Почему в космосе так мало молекулярного кислорода

Мы вдыхаем его каждую минуту: без этого элемента, обозначенного латинским "O", жизнь живых существ на Земле невозможна. Но существует еще молекулярный кислород с формулой O₂. Однако в космосе его очень мало.

В 1998 НАСА даже запустило спутник, который должен был найти регионы, где молекулярный кислород находится в больших количествах. Но астрономы не смогли этого сделать - кроме тех случаев, когда они направили телескоп на Землю, опасаясь неисправности инструмента.

Недавний наземный эксперимент показал, почему эта живительная молекула так редко встречается в Пространстве: атомы кислорода плотно цепляются за космическую пыль, предотвращая объединение и формирование молекул кислорода. Открытие должно дать представление о химических условиях, преобладающих при возникновении звезд и планет.

Кислород является третьим по распространенности элементом во Вселенной: после водорода и гелия. В 1970-х годах астрономы предсказали, что молекулярному кислороду будет принадлежать третье место в ТОПе самых часто встречающихся межзвездных молекул: после молекулярного водорода (H₂) и окиси углерода (СО). Но этого не произошло.

O2 найден в молекулярном облаке ρ Змееносца

Обнаружен межзвездный молекулярный кислород только в двух местах: в туманности Ориона и в молекулярном облаке ρ Змееносца. Но даже там эта молекула встречается гораздо реже, чем предсказывает теория. Например, молекул водорода в туманности Ориона в миллион раз больше, чем кислорода.

Чтобы объяснить дефицит, астрономы недавно предположили, что атомы кислорода прочно связываются с частицами пыли космических облаков.

"Всем известно, что энергия связи атомарного кислорода очень важна. Но никакого экспериментального измерения этого параметра не было".
Цзяо Он (Jiao He), астрофизик-экспериментатор, Сиракузский университет, Нью-Йорк, США.

Сейчас ученые измерили это число. Они нагрели два типа твердых частиц, из которых состоят крупицы межзвездной пыли: водный лед и силикат, чтобы посмотреть, как оттуда вылетают атомы кислорода. Как сообщает The Astrophysical Journal, энергия связи кислорода более, чем вдвое, превышает параметры, которые ученые вычислили несколько десятилетий назад: 0.14 электрон-вольт для льда и 0.16 электрон-вольт для силиката. Этого достаточно, чтобы удерживать атомы кислорода в космической пыли без минимального удаляющего их нагревания холодных межзвездных облаков.

"Это - очень ценное измерение. Оно многое объясняет".
Гэри Мельник (Gary Melnick), астрофизик, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, Кембридж, Массачусетс, США

Туманность Ориона - одно из двух межзвездных облаков, где астрономы нашли молекулярный кислород

Туманность Ориона, возможно, содержит небольшое количество молекулярного кислорода благодаря ударной волне, которая оторвала атомы от пылинок, а воздуху Земли дают его деревья и другие растения.

Для образования молекулярного кислорода отдельные атомы кислорода, вылетевшие из межзвездной пыли, могут присоединиться друг к другу. Но вместо этого с кислородом соединяются оставшиеся в крупицах атомы водорода. Получается водный лед (H₂O). Вода может тогда стать частью астероидов, комет и планет, готовя почву для создания жизни.

Пол Голдсмит (Paul Goldsmith), астроном из Лаборатории реактивного движения в Пасадене, штат Калифорния, провел более четверти века в поисках межзвездного молекулярного кислорода. Успех пришел, когда в 2010 году Космическая обсерватория Herschel исследовала туманность Ориона и обнаружила неуловимую молекулу.

"Я, возможно, ошибался, потратив так много лет на его поиски, но с этими лабораторными данными и всеми данными Herschel мы действительно можем сказать, что мы его сейчас понимаем".
Пол Голдсмит