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

  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    1150
  • 06/07/2021

    ТГУ разрабатывает концепцию НЦМУ по государственной безопасности

    В рамках экспертного форума U-NOVUS 2021 при координации Томского государственного университета прошло обсуждение перспектив создания Центра развития науки, технологий и образования в области обеспечения безопасности государства.
    1093
  • 13/12/2019

    Когда объединение науки - во благо

    ​Всего 11 месяцев в Республике Саха (Якутия) работает новое научное объединение Федеральный исследовательский центр ЯНЦ СО РАН, в составе которого находятся семь научных институтов и Якутский научный центр.
    1047
  • 18/05/2021

    Микротомограф для новейших космических материалов создадут в ТПУ

    Специалисты Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политеха разработают рентгеновский микротомограф для проверки качества и исследования внутренней структуры новейших отечественных материалов для использования в космосе.
    324
  • 11/03/2021

    Эксперты предлагают новые разработки для развития фотоники

     Более 30 проектов по развитию фотоники предложили к реализации участники стратегической сессии в Пермском государственном национальном исследовательском университете (ПГНИУ). Завершилось проведение стратегической сессии «Стратегическое развитие консорциума и Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению сквозной технологии Фотоника на 2021-2024 годы», организованной Центром компетенций по сквозной технологии НТИ «Фотоника» ПГНИУ совместно с Пермской научно-производственной приборостроительной компанией.
    460
  • 25/12/2019

    Nature написал об историческом открытии с участием томских физиков

    ​Международная команда физиков-теоретиков, основу которой составляют выпускники Томского государственного университета, сотрудники лаборатории наноструктурных поверхностей и покрытий ТГУ и Университета Страны Басков, сумела теоретически предсказать первый антиферромагнитный изолятор MnBi2Te4.
    1324
  • 12/11/2019

    В Томске создадут новые высокотехнологичные производства

    ​Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) в кооперации с ведущими университетами и промышленными предприятиями России стал победителем конкурса на право получения субсидий для реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичных производств в рамках постановления Правительства РФ.
    1086
  • 01/04/2021

    В Томске прошли первые испытания навигатора для дронов, ищущих полезные ископаемые

     Специалисты Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) успешно провели первые испытания системы навигации для беспилотных летательных аппаратов, которая позволит создавать дроны для поиска полезных ископаемых, в частности, алмазов и железной руды.
    516
  • 27/07/2021

    Физики ТПУ установили новые алмазные детекторы для эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере

    ​На одном из крупнейших детекторов Большого адронного коллайдера — CMS — на днях прошла замена системы мониторинга радиационного фона и параметров сталкивающихся пучков. Одна из важных частей системы — система аварийного сброса пучка BCML, необходимая для защиты отдельных узлов CMS и их электроники от критических радиационных повреждений.
    722
  • 17/03/2021

    «Начинку» датчиков для беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в ТПУ аспиранты из Вьетнама

    Электронные компоненты датчиков для автономной навигации беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в Томском политехническом университете молодые ученые из Вьетнама Ло Ван Хао и Буй Дык Бьен.
    586