С фантастики и начнем. Помните знаменитое «Черное облако» того же Ф. Хойла? Для тех, кто не читал его или забыл, кратко перескажем сюжет.
        Молодой, никому неизвестный астроном, приехавший стажироваться в крупную обсерваторию из далекой северной страны, обнаруживает в созвездии Ориона небольшое размытое пятно округлой формы. Это темное облако не пропускает свет расположенных за ним звезд. Но главное, размеры облака увеличиваются с каждой экспозицией. Это значит, что к Солнечной системе приближается неизвестный объект с массой, как потом выясняется, примерно равной массе Юпитера. Это не звезда и не космический корабль – огромное и очень плотное облако межпланетного газа...
        Температура внутри Облака весьма благоприятствовала образованию сложных молекулярных структур – даже в большей степени, чем физико-химические условия Земли. И кроме того, приблизившись к Солнцу, Облако, вместо того, чтобы ускориться в его гравитационном поле, вдруг замедлило движение. А дальше произошло нечто совершенно непредсказуемое: большая часть вещества Облака приняла форму диска. Одновременно на Земле началось резкое потепление (его объясняли влиянием инфракрасного излучения Облака), сменившееся внезапным глобальным похолоданием – Облако полностью закрыло Солнце...
        Странное поведение Облака становилось совсем необъяснимым. Напрашивался вывод, сколь парадоксальным он ни казался: Облако надо рассматривать как биологическую единицу, наделенную разумом... И начинается - Контакт.
        Не будем повторять многократно читанных слов, что реальность, мол, особенно научная реальность, может дать фору фантастике. Межзвездных облаков, наделенных разумов, нет. Но сами по себе эти объекты по мере углубления нашего знакомства с ними предстают в таком обличье, что самой смелой фантазии нередко не хватает, чтобы объяснить их структуру и поведение. А объяснить надо, в этом смысл и предназначение науки.
        Итак, облака во Вселенной, реальные, как мы с вами.

        Какие они, Облака.

        Долгое время астрономы молчаливо предполагали, что в мировом пространстве (так раньше называли космос) нет ничего, кроме звезд. Абсолютная пустота.
        Впервые мысль о том, что в космическом пространстве присутствует некое вещество, способное частично поглощать излучаемый звездами свет, возникла после того, как в 1826 г. был сформулирован знаменитый фотометрический парадокс. Если предположить, как это сделал немецкий ученый Г. Ольберс, что Вселенная бесконечна и в ней находится бесконечное множество звезд, не объединенных в иерархические структуры более высокого порядка (например, в звездные скопления, галактики и т.д.), то яркость нашего неба должна быть сравнимой со свечением поверхности Солнца, чего, естественно, не наблюдается. Одно из объяснений этого парадокса, предложенное самим Ольберсом, состояло в том, что в межзвездной среде может находиться поглощающая свет материя. Но если это так, то межзвездная материя должна аккумулировать энергию и со временем Вселенная будет нагреваться, чего тоже не наблюдается.
        Однако данные, накапливаемые наблюдательной астрономией, говорили о том, сто свет, идущий от звезд, действительно теряет в пути часть своей энергии. В 1904 г. голландский ученый В. де Ситтер предположил, что этот эффект объясняется расположенным на пути света «космическим облаком или туманными массами». К подобному же заключению, и тоже в 1904 г., пришел немецкий ученый И. Гартман. Согласно его наблюдениям, «в некотором месте на пути между Солнцем и дельта-Ориона находится облако».
        В обоих случаях, заметим, речь шла не об атмосферных образованиях, а о космических объектах.
        Дальнейшие исследования позволили сделать вывод о том, что в пространстве между звездами действительно находятся протяженные и разреженные облака, состоящие из газа и космической пыли, и эти космические объекты гораздо массивнее, чем звезды, иногда в миллионы раз. Вещество межзвездных облаков разрежено – температура их колеблется от 10 до 100 К, а  линейные размеры исчисляются парсеками.
        Есть основания считать межзвездные облака переходной стадией от рассеянного в космическом пространстве (гравитационно несвязанного) газа к протозвездной материи. Во всяком случае, именно в них, как позднее доказали астрономы, зарождаются звезды.
        Огромная протяженность облаков приводит к флуктуациям вещества, и отдельные сгустки материи начинают притягивать к себе окружающие частицы вещества, конденсируясь в более плотные структуры – зародыши будущих звезд. А дальше происходит нечто подобное росту кристаллов из расплава. Конечно, это весьма упрощенная модель...
        Живут межзвездные облака по космическим масштабам недолго – от миллионов до сотен миллионов лет – это тоже следствие их гравитационной неустойчивости. В одной только нашей Галактике насчитываются тысячи подобных объектов. Из чего же они состоят?

        Атомы, радикалы, молекулы.

        Первоначально считали, что облака Вселенной состоят лишь из водорода и гелия, самых распространенных во Вселенной элементов. Если же в межзвездной среде имеются молекулы, то простейшие, двухатомные, и то в ничтожных количествах. Астрономы были убеждены в том, что жесткое ультрафиолетовое излучение звезд разрушит любую молекулу, однако еще в 1937 г. методами оптической спектроскопии в межзвездной среде были обнаружены первые молекулы и радикалы – С, СН и СН+. Следующий, четвертый по счету межзвездный радикал – ОН удалось открыть спустя четверть века, когда астрономия, по словам члена-корреспондента АН СССР И.С. Шкловского, уже стала «всеволновой». (Если раньше информацию об излучении космических объектов получали лишь в оптической области спектра, то теперь на помощь астрофизикам пришли ультрафиолетовый, рентгеновский и радиодиапазоны.)
        Стало очевидным: для исследования состава межзвездного газа традиционные световые лучи мало подходят – линии излучения и поглощения большинства молекул лежат в радиодиапазоне. Кстати, излучение, характерное для гидроксила, обнаружили методами радиоастрономии...
        С тех пор чего только не обнаружили в межзвездных облаках! Их даже стали называть молекулярными. Представления о составе межзвездной среды менялись на глазах. В составе молекулярных облаков обнаружили воду, аммиак и, наконец, первое органическое вещество в открытом космосе – формальдегид, играющий, кстати, важную роль в биологическом синтезе белков.
        Поток открытий межзвездных молекул не ослабевает до сих пор. Известно уже более пятидесяти «космических» молекул, не считая изотопных разновидностей. Например, наряду с линиями молекулярного водорода зарегистрировано излучение молекулы HD, образованной из обычного водорода и его тяжелого изотопа дейтерия.
        Но вот что любопытно: все уже найденные межзвездные молекулы построены оишь из шести химических элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, серы и кремния. Впрочем, и на Земле, и во Вселенной эти элементы образуют множество различных соединений, неорганических (гидриды, окислы, сульфиды) и органических (спирты, альдегиды, эфиры, кислоты). Встречаются в космосе и химические изомеры, и свободные радикалы. Есть и представители молекулярных «семейств», связанных генетически, т.е. молекулы, в которых наличествуют общие радикалы. В 1978 г. в межзвездном пространстве были обнаружены первые углеводороды – метан и ацетилен. А через пять лет, в 1983 г., произошло действительно сенсационное открытие: в межзвездной среде обнаружили глицин – одну из двадцати аминокислот, входящих в состав белка. Аминокислоты, как известно, вследствие плохой летучести очень трудны для наблюдения.

        Органика в космосе и эволюция Вселенной.

        Покуда в космосе находили лишь простейшие молекулы органических соединений, мало кто из исследователей решался на далеко идущие выводы. Но аминокислоты – это уже отнюдь не простейшие в молекулярной иерархии. Открытие космического глицина коренным образом изменило представления о химической эволюции вещества во Вселенной.
        Прежде всего, стало ясно, что предбиологическая эволюция может идти не только на планетах с приемлемым климатом, как, например, наша Земля. В метеоритах, кстати, тоже было найдено немало аминокислот, и все они, как считают, абиогенного происхождения. Вообще абиогенный синтез может привести к образованию весьма сложных молекул. Но как далеко может зайти химическая эволюция? Или, давайте уж открытым текстом: может ли в межзвездной среде, в молекулярных облаках, возникнуть жизнь?
        Прежде чем обсуждать эту проблему, следует выяснить, почему же такие  сложные молекулы, вопреки предсказаниям, в космических условиях не разрушаются.
        Пока вещество молекулярных облаков достаточно разрежено и прозрачно для ультрафиолетового излучения, сложные молекулы долго существовать не могут. О по мере гравитационной конденсации вещества плотность облаков растет, из-за этого они становятся со временем непрозрачными для видимого и ультрафиолетового излучения. Вот тогда возникающие во вселенских облаках органические молекулы начинают накапливаться.
        Запас вещества молекулярных облаков дополняет материя оболочек новых и сверхновых звезд, выбрасываемая в пространство при их взрывах. Но эти процессы относительно редки. Основной же источник вещества во Вселенной – неустойчивые звезды – так называемые красные гиганты, точнее, их протяженные на многие миллионы километров атмосферы. За десятки и сотни тысяч лет они «тают», теряя в год примерно 10^4 – 10^5 солнечных масс. А простейшие молекулы могут образовываться и в самих атмосферах красных гигантов.
        Много молекул радиоастрономы обнаружили и в звездах других спектральных классов, впрочем, опять-таки не в самих звездах, а в их внешних оболочках, температура которых сравнительно невысока. Так, в атмосферах кислородных звезд (где процесс термоядерного синтеза остановился на кислороде) присутствуют окись и двуокись углерода. В оболочках углеродных звезд (наиболее близкая к нам представительница этого класса звезд находится на расстоянии около тысячи световых лет) найдены даже органические молекулы. Сомневаться не приходится: звездная органика имеет добиологическое происхождение.
        Жизнь – качественно новая ступень эволюции вещества. Могла ли она возникнуть на основе этих межзвездных молекул? Очень сложный вопрос, единого ответа на него нет. Разобраться бы точно с вопросом более простым: на что способен космос, какие молекулы (и с какой вероятностью) возникают в его просторах? Это, кстати, вопрос о молекулярном ассортименте межзвездных облаков.
        Радиоастрономы сегодня не могут позволить себе так называемый свободный поиск. Они должны знать что искать, и настроить свою аппаратуру на излучение определенных молекул. Математические модели, позволяющие в известной степени направить этот поиск, практически несоставимы: надо знать вероятность многих тысяч химических реакций в условиях, ничего общего с земными не имеющих.
        Оставался единственный путь – моделирование в земных лабораторных условиях тех физико-химических процессов, которые происходят или могут в принципе происходить в открытом космосе. Это помогло бы разобраться в механизме образования и разрушения межзвездных молекул. Такой эксперимент был поставлен несколько лет назад в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе АН СССР.
        «Космос» в лаборатории создавали следующим образом. В небольшом, диаметром всего 20 см, стеклянном сферическом реакторе имитировали условия, характерные для межзвездной среды. Из реактора откачали воздух, а вместо него ввели водород и гелий, углерод и азот, кислород и серу. Все – в пропорции, строго соответствующей космической распространенности этих элементов. Стенки реактора охлаждали жидким азотом – так создавался космический холод. Для более полной имитации условий космоса газы в химическом реакторе были ионизованы. За веществом, полностью изолированным от внешней среды, следили при помощи масс-спектрометра высокого разрешения.
        Микрокосмос начал жить своею собственной жизнью. За непроницаемыми стенками реактора происходило таинство эволюции, только шкала времени в искусственном космосе была сжата по сравнению с реальной в 10^13 раз. Чтобы не пришлось ждать результатов миллионы лет.
        Первые же результаты оказались настолько неожиданными, что авторы не сразу решились их опубликовать. Всего за несколько дней в искусственной межзвездной среде были синтезированы все те молекулы, что находили в космосе. Более того, часть  молекул (например, этанола и окиси азота), на присутствие которых указал масс-спектрометр, в космическом пространстве были впервые обнаружены позже.
        Эксперимент сотрудников Физтеха показал, кроме того, что для образования в межзвездных облаках разнообразных молекул необходим приток энергии извне. Как подвести ее к лабораторному реактору, дело техники. А вот в космосе эту энергию поставляют, вероятнее всего, космические лучи.
        Еще один любопытный вывод из опытов на модели: в молекулярных облаках химические реакции происходят, очевидно, на поверхности мельчайших пылинок графита и аморфного льда. Они играют роль матриц, остова при формировании молекулярных структур. (В эксперименте роль таких матриц выполняла внутренняя поверхность реактора, охлаждаемая жидким азотом.)
        А вот жизнь в этом лабораторном космосе не зародилась. Или – ее не удалось зарегистрировать, что менее вероятно.
        Что самое интересное следует пока из исследований и моделирования молекулярных облаков Вселенной?
        Прежде всего, поражает обилие органических соединений в нашей и, видимо, других галактиках. Подсчитана масса всей космической органики – она на 15-18 порядков превосходит массу органической материи на Земле. Что ж, может быть, и на нашу Землю она впервые попала извне.
        Гипотеза космической панспермии выдвинута более ста лет назад. Она, однако, предполагает транспортировку уже сложившихся форм живой материи. Органика же, которую наблюдали в молекулярных облаках, имеет, скорее всего, абиогенное происхождение. Она рождается практически повсеместно и во все времена. Ни космический холод, на радиация ей не помеха. Поэтому говорить о молекулярных облаках как о колыбели жизни преждевременно, ибо пока неизвестно, происходит ли где-либо во Вселенной, за  исключением нашей планеты, граничащее с фантастическим нарушение термодинамического равновесия, имя которому – жизнь.

Справка:

Ассовская А.С., кандидат физико-математических наук.
Ассовская А.С., «Гелий на Земле и во Вселенной», М., Недра, 1984, 136 с.