Stardust in vitro

Исследователи из Института Орсэ задались целью получить в лабораторных условиях так называемые частицы GEMS (glass with embedded metal and sulphides – стекло с включенными металлами и сульфидами), из которых в основном состоят частицы простейшей межпланетной пыли – той самой, образцы которой доставлены на Землю зондом StarDust. Французские астрономы хотели пролить свет на происхождение минеральных включений в простейшее твердое вещество в Солнечной системе.

Как полагают ученые, примерно 5% GEMS имеют досолнечное происхождение и представляют собой остатки вещества, из которого сформировалась Солнечная система. Остальные 95% могли возникнуть на начальных этапах формирования нашей планетной системы.

Ученые нагревали до 500–700ºС различные аморфные оливины (сульфаты магния-железа) в глубоком вакууме. После нагревания образовывались круглые железные наногранулы, заключенные в частицы остеклившихся силикатов, очень похожие на GEMS.

Все железо оказалось восстановленным, а магний остался в силикатах. Так ученым удалось объяснить, почему кометная и звездная пыль имеет в своем спектре линии магния, а линии железа отсутствуют.

Полученные лабораторно частицы тоже скрыли восстановленное железо от лабораторного анализа.

Это – первый случай получения аналогов GEMS в лаборатории. Результаты своих экспериментов ученые намерены опубликовать в Astronomy & Astrophysics. И, как говорят сами авторы исследования, теперь они с нетерпением ждут анализов межзвездной пыли, доставленной зондом Stardust.

Зонд Stardust запущен в 1999 году. За семь лет он успел пролететь мимо небольшого астероида 5535 Annefrank и ядра кометы Вильда-2, с которой сблизился в январе 2004 года. Главной задачей аппарата стала доставка на землю кометной пыли и межзвездного вещества, которые собирались с помощью специального уловителя из сверхлегкого материала — аэрогеля.

После вскрытия капсулы, вернувшейся на Землю в январе 2006 года, оказалось, что кометного вещества в ней даже больше, чем ожидалось. Один из ученых NASA заявил, что доставленная космическим аппаратом Stardust капсула содержит более миллиона различных частиц, которые теперь ученые подвергнут всестороннему изучению. Первые образцы вещества уже доставлены в лаборатории США и Великобритании. Всего частички, доставленные из глубокого космоса, будут отосланы более чем сотне ученых.

Изучение кометного вещества также пройдет с помощью пользователей Сети — специалисты из Калифорнийского университета предложили пользователям интернета принять участие в проекте Stardust@home и помочь отыскать частички кометного вещества, собранные зондом Stardust.

Сам же зонд 29 января 2006 года переведен в «спящий режим», чтобы сэкономить энергоресурсы корабля для будущих исследований. В следующий раз к Земле аппарат приблизится в 2009 году.

Прародитель фотосинтеза

Химики смогли приблизиться к пониманию того, как живые существа начали «производить» кислород из воды. Теперь ученые могут попытаться воспроизвести этот процесс сами.

Сотрудники Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при министерстве энергетики США с участием ученых из Германии наконец-то смогли расшифровать структуру протеинового фотосинтезирующего комплекса, получившего название «фотосистема II». Он встречается у сине-зеленых водорослей и цианобактерий, которые и начали наполнять атмосферу Земли кислородом более трех миллиардов лет назад. Эта фотосистема катализирует фотоокисление воды с участием видимого света. В этом процессе происходит выделение молекулярного кислорода.

До сих пор установить его точную структуру не удавалось, несмотря на применение самых различных методов.

Даже дифракционная рентгеновская спектроскопия, дающая разрешение в 3 ангстрема, не позволила ученым понять, как расположены атомы металлов в комплексе. Отчасти это происходит из-за того, что комплекс, являющийся катализатором процесса фотосинтеза, очень чувствителен к излучению, так как именно энергия квантов света поддерживает реакцию расщепления воды с образованием кислорода.

Техника, примененная в нынешнем исследовании, использует намного меньшие энергии излучения. Международная группа ученых применила новые способы физического рентгеноструктурного анализа – комбинированную рентгеновскую абсорбционную спектроскопию и кристаллографию. И им впервые удалось установить структуру комплекса из четырех атомов марганца и одного атома кальция, входящих в основу «фотосистемы II».

Как полагают авторы работы, именно с такого простейшего фотосинтетического комплекса человечеству следует начинать свои попытки в лабораторном воссоздании этого процесса.

В итоге, как полагают ученые, создав аналогичный катализатор, можно решить и топливную проблему. Несмотря на то что в природе в результате фотосинтеза водород не образуется – атомы водорода участвуют в образовании органических молекул с участием углекислого газа, – в такой реакции возможно получить и водород. Авторы исследования уверены: при помощи катализаторов, подобных изученному, можно прийти к новому, гораздо более дешевому способу получения водорода из воды для новых топливных систем.

Приближающийся топливный кризис породил огромное количество исследований, которые очень издалека, но создают водородную энергетику будущего. Ещё одна работа в данной области показывает, как полученный с помощью фотокатализа водород можно хранить.

Группа химиков-теоретиков под руководством профессора Сеульского университета Чжисуна Има просчитала материал, который сможет накопить необходимое количество водорода при комнатной температуре. Дело в том, что одна из главных проблем водородного двигателя – это проблема транспортировки водорода. Баллонный газ взрывоопасен, а разработать удобный химический «транспортер» оказалось очень сложно.

В результате вычислений теоретики пришли к выводу, что полиацетилен, в котором часть атомов водорода замещена атомами титана, сможет при комнатной температуре сорбировать до 7,6% водорода по весу, что соответствует 63 килограммам на кубометр. Повышенная емкость обусловлена тем, что каждый атом титана способен «притянуть» к себе до 5 молекул водорода. Осталось только создать такой материал на практике.