального выброса массы на Солнце. Статья опубликована в журнале Geophysical Research Letters. Когда на Солнце происходят мощные вспышки или корональные выбросы массы, то в гелиосфере наблюдается возрастание интенсивности энергетических частиц солнечных космических лучей (в основном это протоны), которые способны негативно влиять на здоровье астронавтов или электронику космических аппаратов и кораблей. При этом могут возникать события наземного возрастания солнечных космических лучей (GLE-событие), когда ускоренные протоны с энергиями от пятисот мегаэлектронвольт до нескольких гигаэлектронвольт способны достичь поверхности Земли, порождая в атмосфере множество вторичных частиц, что обнаруживается наземными детекторами. Такие события относительно редки, с 1942 года их зарегистрировано 73 штуки. Группа астрономов во главе с Го Цзиннань (Jingnan Guo) из Научно-технического университета Китая опубликовала результаты анализа наблюдений первого случая регистрации наземного возрастания солнечных космических лучей на поверхностях сразу трех небесных тел — Земли, Луны и Марса. Речь идет о событии GLE73, которое произошло 28 октября 2021 года и связано с солнечной вспышкой класса X1.0 и сопровождавшим ее мощным корональным выбросом массы. Ученые рассматривали данные, полученные прибором LND на борту китайской станции «Чанъэ-4» на поверхности обратной стороны Луны, инструментом CRaTER на борту орбитального лунного зонда LRO, детектором RAMIS на спутнике Eu:CROPIS на полярной 600-километровой околоземной орбите, а также детектором RAD на борту марсохода «Кьюриосити». Поскольку Луна не имеет глобального магнитного поля или плотной атмосферы, то солнечные космические лучи могут достигать ее поверхности напрямую, а также взаимодействовать с реголитом, порождая вторичные частицы. У Марса тоже отсутствует глобальная магнитосфера, однако есть тонкая атмосфера, в которой солнечные космические лучи способны терять часть энергии и генерировать вторичные частицы, которые, как и в случае Луны, будут возникать и при взаимодействии первичных частиц с грунтом. В случае околоземной орбиты измеренная общая доза поглощенного излучения от солнечных космических лучей составила 10,474 миллигрей, околомарсианской — 9,186 миллигрей, окололунной — 31,191 миллигрей. На показания детектора RAMIS, скорее всего, влиял тот факт, что он находился за трехмиллиметровым алюминиевым экраном, в то время как CRaTER был наименее экранированным детектором. В случае лунной поверхности измеренная доза поглощенного излучения составила около 17 миллигрей, при этом значение смоделированной дозы составляет около 11 миллигрей. Для поверхности Марса поглощенная доза составила 0,288 миллигрея, при этом наиболее верная по мнению ученых модель дает значение дозы 0,315 миллигрея. Ученые отмечают, что радиационный эффект GLE73 по сравнению с другими GLE-событиями не выглядит очень большим, возможно из-за недостаточной эффективности ускорения частиц во время выброса или вспышки. Считается, что острая лучевая болезнь развивается у человека, если его тело получит дозу выше 700 миллигрей одномоментно или за короткое время. Ни одно из событий типа GLE на Марсе не преодолело этот порог по измеренной дозе, а вот на Луне 12 из 67 событий превысили этот уровень. Для лучшего понимания угрозы таких событий для астронавтов и техники, а также создания более точных моделей, необходимо продолжать мониторинг радиационной обстановки как на Земле, так и в межпланетном пространстве и на поверхности других небесных тел. Ранее мы рассказывали о том, как десять космических аппаратов отследили путешествие солнечной плазмы по Солнечной системе.