Антону Павловичу Чехову принадлежат как минимум два научно-технических предвидения. В рассказе «Жалобная книга» он дал фактически исчерпывающее описание интернета. В рассказе «Письмо к учёному соседу» он предсказал, что в солнечных пятнах обязана находиться вода. Напомню конкретный текст: «Из какого именно мокрого тела сделаны эти самые пятны, если они не сгорают?» Блестящая предположение писателя существенно опередила время, и потому он должен был выразить её в сатирической форме, да ещё и положить в уста отставного урядника Василия Семи-Булатова, старательно замаскировав неадекватными изречениями. Но мы, далёкие потомки, вооружившись современными познаниями, легко отделяем зёрна от плевел и подтверждаем: да, Антон Павлович был прав, в солнечных пятнах вправду имеется вода. Единственное, в чём он легко напутал, так это в размещении следствия и причины. Не потому пятна холодные (не сгорают), что они влажные (содержат воду), а напротив.
По большому счету, звезда думается не через чур подходящим местом для молекул. Так как звезда — это раскалённый газ, плазма, термоядерные, но никак не химические реакции. Однако о том, что не на всей поверхности Солнца, но в солнечных пятнах смогут находиться молекулы, Норман Локьер думал ещё во второй половине 70-ых годов XIX века в книге «Studies in spectrum analysis». К тому времени спектры яркой поверхности солнечных пятен и Солнца наблюдались уже систематически. И в некоторых случаях в солнечных пятнах вправду были видны не линии, а полосы поглощения, говорящие о наличии не только отдельных атомов, но и их соединений. Дело в том, что молекула, в отличие от атома, может вращаться и выполнять колебательные перемещения. В том месте, где атом даёт одну спектральную линию, молекула способна породить множество близко расположенных линий, правильное положение которых зависит от того, как скоро молекула вращается либо колеблется. Вместо одной атомарной линии появляется частокол родных линий, сливающихся в единую молекулярную полосу.
Полосы в спектрах пятен и солнечного диска наблюдались ещё до публикации книги Локьера, но лишь в начале XX века Альфреду Фаулеру в первый раз удалось связать полосы в спектрах солнечных пятен с конкретным веществом — гидридом магния. Позднее солнечные молекулы обнаружились и вне пятен. Одна из основополагающих работ в области звёздной химии была размещена в 1934 году Генри Расселом. Он проанализировал «прочность» молекул и узнал, что кроме того при температуре солнечной поверхности кое-какие атомы способны объединяться в устойчивые пары. на данный момент на Солнце с той либо другой степенью достоверности найдено уже около двух десятков молекул, в основном оксидов и гидридов, что, в общем, неудивительно: кислород и водород — самые обильные химически активные атомы в солнечной воздухе. Имеется в том месте ещё и гелий, но от него химической активности ожидать, само собой разумеется, не приходится. Не смотря на то, что… хорошо, как-нибудь в второй раз.
Само собой разумеется, при температуре под 6 000 К выживают лишь двухатомные молекулы. Но в солнечных пятнах холоднее, около 4 000 К, исходя из этого в них возможно ожидать наличия и более сложных компонентов, хотя бы трёхатомных, – к примеру, воды. Не смотря на то, что имеется и другие соединения из трёх атомов, талантливые сберигаться в аналогичных условиях (к примеру, углекислый газ либо HCN), особый интерес наблюдателей постоянно привлекала как раз вода, по причине того, что в пятнах её, как показывают термодинамические расчёты, должно быть особенно большое количество (Семи-Булатов напрасно иронизировал). Но большое количество — это ещё не всё.
Я уже упомянул достоверность обнаружения. Что свидетельствует найти молекулу? Это указывает, что вы находите в спектре принадлежащие ей полосы. Как раз полосы, а несколько полосу, по причине того, что полос у каждой молекулы большое количество. Потом, различных молекул также большое количество, и их полосы накладываются друг на друга. Дабы разобраться в этом хитросплетении, необходимо, во-первых, взять спектр высокого качества, во-вторых, определить размещение не только полос, но и отдельных линий для каждой молекулы.
Разобраться в структуре спектра молекулы возможно двумя методами – вычислить его теоретически либо измерить в лаборатории. Сделать и то и другое с точностью, достаточной для анализа звёздных спектров, очень сложно. Представьте себе, к примеру, что вам необходимо измерить спектр пара, нагретого до 3 000 градусов. Это так сложно, что в действительности спектроскописты довольно часто предпочитают не солнечные спектры поверять экспериментальными данными, а напротив, применять Солнце в качестве бесплатной высокотемпературной лаборатории.
Вода в наблюдательном отношении особенно неудобна. Во-первых, не обращая внимания на, казалось бы, простое строение молекулы, спектр у неё сверхсложный, предъявляющий к качеству измерений и наблюдений особенные требования. Во-вторых, воды вправду большое количество! Причём не только на Солнце (либо в других космических объектах), но и на Земле. Исходя из этого попытки отыскать показатели наличия внеземной воды довольно часто сопряжены со большими упрочнениями по их отделению от показателей наличия воды в земной воздухе. К счастью, у тёплой солнечной воды имеется линии, которым не мешает холодная земная вода, но для их наблюдения необходимо уходить в инфракрасный диапазон. Исходя из этого, не смотря на то, что сообщения об отождествлении линий воды в спектрах солнечных пятен оказались ещё во второй половине шестидесятых годов прошлого века, с уверенностью сказать о том, что солнечные пятна вправду содержат воду, стали лишь в самом финише XX века.
Согласитесь, что факт наличия воды на Солнце и сам по себе очень забавен. Но поиск воды и других солнечных молекул, само собой разумеется, позван не только спортивным интересом. Из-за более сложной структуры молекулы посильнее атомов ощущают влияние окружения; соответственно, их линии несут в себе больше информации о том, что происходит на Солнце. К примеру, по наблюдениям линий оксида углерода (CO) возможно определять параметры конвекции, потому, что разрушения и условия формирования данной молекулы во многом зависят от температуры.
Та же молекула CO была индикатором содержания кислорода, их изотопов и углерода: важное преимущество с учётом так именуемого «кислородного кризиса», пара лет назад поразившего астрономию. Тогда стало известно, что содержание кислорода на Солнце, определённое по спектру, существенно уступает содержанию, определённому способами гелиосейсмологии. Скоро добавилось ещё одно несоответствие — между содержанием тяжёлых изотопов кислорода на Солнце, на Земле и в солнечном ветре (последнее было выяснено при помощи космического аппарата «Genesis»).
Согласитесь, это пара некомфортно — признать, что мы не в состоянии в своей квартире, в нашей системе, разобраться в содержании химического элемента, занимающего третье место по распространённости во Вселенной. В недавней статье Томас его коллеги и Айрес высказали предположение, что если не устранить все несоответствия, то хотя бы нивелировать их возможно, применяя наблюдения солнечного оксида углерода. В этом случае удаётся согласовать по крайней мере относительное содержание изотопов кислорода на Солнце и в солнечном ветре. Да и неспециализированное содержание кислорода в этом случае приближается к значению, которое (цитируя статью) «гелиосейсмологи имели возможность бы проглотить, не морщась».
Недавно показалась кроме этого статья о том, к примеру, каким ответственным с позиций изучения солнечных пятен может оказаться молекулярный водород, что в силу большого содержания играется уже роль не пассивного свидетеля, но участник эволюции пятна, воздействуя на происходящие в нём процессы. А эти процессы, кстати, время от времени приводят к солнечным вспышкам, которыми мы все так сейчас озаботились.
Однако сейчас интерес к солнечным молекулам как-то поугас. Работ выходит мало, и цитируются они не через чур деятельно. Что делать, интересы наблюдателей и теоретиков сосредотачиваются в других областях, в соответствии с градацией (18+), введённой солнечным физиком Джереми Дрейком. Прямо хоть бери дело гелиохимии в собственные руки. Бесплатно, что ли, существование воды в солнечных пятнах было предсказано как раз в Российской Федерации?