Когда метеорит прочерчивает небо
Метеорит, проносящийся по небу, — это не только красивое зрелище. Это способ природы доставить на Землю капсулу времени. В них содержатся намёки на самое начало Солнечной системы и на то, как формировались планеты, включая нашу.
Учёные из Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Томас Крюйер и его коллеги описывают, как метеориты рассказывают историю ранней Солнечной системы, в недавней статье в журнале Space Science Reviews. Эта статья также войдёт в качестве главы в предстоящий учебник.
«Священный Грааль, конечная цель — понять, как формируются пригодные для жизни планеты, подобные Земле, — сказал Крюйер. — Как формируется планета, по которой мы ходим каждый день, и как формируется планета, которая в конечном итоге способна поддерживать на себе жизнь? Это всё ещё предмет ожесточённых споров».
Но у исследователей есть несколько обоснованных идей. Когда Солнечная система начала формироваться, газ и пыль из гигантского молекулярного облака были втянуты в плоский диск материала вокруг Солнца. Этот протопланетный диск сначала был очень горячим, но со временем начал остывать и слипаться. Гравитация заставляла пыль слипаться в более крупные куски. В конце концов, это привело к образованию небольших тел размером от 1 до 100 миль в поперечнике, называемых планетезималями.
«Считается, что эти планетезимали являются строительными блоками более крупных планет, поэтому они очень важны. Чтобы понять, как образовалась Земля, нужно также знать, как образовались планетезимали», — сказал Крюйер. «Я думаю, мы в некотором роде похожи на детективов или историков. Мы пытаемся разработать последовательность этих событий».
Ключ к разгадке
Основным ключом к разгадке этой детективной работы являются метеориты. Многие из этих космических камней происходят из пояса астероидов, кладбища для некоторых из первых тел, сформировавшихся в Солнечной системе. Анализируя метеориты в лаборатории — область, известная как космохимия, — учёные могут определить возраст и состав образцов, которым более 4,5 миллиардов лет.
«Возможно, это образец размером с ваш ноготь, и этот камень, который вы держите в руках, — старейший на Земле, — сказал Крюйер. — Все эти годы он оставался неизменным и сохранил информацию о времени своего формирования».
Авторы описывают различные типы метеоритов и информацию, которую каждый из них предоставляет. Недифференцированные метеориты происходят из планетезималей, которые смешались вместе и образовались без плавления. В них содержатся богатые кальцием и алюминием включения, которые, возможно, были первыми материалами, сконденсировавшимися из протопланетного диска. Также внутри них есть хондры, небольшие сферы, которые можно легко датировать и которые демонстрируют, когда образовалось тело.
В отличие от них, дифференцированные метеориты подверглись нагреву и расплавились. Более тяжёлые материалы, такие как железо, опустились внутрь, образовав ядро планетезималя, в то время как лёгкие материалы поднялись в мантию.
«Это весьма примечательно, потому что считается, что у Земли также есть железное ядро, но оно находится так глубоко под нашими ногами, что мы никогда не сможем добраться до него, — сказал Крюйер. — Изучая железные метеориты, вы также можете изучить ядра планетных тел».
LLNL располагает множеством аналитических инструментов, которые используются для анализа образцов метеоритов. Лаборатория специализируется на измерении изотопов, возраста и химического состава очень маленьких образцов с высокой точностью. Например, когда миссия NASA OSIRIS-REx стала первой миссией США, которая собрала образец материала с астероида и вернула его на Землю, учёные из LLNL провели часть анализа.
Команда стремится сделать то же самое с образцами, которые будут получены в ходе предстоящих миссий Artemis на Луну. В рамках подготовки они анализируют исторические лунные образцы, которые были возвращены в ходе миссий «Аполлон».
«Мы в настоящее время наращиваем наш научный потенциал в преддверии Artemis, — сказал Крюйер. — Это основное направление исследований в области космохимии в LLNL. Мы хотим поддерживать и укреплять нашу способность изучать лунные образцы».
Эти аналитические методы имеют решающее значение для Лаборатории. Современные возможности в области космохимии используются в ядерной криминалистике — области исследований в LLNL, которая направлена на извлечение информации о происхождении и истории ядерных материалов.
В конечном итоге Крюйер хочет, чтобы результаты анализа образцов метеоритов использовались в крупномасштабных астрофизических моделях протопланетного диска. Он надеется, что сборник исследований метеоритов, представленный в статье, послужит ценным ресурсом для начинающих учёных и экспертов в смежных областях.
«Вы можете попросить ИИ обобщить последние разработки в этой области. Это даёт вам некоторое представление, но есть много нюансов и точного языка, который используется в научных статьях, — сказал он. — Я думаю, что хорошо составленный обзорный документ, написанный экспертами, которые понимают все нюансы, всё ещё очень важен».