1. Космический телескоп, конечно же, не видит индивидуальные молекулы фуллерена, но с помощью телескопа можно получить спектр излучения от выбранной области неба, и в этом спектре попытаться обнаружить характерные полосы излучения, уже известные для фуллеренов на Земле. Для идентификации фуллеренов используют ИК спектр, поскольку облака пыли, в которых ищут фуллерены, сильно поглощают видимый свет. На поверхности Земли снять такой спектр мешает атмосфера, которая сильно поглощает ИК излучение. (2 балла)
2. Фуллерены и наноалмазы могут образовываться в довольно специфических условиях – при высокой температуре, определенных давлениях, в неокислительной атмосфере. Поэтому сам факт их обнаружения уже говорит исследователям о возникновении вещества метеорита в таких специфических физико-химических условиях (накладывает на эти условия довольно жесткие ограничения). При образовании фуллеренов и наноалмазов из окружающей газовой фазы могут захватываться атомы инертных газов и простейшие молекулы. Содержание и изотопный состав таких «гостей» также может много рассказать о месте формирования космического наноуглерода, о ядерных реакциях звезд и межзвездной среды, химических процессах, протекающих в планетарных туманностях. (1 балл)
3. Объем, отвечающий внутренним полостям 1 г фуллерена С60 равен
Тогда концентрация гелия во внутренних полостях фуллеренов (при н.у.)
(2 балла)
4. Вычислим концентрацию гелия в атмосфере Земли, чтобы сравнить ее с полученной ранее величиной. В 1 м3 воздуха содержится 5,27·10−6 м3 гелия, тогда
То есть, концентрация гелия в фуллеренах выше в 263 раза. Значит, фуллерены образовались вне Земной атмосферы. (1 балл)
5. Доля 3He в выделенном из фуллеренов гелии
что в 550/138 = 399 раз больше, чем в Земной атмосфере. Это подтверждает предположение о внеземном формировании фуллеренов. (0.5 баллов)
6. (0.5 баллов)
По закону Менделеева-Клайперона
7. После Большого Взрыва и остывания Вселенной вещество состояло практически полностью из двух элементов – водорода (92%) и гелия (8%), поэтому сырья для образования молекул фуллерена не было. (1.5 балла)
Остальные элементы были синтезированы при протекании термоядерных реакций в недрах звезд – при превращении водорода в гелий, и образовании из последнего более тяжелых элементов. Звезды, похожие на наше Солнце, после «сгорания» водорода превращаются в красные гиганты, в которых уже возможен синтез углерода из гелия. Однако там, где проходят ядерные реакции, слишком горячо, чтобы могли формироваться фуллерены, поэтому, их образование будет происходить преимущественно в покинувшем звезду веществе. Например, при рассеивании в космос звездного ветра от являющихся красными гигантами «углеродных звезд», или в сброшенной красным гигантом при формировании белого карлика оболочке. Этот углерод, остывая, становится источником космической пыли (содержащей, в том числе, фуллерены), которая затем может попасть в метеориты, кометы, астероиды. (2 балла)
Рассматриваемые в задаче фуллерены вряд ли могли образоваться в Солнечной системе, поскольку соотношение изотопов гелия в фуллеренах заметно отличается от такового для Солнечной системы. Кроме того, в Солнечной системе нет мест с таким давлением гелия и необходимой температурой. (0.5 балла)
Однако, чуть больше, чем через миллиард лет, наше Солнце исчерпает запас водорода, и пройдет через стадию красного гиганта с образованием планетарной туманности – тогда Солнечная система на короткое (по астрономическим меркам) время может превратиться в одну из космических фабрик по производству фуллеренов.
