Vesmír očima chemiků

mady lidi z různých oborů, kteří by jinak neměli příležitost se potkat,“vysvětluje Petr Slavíček. Úvodní setkání se konalo minulý týden právě na pražské VŠCHT.

Koordinátorem je Laurent Wiesenfeld z univerzity v Grenoblu. Vedle chemiků, astronomů a astrofyziků se projektu účastní také lidé, kteří pracují na kosmických misích, jako je například Rosetta.

Pohledy z vesmíru i ze země

Projekty jako zmíněná Rosetta nebo dřívější Stardust vědcům umožnily prozkoumat z bezprostřední blízkosti komety. Zatímco návratové pouzdro Stardustu dopravilo vzorky prachu z ohonu komety zpátky na Zemi, přistávacímu modulu Philae na sondě Rosetta se podařilo jako prvnímu v historii na kometě přímo přistát. Obojí přineslo cenné informace o chemickém složení těchto těles.

Aktuální projekt se nezaměřuje přímo na komety, ale především na chemické děje, které se odehrávají v tzv. protoplanetárních discích – zárodečných fázích budoucích planetárních soustav. Touto fází před několika miliardami let prošla i naše sluneční soustava a právě komety jsou unikátními svědky z této doby. pomocí jedné obří antény. ALMA se kromě jiného zaměřuje právě na pozorování protoplanetárních disků a jejich složení.

Za co může světlo

Proč tedy astronomové potřebují chemiky? Například proto, aby jim pomohli s interpretací naměřených dat. A naopak: astronomové mohou chemikům poradit, jaké experimenty a výpočty je zajímají. „Jinak bychom pracovali na něčem, co bude sice dobře znít v grantových přihláškách, neboť to souvisí s astrochemií, ale pokud nebudeme s astronomy komunikovat, nebude to dávat smysl,“říká Petr Slavíček.

Díky pozorováním víme, že se v protoplanetárních discích nacházejí i komplexní organické molekuly. Vědci proto chtějí vysvětlení, jakým způsobem mohou vznikat z jednodušších molekul a čím je jejich vznik ovlivněn. Laboratoř Petra Slavíčka se dlouhodobě zabývá teoretickým modelováním fotochemických procesů – tedy tím, jak světlo ovlivňuje chemické reakce. Dosud zde vědci modelovali především děje, které se odehrávají v zemské atmosféře. „Před pár lety jsem dostal pozvání na letní školu astrochemie, což mě překvapilo, protože jsem se touto oblastí příliš nezabýval. Kvantová teorie ale pro molekuly v astronomické oblasti funguje stejně jako kdekoliv jinde,“říká.

V astrochemii se tedy považuje v podstatě za nováčka, i když má za sebou s kolegy práce, které se zabývaly například aminokyselinou glycinem. Tuto organickou molekulu překvapivě našla sonda Stardust na kometě Wild 2. Překvapivě proto, že za normálních okolností by se měla vlivem ultrafialového záření rychle rozpadat na amoniak – což se však evidentně nedělo. Čeští fyzikální chemici přišli s vysvětlením, že je molekula stabilní díky ledovým částicím, na něž je navázána – v plynné fázi je molekula nestabilní, ale když je držena ledovou matricí, vlivem UV záření se nerozkládá.

Modelováním fotostability molekul na ledových částicích se bude Petr Slavíček s kolegy zabývat i v protoplanetárních discích. Základ jejich materiálu totiž tvoří prach – silikátová jádra, na nichž kondenzují právě ledové částice. Na nich pak ulpívají molekuly a může zde docházet k syntéze složitějších, organických molekul.

Druhou oblastí zájmu této pracovní skupiny jsou fotochemické změny na pevných částicích vlivem ionizujícího záření, tedy například rentgenových paprsků. V centru protoplanetárních disků se obvykle nacházejí zdroje intenzivního záření – rané hvězdy, kolem kterých se začínají tvořit planety.

S odpovědí na otázku, zda v protoplanetárních discích může vzniknout i život, je profesor Slavíček opatrný. „Na mikronových částicích mohou vznikat komplexní organické molekuly i biomolekuly. Tyto stavební bloky se ale musí ocitnout v prostředí příznivém pro syntézu biopolymerů,“říká s tím, že hledání života není cílem tohoto projektu.

Astrochemie z jiné strany

Nicméně v Česku působí další výzkumné týmy, které se astrochemií zabývají, a to i v souvislosti s možným vznikem života. Například profesor Svatopluk Civiš a Martin Ferus z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR v Praze spolu s Judit Šponerovou z Biofyzikálního ústavu AV ČR v Brně zveřejnili koncem minulého roku výsledky experimentů, v nichž pomocí laseru simulovali podmínky panující na Zemi před 3,8 miliardy let. V té době byla naše planeta vystavena „bombardování“asteroidů a teplota při těchto srážkách dosahovala 4200 stupňů Celsia.

Laserovou jiskrou o této teplotě vědci osvítili roztok formamidu. Vycházeli z předpokladu, že základní stavební bloky života vznikly právě z této jednoduchémolekuly, neboť obsahuje všechny čtyři prvky typické pro živé struktury: uhlík, kyslík, vodík a dusík. Navázali tak na teoretickou práci italských kolegů, kteří se tímto tématem zabývali. Při pokusu skutečně vznikly základní báze nukleových kyselin – adenin, guanin, thymin, uracil a cytosin. Vzhledem k tomu, že se molekuly formamidu vyskytují i v kometách a v molekulárních oblacích, v nichž se tvoří hvězdy a planetární soustavy, nelze vyloučit, že podobným způsobem se mohl zrodit život nejen na Zemi, ale i jinde ve vesmíru.

Z jiného úhlu pohledu přistupuje k astrochemii profesor Štěpán Urban z Ústavu analytické chemie VŠCHT Praha. S kolegy se dlouhodobě zabývá spektroskopií, což je metoda, která umožňuje analýzou záření určovat na dálku například chemické složení mezihvězdného prostoru. Ostatně spektroskopy jsou dnes základním vybavením kosmických sond, pracují s nimi i pozemské dalekohledy a radioteleskopy.

Pražská laboratoř pracuje na zdokonalení těchto metod, které už tak vynikají enormní přesností a citlivostí. Tzv. rotační spektroskopie může najít uplatnění i v „pozemských“podmínkách – kupříkladu při analýze atmosféry, lidského dechu a pachu, při detekci drog či výbušnin, kde může doplnit policejní psy. Zároveň ale umožňuje pochopit například fotochemické děje v atmosféře a v neposlední řadě poskytuje důležitá data právě v oblasti astrochemie. To je jen dalším důkazem, že se tento obor neobejde bez expertů z různých disciplín.