Звездная археология: от Большого взрыва к человеческой плоти
Человечество ищет свои корни с момента возникновения Вселенной и нашло их в молекулах химических элементов. Об осознании самих себя и своей роли во Вселенной рассказывает Анна Фребель – доктор астрономии и специалист по звездной археологии.
Одна из самых романтичных цитат науки принадлежит Карлу Сагану: «Азот в нашей ДНК, кальций в наших зубах, железо в нашей крови, углерод в нашем яблочном пироге были созданы в сердцах умирающих звезд. Мы – звездная пыль». Но мы не просто созданы из звездного вещества, мы состоим из фундаментальных элементов, появившихся в первые секунды после Большого взрыва.
О химии сотворения мира рассказывает Анна Фребель, доктор астрономии Массачусетского технологического института и автор книги «Поиск старых звезд: древние реликвии ранней Вселенной».
«Действительно, предназначение звездной археологии сводится к утверждению, что мы – дети звезд. Мы собираем из истории разрозненных элементов химическую эволюцию Вселенной – а это основа развития жизни на Земле», – говорит исследовательница.
Элемент 1: водород (H)
Это самый легкий и самый распространенный элемент во Вселенной – на его долю приходится 88,6% всех атомов. Из водорода состоят звезды и межзвездный газ; он входит в состав всех органических соединений; в виде воды этот элемент принимает участие во многих геохимических и биологических процессах.
Водород считается самым первым элементом, возникшим после Большого взрыва.
«Водород сформировался в результате Большого Взрыва, когда все субатомные частицы соединились и образовали протоны и нейтроны. Таким образом, мы не просто дети звезд, мы – эхо Большого взрыва», -– утверждает Флебель.
Именно из водорода создаются другие жизненно важные химические элементы, объясняет она:
«В недрах звезд проходят процессы ядерного синтеза, в результате которых появляются тяжелые элементы. Более легкие элементы сливаются в более тяжелые, начиная с водорода. Из четырех атомов водорода создается один атом гелия; из трех атомов гелия – атом углерода, – и так далее».
Пожалуй, мы связаны с физикой высоких энергий теснее, чем мы думаем.
Элемент 2: углерод (С)
Если водород – это материя, то углерод – это жизнь. Этот элемент есть в воде и воздухе, в почве и земной коре, в наших костях и плоти. То, что мы называем белками, жирами и сахарами – это соединения углерода. Через живые организмы постоянно проходит углекислый газ (СO2). Без углерода на Земле не было бы жизни. Осталось лишь узнать, как он появился – может быть, мы откроем тайну нашего существования?
«Мы, люди, и другие известные нам формы жизни состоят из углерода и значительно меньшего количества других элементов. Сейчас мы размышляем над тем, сколько углерода появилось в разные эпохи существования Вселенной, с помощью каких процессов и в каких типах звезд, в какие стадии их развития – и как он, в конечном счете, оказался на Земле. Мы как будто возвращаемся в наше далекое прошлое», -– размышляет профессор Фребель.
Возможно, когда мы поймем, как зарождалась жизнь на Земле, мы догадаемся, как она могла бы развиваться на других планетах и какой она была бы сейчас. А вдруг тем, кто обитает в далеких галактиках, для жизни нужен не углерод, а, к примеру, метан?
Элемент 3: кислород (O)
Без дыхания нет жизни, а само слово «дыхание» в этой логической цепочке вполне можно заменить словом «кислород». Этот химический элемент является окислителем. Медленное окисление органических веществ в организме – энергетическая основа нашего существования.
Сейчас свободный кислород (O2) занимает 23% земной атмосферы. Однако 3 млрд лет назад его практически не было в воздухе – атмосфера состояла из метана, углекислого газа, аммиака и сероводорода. Цианобактерии, одни из первых живых существ Земли, поглощали углекислый газ и выделяли кислород – совсем как растения. Именно этот побочный эффект обмена веществ цианобактерий привел планету к «кислородной катастрофе» – перенасыщению атмосферы свободным кислородом, перестройке биосферы и оледенению.
Как и другие элементы, кислород, был создан в сердцах далеких звезд.
«Если добавить к ядру углерода ядро гелия, как раз и получится кислород», – комментирует профессор Фребель.
Наша история простирается дальше, чем мы могли бы предположить, а наше будущее неизбежно пройдет среди звезд. Возможно, нам пора осознать, насколько тесно мы связаны с космосом.
Комментарии