Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов. Методы для обработки информации разрабатывают в Томском политехническом университете (ТПУ). Как через молекулу понять космос и на этом еще и заработать - в материале РИА Томск.

Телескоп не нужен

"А сколько планет вы открыли?". Или: "А у вас телескопы насколько мощные?". Профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Олег Улеников с улыбкой говорит, что эти вопросы кто-нибудь обязательно задает, когда он выступает перед широкой аудиторией и рассказывает что-то типа: "Моя группа занимается разработкой новых методов спектроскопии высокого разрешения для исследования атмосфер Земли, планет Солнечной системы, межзвездной среды".

Поэтому для объяснения того, чем же занимается его группа, ученый использует метафору: "На земле шесть миллиардов людей, и ни у кого нет одинаковых отпечатков пальцев. Точно так же нет двух молекул с двумя одинаковыми спектрами - совокупностью частот, на которых вещество поглощает или испускает свет".

Если человек совершит преступление, его быстро вычислят - если, конечно, его пальчики есть в базе. Молекулу тоже можно "вычислить", проанализировав ее спектр, который дает исчерпывающую информацию о структуре, качественных и количественных характеристиках внутримолекулярных взаимодействий, взаимодействиях между молекулами. И подобно базам данных с отпечатками пальцев существуют банки параметров спектральных линий.

"Одна из задач нашего коллектива - пополнение этих баз, крупнейшая из которых находится в Америке. Нами разработаны новые высокоэффективные методы исследования спектров, созданы алгоритмы и программы. И на основе этого мы занимаемся анализом экспериментальных данных, которые поступают нам от ученых из двух десятков университетов со всего мира", - рассказывает Улеников.

В руках ученых данные о спектрах молекул позволяют решать важнейшие фундаментальные и прикладные задачи. Например, астрофизики делают по ним выводы о температуре, скорости, давлении, химическом составе планет и других космических объектов, ведь молекула - мельчайший носитель свойств вещества.

"Нам важно знать, что внутри молекул творится, потому что все это имеет последствия в макромире. Спектр является единственным качественным источником информации об этих процессах. Микроскопы дают информацию на несколько порядков хуже", - говорит профессор Олег Улеников.

Тайна космических океанов

Когда появляются новости типа "На Титане (спутнике Сатурна) ученые открыли океан из метана", возникает вопрос: а как именно его обнаружили? Не на ракете же туда ученого с ковшиком запустили?

Улеников объясняет: межпланетная станция (в случае с Титаном - зонд "Кассини") пролетает сквозь верхние слои атмосферы и с помощью специальной аппаратуры - приемника излучения - снимает спектр. Излучение имеет провалы на определенных частотах, на выходе получается набор линий с разным положением, интенсивностью и полушириной. Данные отправляются на землю, где ученые их анализируют.

Если речь идет об исследовании межзвездной среды, то пассивное излучение снимается мощными телескопами, которые находятся в обсерваториях высоко в горах (например, в Альпах).

"С помощью этих данных можно, например, искать экзопланеты. Ведь что такое экзопланеты? Там, где возможна жизнь. То есть там как минимум должна быть вода, какая-то органика. Если вода есть, ученый увидит определенные спектральные линии, а по тому, насколько они интенсивны, можно судить о концентрации", - рассказывает Олег Улеников.

Или, например, ученые большое внимание уделяют планетам, где удается обнаружить соединения серы, потому что соединение серы с водородом было одним из основных ингредиентов химического "бульона", из которого зародилась жизнь на Земле.

Сейчас Группа молекулярной спектроскопии ТПУ вместе с коллегами из Германии и Украины как раз занимается изучением фундаментальных свойств молекул соединений серы. Проект поддержан фондом автомобильного концерна "Фольксваген".

"Наши данные пополнят мировую "копилку знаний" о спектрах, те самые базы данных, которыми пользуются ученые в самых разных областях", - говорит профессор Улеников, руководитель группы.
Группа молекулярной спектроскопии ТПУ - один из мировых лидеров этого направления. Осенью прошлого года профессор Ольга Громова стала победителем стипендиальной программы "Для женщин в науке", созданной ЮНЕСКО и компанией L'Oréal.

От новых веществ до нефтепроводов

"Конечно, колонизировать экзопланеты никто не будет - они слишком далеко. Но у фундаментальных знаний о свойствах молекул огромное приложение в самых разных областях. Например, они крайне важны для физической химии: на основе этого анализируется вся кинетика химических реакций внутри молекулы, и можно предсказывать свойства новых веществ", - приводит пример Улеников.

Есть и чисто коммерческие истории - скажем, летит самолет над нефтепроводом и в режиме реального времени снимает спектр. Если где-то произошла утечка, прибор опознает газ. "Можно сэкономить миллионы, если вовремя устранить аварию", - подчеркивает ученый.

С помощью спектрального анализа можно дистанционно контролировать и деятельность промышленных предприятий. Сейчас одним из главных источников той же серы на Земле стали техногенные выбросы. Или, например, фтор, хлор, бром - соединения с ними способствуют разрушению озонового слоя. Технологии, изначально созданные для фундаментальных исследований, могут решать глобальные проблемы, такие, как потепление климата.

Елена Тайлашева

Похожие новости

  • 07/10/2016

    В ТПУ разрабатывают устойчивые к воздействию радиации наноматериалы для ядерных реакторов

    ​Ученые Томского политехнического университета, университетов Чехии и Беларуси разрабатывают нанокомпозитные покрытия, устойчивые к радиационным воздействиям. Они могут использоваться в ядерных реакторах и космическом приборостроении.
    1574
  • 28/06/2018

    В Мурманске томские ученые тестируют инновационный прибор

    Лазер и микроволны проследят за чистотой моря. В Мурманске сибирские ученые с борта единственного на Севере судна академической науки тестируют инновационный российский прибор. «Дальние Зеленцы» пока в мурманском порту.
    185
  • 21/02/2018

    Ученые ТПУ предложили новый метод сравнения металлов

    ​Ученые Томского политехнического университета и их коллеги из Германии предложили новый метод сравнения металлов, который помогает более качественно и точно, чем все существующие сегодня технологии, определить, какой из них лучше подходит для создания сенсоров, используемых в поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии.
    358
  • 07/05/2018

    Российские ученые создали лазер-трансформер

    ​Ученые Томского политехнического университета в составе международного исследовательского коллектива создали экономичный фемтосекундный лазер, способный плавно перестраивать длину волны своего излучения во всем видимом диапазоне.
    271
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1305
  • 31/05/2017

    Неземная технология: что добывают в Томске «космические старатели»

    ​Создание космических технологий является драйвером развития человечества, уверены проректоры двух вузов - Томского государственного университета (ТГУ) и Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) - Константин Беляков и Роман Мещеряков.
    731
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    812
  • 26/02/2018

    Ученые ТПУ разработают установки неразрушающего контроля

    ​Исследователи Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политехнического университета (ТПУ) разработают автоматическую линейку экспериментальных установок для завода антипомпажных клапанов Томского электро-механического завода (ТЭМЗ), который выпускает клапаны магистральных газопроводов ПАО "Газпром", сообщает в понедельник пресс-служба вуза.
    361
  • 24/08/2017

    Сибирские ученые разработали ботинки с навигационной системой

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Национального исследовательского Томского политехнического университета разработали пешеходную навигационную систему, которая сможет определять координаты пользователя в плотной городской застройке, лесных массивах и даже под землей, сообщила пресс-служба СФУ.
    791
  • 09/09/2016

    Разработки томичей заинтересовали Airbus Safran Launchers

    ​Представители компании Airbus Safran Launchers - лидера европейской космической промышленности заинтересовались технологиями и наработками сибирских ученых, сообщает пресс-служба Томского государственного университета.
    1291