Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 19.10.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Как формируются метеориты

Как формируются метеориты
shortstoryf

Ученый из Чикагского университета ошеломил многих своих коллег, предложив радикальное объяснение химического процесса в метеоритах, впервые обнаруженного 135 лет назад. Речь идет о хондритах — самом распространенном типе метеоритов в Солнечной системе. Свое название они получили из-за наличия маленьких эллиптических образований, хондр, которые впервые были обнаружены британским ученым Генри Сорби в 1877 году. Сорби предположил, что эти вкрапления когда-то могли быть каплями «огненного» дождя, который присутствовал во Вселенной во время уплотнения газопылевых облаков, приблизительно 4.5 миллиарда лет назад.

В настоящее время ученые расценивают хондры как жидкие капельки, которые находились в космическом пространстве прежде, чем они охладились. Но сам процесс формирования этой жидкости до сих пор не ясен. Исследователь из Чикагского университета Лоуренс Гроссман предположил свою версию происхождения вкраплений. Он утверждает, что процесс уплотнения не может создавать хондры, а пузырьки образовались во время столкновений планетезималей — небесных тел, вращающихся у протозвезд, постепенно наращивающих свою массу из межзвездной пыли и газа. Его коллеги отказались понять эту теорию и назвали ее безумной.

Ученые, занимающиеся изучением химического состава космических объектов, знают, что у этих пузырьков должны быть предшественники, более крупные по сравнению с ними. Новая теория Гроссмана говорит о том, что хондры сформировались, плавя эти массивные частицы, в которых они находились. Основная загвоздка в принятии этой теории заключается в том, что пузырьки после конденсирования внутри другого элемента должны обладать высокой температурой, достаточной, чтобы расплавить окружающий грунт и оставить после себя множество вкраплений. В результате появились другие удивительные и необоснованные теории формирования метеоритных структур. Возможно столкновения между частицами в формирующейся Солнечной системе нагрели и расплавили мелкие зерна в капли, возможно они образовались под действием ударов космических молний, а может уплотнились в атмосфере формирующегося Юпитера.

Солнечная система возрастом 1 миллион лет

Представление художника о том, как могла бы выглядеть наша Солнечная система в возрасте всего в 1 миллион лет. Источник: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle, SSC

Но все эти теории не могут объяснить наличие в хондритах большого количества оксида железа. В местном скоплении, силикаты как оливин, образуются из газообразного магния и кремния при очень высоких температурах. Только когда железо окислено, оно может входить в кристаллические структуры силикатов магния. Оксиды железа могут появляться в нашей туманности, однако, только после того, как уже образовался оливин. В этом и есть вся загвоздка. Температура, при которой железо окисляется в Солнечной системе, мала, поэтому оно довольно медленно соединяется с сформировавшимися ранее магниевыми силикатами, такими как оливин, а этот процесс не может дать той концентрации железа, которую ученые фиксируют в найденных образцах. Становится совершенно непонятно, какой процесс приводит к плавлению скалистой структуры метеоритов и концентрирования большого количества оксида железа в них.

Гроссман утверждает, что процессы столкновений между собой и газом древних холодных планетезималей могли сформировать быстро нагревающиеся области, богатые водяным паром, находящемся под большим давлением. Содержащая большое количество пыли и капель среда благоприятна для формирования хондр. Так или иначе, первоначальная теория Гроссмана была им самим позже дополнена в процессе изучения ее опровержений другими учеными. Исследователи из Института Карнеги в Вашингтоне сами того не желая обнаружили недостающее звено в теории. Они обнаружили незначительное повышение натрия, который содержится в обычной столовой соли, в ядрах кристаллов оливина, находящихся в частицах хондр. В момент когда оливин кристаллизуется в пузырьках жидкости, та часть натрия, которая полностью не испаряется, остается в жидкости с оливином. По словам ученых испаряется порядка 10 процентов натрия.

Структура метеорита

Изображение структуры метеорита, полученное через электронный микроскоп, источник света находится за срезом. Хондры выглядят здесь как круглые образования, рассеянные по всей поверхности. Черные зерна являются кристаллами оливина. Источник: Steven Simon

Коллеги Гроссмана вместе с ним вычислили условия, необходимые для прекращения процессов испарения внутри формирующейся метеоритной породы. Свое вычисление они подготовили с помощью значений суммарного давления и коэффициента насыщенности Солнечной системы межзвездным газом и пылью, из которых формировались некоторые элементы хондритов. Гроссман утверждает, что наличие межзвездного вещества необходимо по причине того, что в Солнечной системе просто не смогли бы появится те астероиды и метеориты, которые мы наблюдаем сейчас. В начале своего существования Солнечная система достигла температуры в 1800 градусов Кельвина, при такой температуре не мог существовать твердый материал. Ко времени, когда будущая система охладилась до 400 градусов Кельвина, большая часть вещества уже уплотнилась и стала твердыми частицами. Гроссман посвятил очень много времени выявлению образующихся частиц в первые секунды остывания пылевого облака. Он выяснил, что в этот период образовались окиси кальция, алюминия и титана, а так же силикаты. Его вычисления предсказывают появление плотных скоплений тех самых веществ, которые сейчас обнаруживаются в метеоритах. После этого Гроссман с коллегами выпустили уйму статей, в которых попытались объяснить процесс слияния железа с силикатами при высоких температурах, но ни одна из них не смогла объяснить формирование хондритов. В расчеты были включены концентрации веществ, которые в принципе не могли существовать в природе, но даже при таких параметрах результата не было.

Исследователи попробовали использовать совершенно другой процесс. Они смоделировали в модель чуть больше воды и пыли, и увеличили давление в системе. Было выдвинуто предположение, что ударные волну от некоего неизвестного источника могли пронзить будущую Солнечную систему, вследствие чего частицы резко разогрелись и сжались, формируя пузырьки будущих хондр. Моделирования показали, что ударная волна может привести к такому результату, если количество воды и пыли в системе является аномально большим, но даже в этом случае капельки жидкости будут отличаться от изучаемых сегодня. Прежде всего, в реальных образцах нет изотопических аномалий, тогда как моделирование с помощью ударной волны указывает на большое их количество. Изотопы это атомы одного и того же элемента, различающиеся массой. Прохождение пыли и воды через формирующееся облако Солнечной системы вызывает множество аномалий в атомах, что является отклонением от нормальных пропорций изотопов. Аномалий можно избежать если количество изотопных атомов, выделившиеся из горячих капель, равно количеству атомов, появившихся в окружающем газе.

Эта теория так же подвергается сомнению. Если бы хондриты сформировались под действием ударной волны, то изотопический состав оливина предстал бы в виде концентрических колец, наподобие годичных колец у деревьев. Это было бы связано прежде всего с остыванием горячей капли, потому что ее форма близка к сферической. Но до сих пор никто не обнаружил подобные распределения.

Некоторую помощь в этих исследованиях оказало недавнее открытие того, что хондры на один или два миллиона лет моложе кальциево-алюминиевых включений в метеориты. Эти включения однозначно являются конденсатом, поскольку хорошо согласуются с теориями космической химии. Эта разница в несколько миллионов лет дает достаточно времени после формирования первых планетезималей для формирования пузырьков жидкости. Уже появились теории того, что планетезимали, состоящие из железо-никелевого сплава и силикатов магния являются благоприятной средой для формирования хондр. А распад радиоактивных элементов обеспечил достаточно высокий уровень температуры.

Таким образом, вода варилась в первоначальных планетезималях, взаимодействовала с металлами и окислила железо. При дальнейшем нагревании окись железа соединилась с силикатами магния Когда планетезимали сталкивались между собой, то создавали аномально высокое давление, при котором жидкие капельки, содержащие оксид железа, распылялись. Таким образом, по выкладкам Гроссмана, хондры образовались на в результате накопления материала из газопылевого облака, а внутри уже сформировавшихся твердых объектов.

По информации University of Chicago.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google