7K
Международная группа астрономов в лаборатории Лейденского университета (Нидерланды) экспериментально подтвердила, что метан может образовываться на частицах ледяной пыли в космосе. Само предположение было выдвинуто уже давно, но доказательств не было, поскольку воспроизвести космические условия достаточно трудно. Исследователи представили свои выводы в журнале Nature Astronomy.
Метан, известный нам как основное соединение природного газа, является одним из самых простых углеводородов. Он состоит из атома углерода с четырьмя атомами водорода: CH4. На Земле мы в основном знаем метан как горючий газ, который образуется из разлагающегося органического материала. Он также присутствует в космосе в виде газа, жидкости или льда. Например, Нептун и Уран содержат, помимо водорода и гелия, в основном газообразный метан. На луне Сатурна Титане идут дожди из сжиженного метана. А за пределами нашей системы в межзвездном пространстве метановый лед входит в десятку самых распространенных льдов.
Преобладающее мнение о том, как метан создается в космосе, заключается в том, что сначала образуется соединение СН, затем СН2, СН3 и, наконец, СН4. В газовой фазе эта реакция идет медленно. Но поскольку метан образуется на зерне ледяной пыли, сама пылинка помогает ускорить процесс формирования. В часности, пылевые зерна обеспечивают место «притяжения» для атомов, увеличивая их вероятность встретиться друг с другом на просторах космоса. Они также могут поглощать энергию, получаемую в результате химических реакций, которые в противном случае могли бы разрушить молекулы, такие как метан.
Но это теория, а что происходит на практике?
Исследователям из Лаборатории астрофизики Лейденской обсерватории впервые удалось получить метан в условиях, соответствующих космической среде, позволив атомам водорода сталкиваться с атомами углерода при температуре минус 263 градуса Цельсия в условиях сверхвысокого вакуума на ледяной поверхности. Ранее им удавалось получить воду (H2O) и аммиак (NH3) аналогичным образом, однако реакции с атомами углерода оказались более сложными.
«Трудно провести эксперимент с атомами углерода. Он довольно «липкий», поэтому сложно создать контролируемый пучок его чистых атомов», – объясняет ведущий автор исследования Данна Касим, аспирант Лейденской обсерватории.
Ученые варьировали условия в своих экспериментах. Это позволило им точно выяснить, как и насколько эффективно образуется метан в результате реакции атомов углерода и водорода. Было обнаружено, что замороженный метан лучше формируется в богатой водой среде. Это согласуется с астрономическими наблюдениями, которые показывают, что метановый и водяной льды в космосе должны образовываться одновременно.
Исследованные процессы имитируют условия, которые существуют в космосе до образования новых звезд и планет. Они подтверждают, что метан, который мы видим на планетах, таких как Уран или Нептун, был, вероятно, доступен задолго до формирования нашей Солнечной системы.