Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

из первых хондритов, упавших с неба в XIX веке, когда классификация метеоритов только зарождалась, оказались богаты углеродом. С тех пор было открыто и описано также много хондритов с низким содержанием углерода, но их все равно продолжали называть «углистыми». Однако, если отвлечься от этого случайного недоразумения, можно сказать, что все углистые хондриты состоят из осадочных пород, в которых прекрасно сохранились фрагменты космических отложений, образовавшихся в коллапсирующей туманности. И самый знаменитый из них – метеорит Альенде.

Слово «хондрит» происходит от греческого /6v8pog (хондрос), что значит «зерно»; это буквально «камни, состоящие из зерен». Название идеальное: с первого взгляда на хондрит ясно, что он сложен из бесчисленного количества отдельных зернышек – каменных пылинок. В метеорите Альенде самые крупные хлопья первичной пыли из протопланетной туманности обычно размером с ноготь, но можно найти и сколь угодно более мелкие, вплоть до микроскопических. Отдельные зерна очень разнообразны по своим геологическим характеристикам: некоторые из них образовались в тесной близости к только что загоревшемуся Солнцу, в то время как другие – в темных и холодных внешних областях Солнечной системы. Изучение вещества таких метеоритов, как Альенде, позволяет нам охватить взглядом историю всего протопланетного диска.

Первые хлопья

В массе космических отложений метеорита Альенде привлекают взгляд снежно-белые каменные прожилки, часто причудливой формы. Некоторые из них напоминают перекрученные жгуты, похожие на застывшие язычки пламени, другие имеют приблизительно круговую форму. Во многих отношениях они напоминают беспорядочно разбросанные среди моря темных зерен светлые пушинки, но при более внимательном рассмотрении оказываются сосредоточениями необычных минералов, богатых кальцием и алюминием.

Точно такие же структурные элементы всего за год до падения Альенде открыла и описала французский минералог Мирей Кристоф Мишель-Леви. Она нашла их в CV-хондрите под названием Вигарано.

Мишель-Леви заключила, что эти необыкновенные (exceptionnel) снежно-белые объекты кристаллизовались в процессе конденсации из раскаленного газа при температуре выше 1 400 °C. Они совершенно не похожи на минералы, которые мы находим в породе, кристаллизовавшейся из жидкой магмы; эти кристаллы сформировались непосредственно из газа. Газ превратился в пыль. Исследовательница случайно наткнулась на самые старые минералы в Солнечной системе: первые хлопья пыли, образовавшиеся в коллапсирующем межзвездном облаке, из которых в конечном счете и сформировались планеты, астероиды и кометы. Эти образования вслед за Мишель-Леви стали называть «кальциево-алюминиевыми вкраплениями». Возможно, это самая странная и наиболее тщательно изучаемая находка из всех, спрятанных внутри метеоритов.

Кальциево-алюминиевые вкрапления, или сокращенно CAI, образовались при нулевой силе тяжести из остывающего облака коллапсирующей газовой туманности. Кристаллизуясь из тонких газовых прядей внутри туманности, они, наверное, напоминали снежинки, возникающие в разреженном воздухе. В большинстве углистых хондритов CAI выглядят крохотными белыми пятнышками, но в Альенде они просто огромные и достигают в длину нескольких сантиметров. Здесь они тоже ясно выделяются на фоне массы значительно более темных зерен. Большую часть того, что мы узнали о самых первых днях нашей Солнечной системы, рассказали нам CAI только из одного этого метеорита.

Странности изотопов

В 1973 году группа ученых из Чикагского университета сделала удивительное открытие. Смесь изотопов кислорода в кристаллах CAI оказалась непохожей на все, что до этого было обнаружено в минералах любого другого вида, земных или внеземных. При этом свидетельством космической природы CAI является то, что в этих смесях не соблюдаются пропорции, характерные для фракционирования земных минералов: в CAI непропорционально много 160, легчайшего из изотопов кислорода. Если на Земле зачерпнуть ведро океанской воды, в ней из каждых 100 000 атомов кислорода всего примерно 240 не будут принадлежать изотопу 160, а в CAI таких атомов будет 227. Разница, казалось бы, невелика, но по изотопным стандартам она огромна. Подобные смеси изотопов кислорода на Земле не встречаются никогда. Оказывается, что почти во всех метеоритах тоже содержатся экзотические смеси изотопов кислорода – но не настолько, как у CAI.

Понадобилось почти сорок лет, чтобы осознать все значение этой особенности изотопного состава метеоритов. В 2004 году космический зонд NASA «Genesis» вернулся на Землю после трехлетнего путешествия, во время которого он занимался сбором частиц, летящих от Солнца. При приземлении космического аппарата в пустыне штата Юта случилась авария – не раскрылся парашют. Но собранные образцы первичных частиц солнечного ветра удалось все же извлечь из-под обломков. В результате одной из самых изощренных спасательных операций в истории науки доставленные на Землю сгустки солнечной атмосферы были сохранены в неповрежденном виде.

Космохимики, которые измерили изотопный состав содержавшегося в этом веществе кислорода, обнаружили, что на Солнце, материнской звезде нашей планетной системы, смесь изотопов кислорода почти идентична той, что была найдена внутри минералов в составе CAI2. Значит, есть изотопное сродство между кислородом на Солнце и кислородом, содержащимся в CAI, то есть CAI, крошечные белые кристаллические прожилки в минералах, составляющих метеорит Альенде, унаследовали свои изотопы кислорода от места своего образования. Значит, они формировались рядом с Солнцем! Конденсируясь из волокон туманности, они проносились мимо кружащейся и бурлящей солнечной поверхности, почти задевая ее.

А после конденсации из раскаленного газа эти маленькие снежно-белые частички первичного Солнца были мощным звездным ветром отброшены назад, в зоны образования планетезималей. Там они объединились в скопления вместе с другими пылевыми частицами, по прошествии времени вошли в состав каменных астероидов, и наконец некоторые из них стали веществом планет.

Разновидности пыли

Как и другие зерна космических осадочных пород, входящие в состав углистых хондритов, CAI вкраплены в цементообразную основу, называемую «матрицей». Под сильным микроскопом матрица оказывается скоплением бесчисленных наноскопических пылевых зернышек. Почти все они гораздо мельче одной тысячной толщины человеческого волоса, но когда имеешь дело с метеоритами, да и вообще с любыми камнями, невооруженным глазом обойтись никогда не удается.

Сегодня CAI и матрица сосуществуют бок о бок в одном и том же метеорите, но в протопланетном диске они должны были перемешиваться в огромных пылевых облаках. Когда в таких клубящихся тучах космических осадочных пылинок накапливалось достаточное количество вещества, они коллапсировали – сжимались под действием собственной тяжести и образовывали планетезимали. Но, несмотря на то что в хондритовых метеоритах CAI и зерна матрицы расположены в непосредственной близости друг к другу – видно, что они соприкасаются, – они рассказывают нам совершенно различные геологические истории. Мы знаем, что CAI формировались вблизи обжигающе горячего Солнца, но матрица содержит богатое разнообразие материалов, образовавшихся в условиях леденящего холода. Эти так называемые «летучие» материалы[13] возникли в глубине темной периферии протопланетного диска, где было достаточно холодно, чтобы из газовой туманности смогли сконденсироваться низкотемпературные минералы.

Порывы солнечного ветра, истекающего с поверхности Солнца, отбрасывали CAI далеко наружу, в