НАНОТЕХНОЛОГИИ ПО ПРИРОДНОМУ СЦЕНАРИЮ

В интервью "ГА" заведующий отделом астрохимии, астробиологии и экзопланет Бюраканской обсерватории НАН РА доктор физико-математических наук Арарат ЕГИКЯН говорит о стремлении науки расшифровать нанотехнологии, созданные природой.

- Г-н Егикян, одно из направлений, которыми вы занимаетесь, - изучение космической пыли. Результаты этих исследований действительно могут быть использованы в развитии нанотехнологий?

- Собственно нанотехнологиями занимаются специалисты в этой области, а мы занимаемся чисто фундаментальными исследованиями, которые дают представления о естественных аналогах наночастиц. Частицы звездной пыли, которые мы изучаем, действительно могут подсказать какие-то идеи и подходы в развитии нанотехнологий. Природа невероятно богаче человеческого воображения и творческой мысли. Поэтому исследование условий, в которых частицы звездной пыли образуются в космосе (а эти условия чрезвычайно разнообразны и зачастую невоспроизводимы на Земле), может привести к неожиданным открытиям.

- Что общего между частицами звездной пыли и искусственно создаваемыми наночастицами?

- Пылинки межзвездной пыли по своим размерам, структуре, принципам образования являются естественными аналогами искусственно создаваемых учеными наночастиц. О наночастицах говорилось задолго до научных открытий последних 10-20 лет. Термин "наночастицы" использовался начиная с 20-30-х годов ХХ века.

- Но, наверное, в то время невозможно было выделить наночастицы?

- Да, потому что нужны были рафинированные методы выделения частиц такого размера. Но дело не только в самих размерах, но и в упорядоченности их структуры. То, что мы хотим получить, - это группа атомов или молекул, соединенных между собой химическими связями, но эти связи настолько упорядоченные, что позволяют получать вещества с заранее заданными свойствами. Это самое главное.

- И, наверное, эти заранее заданные свойства зависят от задачи и сферы применения данных наночастиц?

- Основу наночастиц составляют фуллерены. Это молекулярные соединения, состоящие из 60 атомов углерода и представляющие собой выпуклый многогранник, напоминающий футбольный мяч. Вообще классический углерод имеет три состояния. Первое - это обычная сажа, уголь, второе - графит с аморфной структурой и третье - алмазы, собственно кристаллическая структура. Но оказалось, что существует и четвертая модификация углерода - фуллерены. В 1985 году их открыл английский химик Харольд Крото, который в 1996 году получил за это Нобелевскую премию.

- Как было обнаружено существование звездной пыли?

- Размеры межзвездных пылинок - порядка одна сотая микрометра, то есть 10-100 нанометров. Отмечу, что в современной классификации наночастицами считаются частицы размером меньше 100 нанометров. Межзвездные пылинки были открыты в начале ХХ века, когда ученые попытались объяснить причину покраснения видимого излучения звезд. Солнце тоже на закате краснеет, потому что на горизонте луч зрения проходит через запыленные участки атмосферы. Короткие волны рассеиваются больше, остаются длинные волны, чем и объясняется покраснение Солнца на закате. Астрономы наблюдают такие явления, исследуя излучение звезд в видимом диапазоне. Звездная пыль распределена в Галактике неравномерно, где-то ее больше, где-то - меньше. Астрономы научились количественно измерять характеристики покрасневших и непокрасневших звезд и поняли, что межзвездная пыль существует.

- То есть покраснение и непокраснение зависят от присутствия пылевых облаков в межзвездном пространстве на пути от звезды до нас?

- Да, это те самые пылевые клочковатые облака, о которых еще в 40-50-х годах ХХ века говорил Виктор Амбарцумян.

- Но космическая пыль разная - звездная, планетная… Наверное, она тоже имеет разные свойства, как и наночастицы?

- Конечно. Это связано с теми условиями, в которых пыль образовалась. А образуется она по-разному. В Солнечной системе присутствует несколько типов пыли: кометная, астероидная, пыль из пояса Койпера и межзвездная пыль, которая проходит через Солнечную систему. Небольшая часть космической пыли - звездная, это тугоплавкие минералы, образующиеся в ходе истечения из звезд в конце их жизни, модификация этой пыли и используется в процессе образования звезд. И, разумеется, все эти виды космической пыли различаются по составу, как и искусственно создаваемые наночастицы. А состав искусственно создаваемых наночастиц и, соответственно, их свойства зависят от сферы их применения.

- Каким образом удается собирать космическую пыль для исследований в земных условиях?

- Космическая пыль постоянно выпадает на Землю в достаточно больших количествах - примерно 25-40 тысяч тонн в год. Ее получают и непосредственно из атмосферы. До того как были запущены специальные внеатмосферные спутники и космические корабли со специальными коллекторами для сбора космической пыли, с этой целью использовались высотные полеты на самолетах, оснащенных коллекторами. Иногда для исследований используется и пыль, собранная в Антарктиде, - чистом регионе со снежным покровом. Существуют специальные методы, позволяющие собрать эту пыль.

- Как отличить космическую пыль от земной?

- Земные пылинки в десятки-сотни раз больше космических, и они отличаются по структуре.

- Выпадение на Землю космической пыли в больших количествах как-то влияет на экологию?

- Конечно, космическая пыль вызывает некоторое возмущение в экологической нише, но выпадение космической пыли на Землю происходит уже миллиарды лет, - столько, сколько существует наша планета, еще до появление на ней живых организмов, поэтому они уже адаптировались к этому фактору. Причем раньше космической пыли было больше, чем сейчас. Но во всех случаях это настолько привычное явление, что оно не влечет за собой негативных последствий, тем более что большая часть Земли - океаны, и мы не ощущаем воздействия космической пыли.

- Почему раньше космическая пыль выпадала в больших количествах?

- Дело в том, что в остатках облака, из которого образовалась Солнечная система, раньше оставалось больше вещества, которое в виде метеоритов, комет, астероидов и пыли оседало на все планеты, в том числе и на Землю.

- Какие свойства космической пыли могут подсказать решения при создании наноматериалов?

- Я уже говорил о фуллеренах, которые составляют основу наночастиц. Тут можно различать эндроэдральные и экзоэдральные структуры, в зависимости от того внутри или снаружи этой структуры присутствует один или группа каких-то атомов, обуславливающих диамагнитные и/или парамагнитные свойства комплекса в целом. Эти структуры представляют большой научный интерес, поскольку могут подсказать возможности создания наночастиц с заранее заданными свойствами. Но пока наши представления о экзоэдральных структурах недостаточные. Сегодня ученые работают в основном с эндоэдральными структурами. Они обладают специфическими, заданными магнитными свойствами, которыми можно управлять. Изучение этих структур может подсказать методы их синтеза, то есть создания искусственных наночастиц. И если научиться получать необходимые свойства в упорядоченном виде, то можно получить готовые нанороботы, о которых пишут фантасты, и наука подошла к этому достаточно близко.

- Иногда высказывается мнение, что с развитием нанотехнологий связаны определенные опасности, например, самовоспроизводство наноматериалов. Это действительно так?

- Думаю, нет. Сегодня о самовоспроизводстве говорить не приходится, только нанороботы могут воспроизводить себя по заданной человеком программе. Но это далеко не то же самое, что самовоспроизводство живой клетки. Тут много тонких вопросов, важно и то, как происходит воспроизводство, - из своего материала или он поставляется из другого источника?

- Есть ли профессиональные контакты между исследователями космической пыли и специалистами в области нанотехнологии?

- В группе Крото были ученые, которые знали об успехах астрономии в этой области. Сейчас фуллерены, фуллериты открыты во многих межзвездных облаках, подтверждены и объекты, в которых зарождаются такие структуры. Они самоорганизуются в условиях межзвездных облаков, меняясь в ходе эволюции, можно говорить даже о их полимеризации. Очень важно, как астрофизики представляют себе образование пыли. Для этого нужны критические условия, которые возникают тогда, когда очень большое количество вещества внезапно появляется в космосе. Источником могут стать разрушение звезды, взрыв сверхновой, когда звезда взрывается и ее остатки выбрасываются в пространство и мчатся с огромной скоростью. Сначала это газ, поскольку звезда - газоплазменное образование, но в процессе охлаждения газ преобразуется в пыль. Ее движение в космосе постепенно замедляется, поскольку она преодолевает сопротивление межзвездной среды, хотя и очень разряженной. Таким образом, первый источник пыли - взрыв сверхновой, второй - звездные ветры от холодных гигантов - звезд, которые теряют массу. Это один из вариантов гибели звезды без взрыва, такое явление называется звездным ветром. Есть два возможных конца жизни звезды - или она взрывается, или, теряя массу, переходит в состояние белого карлика.

- То есть звезды гибнут по-разному?

- Да, это зависит от их специфики, но большинство звезд превращаются в белых карликов. Это звезды, масса которых примерно в десять раз меньше, чем масса Солнца.

- А что ждет наше Солнце?

- Сейчас это желтый карлик, но через 3-4 миллиарда лет Солнце превратится в красного гиганта, затем, постепенно теряя массу, станет белым карликом. Но до этого еще есть время, в течение которого человечество успеет значительно продвинуться в научных исследованиях и успешно использовать полученные результаты, в том числе в области нанотехнологии. В сфере развития технологий мы уже переходим от микро - к наноразмерам. Нанотехнологии найдут применение в очень многих областях деятельности в медицине, аграрном, промышленном производстве и т.д . Нанокомпьютеров - в смысле наночипов - пока еще нет, но нанолазеры уже существуют, эта область науки и производства бурно развивается. Как я уже сказал, возможности природы значительно превосходят интеллектуальные и творческие способности человека, поэтому задача ученых - научиться раскрывать замыслы и секреты природы, чтобы использовать эти "технологии" для решения насущных проблем человечества.