КОСМОХИМИЯ
(от
космос
и химия), наука о хим. составе космич. тел, законах распространённости
и распределения хим. элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции
атомов при образовании космич. вещества. Наиболее изученная часть К.- геохимия.
К. исследует преим. «холодные» процессы на уровне атомно-молекулярных
взаимодействий веществ, в то время как «горячими» ядерными процессами в
космосе - плазменным состоянием вещества, нуклеогенезом (процессом образования
хим. элементов) внутри звезд и др.- в основном занимается физика. К.- новая
область знания, получившая значительное развитие во 2-й пол. 20 в. гл.
обр. благодаря успехам космонавтики. Ранее исследования хим. процессов
в космич. пространстве и состава космич. тел осуществлялись в основном
путём спектрального анализа излучения Солнца, звёзд и, отчасти,
внешних слоев атмосфер планет. Этот метод позволил открыть элемент гелий
на Солнце ещё до того, как он был обнаружен на Земле. Единственным прямым
методом изучения космич. тел был анализ хим. и фазового состава раз-лич.
метеоритов, выпадавших на Землю.
Так был накоплен
значит, материал, имеющий фундаментальное значение и для дальнейшего развития
К. Развитие космонавтики, полёты автоматич. станций к планетам Солнечной
системы - Луне, Венере, Марсу - и, наконец, посещение человеком Луны открыли
перед К. совершенно новые возможности. Прежде всего - это непосредственное
исследование пород Луны при участии космонавтов или путём забора образцов
грунта автоматич. (подвижными и стационарными) аппаратами и доставка их
на Землю для дальнейшего изучения в хим. лабораториях. Кроме того, автоматич.
спускаемые аппараты сделали возможным изучение вещества и условий его существования
в атмосфере и на поверхности др. планет Солнечной системы, прежде всего
Марса и Венеры.
Одна из важнейших
задач К.- изучение на основе состава и распространённости хим. элементов
эволюции космич. тел, стремление объяснить на хим. основе их происхождение
и историю. Наибольшее внимание в К. уделяется проблемам распространённости
и распределения хим. элементов. Распространённость хим. элементов в космосе
определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Хим. состав Солнца, планет земного
типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен.
Образование ядер химических элементов связано с различными ядерными процессами
в звёздах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звёзды и звёздные
системы имеют неодинаковый химический состав. Известны звёзды с особенно
сильными спектральными линиями Ва или Mg или Li и др. Распределение химических
элементов по фазам в космич. процессах исключительно разнообразно. На агрегатное
и фазовое состояние вещества в космосе на разных стадиях его превращений
оказывают разностороннее влияние: 1) огромный диапазон темп-р, от звёздных
до абсолютного нуля; 2) огромный диапазон давлений, от миллионов атмосфер
в условиях планет и звёзд до космич. вакуума; 3) глубоко проникающие галактическое
и солнечное излучения различного состава и интенсивности; 4) излучения,
сопровождающие превращения нестабильных атомов в стабильные; 5) магнитное,
гравитационное и др. физич. поля. Установлено, что все эти факторы влияют
на состав вещества внешней коры планет, их газовых оболочек, метеоритного
вещества, космич. пыли и др. При этом процессы фракционирования вещества
в космосе касаются не только атомного, но и изотопного состава. Определение
изотопных равновесий, возникших под влиянием излучений, позволяет глубоко
проникать в историю процессов образования вещества планет, астероидов,
метеоритов и устанавливать возраст этих процессов.
Благодаря экстремальным
С развитием
Исключительное
Далее в планетах
Соударения
Эти и др. процессы
Результаты
Лит.: Виноградов
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
условиям в космич. пространстве протекают процессы и встречаются состояния
вещества, не свойственные Земле: плазменное состояние вещества звёзд (напр.,
Солнца); конденсирование Не, Н
образование нержавеющего железа в космич. вакууме при взрывах на Луне;
хондритовая структура вещества каменных метеоритов; образование сложных
органич. веществ в метеоритах и, вероятно, на поверхности планет (напр.,
Марса). В межзвёздном пространстве обнаруживаются в крайне малых концентрациях
атомы и молекулы многих элементов, а также минералы (кварц, силикаты, графит
и т. д.) и, наконец, идёт синтез различных сложных органич. соединений
(возникающих из первичных солнечных газов Н, СО, NH
пространстве - оптически не активны.
астрофизики
и
нек-рых др. наук расширились возможности получения информации, относящейся
к К. Так, поиски молекул в межзвёздной среде ведутся посредством методов
радиоастрономии.
К кон. 1972 в межзвёздном пространстве обнаружено более 20 видов молекул,
в т. ч. несколько довольно сложных органич. молекул, содержащих до 7 атомов.
Установлено, что наблюдаемые концентрации их в 10-100 млн. раз меньше,
чем концентрация водорода. Эти методы позволяют также посредством сравнения
радиолиний изотопных разновидностей одной молекулы (напр., Н
и Н
газа и проверять правильность существующих теорий происхождения хим. элементов.
значение для познания химии космоса имеет изучение сложного многостадийного
процесса конденсации вещества низкотемпературной плазмы, напр, перехода
солнечного вещества в твёрдое вещество планет Солнечной системы, астероидов,
метеоритов, сопровождающегося конденсационным ростом, аккрецией (увеличением
массы, «нарастанием» любого вещества путём добавления частиц извне, напр,
из газопылевого облака) и агломерацией первичных агрегатов (фаз) при одновременной
потере летучих веществ в вакууме космич. пространства. В космич. вакууме,
при относительно низких темп-рах (5000-10 000 °С), из остывающей плазмы
последовательно выпадают твёрдые фазы разного химического состава (в зависимости
от темп-ры), характеризующиеся различными энергиями связи, окислительными
потенциалами и т. п. Напр., в хондритах различают силикатную, металлич.,
сульфидную, хромитную, фосфидную, карбидную и др. фазы, которые агломерируются
в какой-то момент их истории в каменный метеорит и, вероятно, подобным
же образом и в вещество планет земного типа.
происходит процесс дифференциации твёрдого, остывающего вещества на оболочки
- металлич. ядро, силикатные фазы (мантию и кору) и атмосферу - уже в результате
вторичного разогревания вещества планет теплотой радиогенного происхождения,
выделяющейся при распаде радиоактивных изотопов калия, урана и тория и,
возможно, других элементов. Такой процесс выплавления и дегазации вещества
при вулканизме характерен для Луны, Земли, Марса, Венеры. В его основе
лежит универсальный принцип зонного плавления, разделяющего легкоплавкое
вещество (напр., коры и атмосферы) от тугоплавкого вещества мантии планет.
Напр., первичное солнечное вещество имеет отношение Si/Mg 1, выплавленное
из мантии планет вещество коры планет - Si/Mg6,5. Сохранность и характер
внешних оболочек планет прежде всего зависят от массы планет и расстояния
их до Солнца (пример - маломощная атмосфера Марса и мощная атмосфера Венеры).
Благодаря близости Венеры к Солнцу в её атмосфере из СО
СаСОз + SiO
газы не удерживаются небесным телом, если его масса невелика.
в космич. пространстве (либо между частицами метеоритного вещества, либо
при налёте метеоритов и др. частиц на поверхность планет) благодаря огромным
космич. скоростям движения могут вызвать тепловой взрыв, оставляющий следы
в структуре твёрдых космич. тел, и образование метеоритных кратеров. Между
космич. телами происходит обмен веществом. Напр., по минимальной оценке,
на Землю ежегодно выпадает не меньше 1*104 т космической
пыли, состав к-рой известен. Среди каменных метеоритов, падающих на Землю,
встречаются т. н. базальтич. ахондриты, по составу близкие к поверхностным
породам Луны и земным базальтам (Si/Mg 6,5). В связи с этим возникла
гипотеза, что их источником является Луна (поверхностные породы её коры).
в космосе сопровождаются облучением вещества (галактич. и солнечным излучением
высоких энергий) на многочисленных стадиях его превращения, что ведёт,
в частности, к превращению одних изотопов в другие, а в общем случае -
к изменению изотопного или атомного состава вещества. Чем длительнее и
разнообразнее процессы, в к-рые было вовлечено вещество, тем дальше оно
по хим. составу от первичного звёздного (солнечного) состава. В то же время
изотопный состав космич. вещества (напр., метеоритов) даёт возможность
определить состав, интенсивность и модуляцию галактич. излучения в прошлом.
исследований в области К. публикуются в журналах «Geochimica et Cosmochimica
Acta» (N. У., с 1950) и «Геохимия» (с 1956).
А. П., Высокотемпературные протопланетные процессы, «Геохимия», 1971, в.
11; Аллер Л. X., Распространенность химических элементов, пер. с англ.,
М., 1963; Сибо?г Г. Т., Вэленс Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ.,
2 изд., М., 1966; ?еrri11 P. W., Space chemistry, Ann Arbor, 1963; S?itzer
L., Diffuse matter in space, N. Y.,1968; Snyder L. E., Buhl D., Molecules
in the interstellar medium, «Sky and Telescope», 1970, v. 40, p. 267, 345.
А.
П. Виноградов.