Який процес є причиною утворення космічного пилу. Відгук: Космічний пил: походження, види, склад

Наднова SN2010jl Фото: NASA/STScI

Астрономи вперше спостерігали в реальному часі утворення космічного пилу в найближчих околицях наднового, що дозволило їм пояснити це загадкове явище, що відбувається у два етапи Процес починається невдовзі після вибуху, але продовжується ще багато років, пишуть дослідники в журналі "Nature".

Ми всі складаємося з зоряного пилу, з елементів, які є будівельним матеріалом для нових небесних тіл. Астрономи давно припускали, що цей пил утворюється під час вибуху зірок. Але як саме це відбувається і як пилові частинки не руйнуються на околицях галактик, де йде активне залишалося досі загадкою.

Це питання вперше прояснили спостереження, зроблені за допомогою Very Large Telescope в обсерваторії Параналу на півночі Чилі. Міжнародна дослідницька група під керівництвом Крісти Гал (Christa Gall) з датського університету Орхуса досліджували наднову, що виникла в 2010 році в галактиці, віддаленій від нас на 160 млн. світлових років. Дослідники протягом місяців та перших років спостерігали з каталожним номером SN2010jl у видимому та інфрачервоному світловому діапазоні за допомогою спектрографа X-Shooter.

„Коли ми комбінували дані спостережень, ми змогли зробити перший вимір поглинання різних довжин хвиль у пилу навколо наднової, - пояснює Гал. - Це дозволило нам дізнатися про цей пил більше, ніж відомо було раніше". Таким чином стало можливим докладніше вивчити різні розміри порошин та їх утворення.

Пил у безпосередній близькості від наднової виникає у два етапи Фото: © ESO/M. Kornmesser

Як виявилося, пилові частки величиною понад тисячну частку міліметра утворюються у щільному матеріалі навколо зірки відносно швидко. Розміри цих частинок напрочуд великі для космічних порошинок, що робить їх стійкими до руйнування галактичними процесами. „Наш доказ виникнення великих частинокпилу незабаром після вибуху наднової означає, що повинен бути швидким і ефективний спосібїх освіти", - додає співавтор Єнс Хйорт (Jens Hjorth) з Університету Копенгагена. "Але ми поки що не розуміємо, як саме це відбувається."

Проте, астрономи вже мають теорію, що базується на їх спостереженнях. Виходячи з неї, утворення пилу протікає у 2 етапи:

1. Зірка виштовхує матеріал у свій навколишній простір незадовго до вибуху. Потім йде і поширюється ударна хвиля наднової, за якою створюється прохолодна і щільна оболонка газу - навколишнє середовище, в які можуть конденсуватися і рости пилові частинки раніше виштовхнутого матеріалу.
2. На другій стадії, через кілька сотень днів після вибуху наднової, додається матеріал, який був викинутий самим вибухом і відбувається прискорений процесутворення пилу.

Останнім часом астрономи виявили багато пилу в залишках наднових, які виникли після вибуху. Тим не менш, вони також знайшли докази невеликої кількості пилу, який фактично виник у самій надновій. Нові спостереження пояснюють, як може вирішуватися ця протиріччя, що здається", - пише на закінчення Кріста Гал.

Багато людей із захопленням милуються прекрасним видовищем зоряного неба, одного з найбільших творів природи. У ясному осінньому небідобре помітно, як через все небо пролягає смуга, що слабо світиться, звана Чумацьким Шляхом, що має неправильні обриси з різною шириноюта яскравістю. Якщо розглядати Чумацький Шлях, що утворює нашу Галактику, в телескоп, то виявиться, що ця яскрава смуга розпадається на безліч слабо світяться зірки, які для неозброєного ока зливаються в суцільне сяйво. В даний час встановлено, що Чумацький Шлях складається не тільки із зірок та зоряних скупчень, але також із газових та пилових хмар .

Космічний пилвиникає у багатьох космічних об'єктівде відбувається швидкий відтік речовини, що супроводжується охолодженням. Вона проявляється за інфрачервоному випромінюванню гарячих зірок Вольфа-Райєз дуже потужним зоряним вітром, планетарних туманностей, оболонок наднових та нових зірок. Багато пилу існує у ядрах багатьох галактик (наприклад, М82, NGC253), у тому числі йде інтенсивне закінчення газу. Найбільш яскраво вплив космічного пилу проявляється при випромінюванні нової зірки. Через кілька тижнів після максимуму блиску нової в її спектрі з'являється сильний надлишок випромінювання в інфрачервоному діапазоні, спричинений появою пилу з температурою біля K. Подальша

Протягом 2003-2008рр. група російських та австрійських учених за участю Хайнца Кольманна, відомого палеонтолога, куратора Національного парку «Айзенвурцен», проводила вивчення катастрофи, що сталася 65 млн. років тому, коли на Землі вимерло понад 75% усіх організмів, у тому числі динозаврів. Більшість дослідників вважають, що вимирання було з падінням астероїда, хоча є й інші точки зору.

Сліди цієї катастрофи в геологічних розрізах представлені тонким шаром чорних глин потужністю від 1 до 5 см. Один з таких розрізів знаходиться в Австрії, Східних Альпах, Національний паркнедалеко від маленького містечкаГамс, розташованого за 200 км на південний захід від Відня. В результаті вивчення зразків з цього розрізу за допомогою скануючого електронного мікроскопа виявлені незвичайні за формою і складом частинки, які на земних умовахне утворюються і належать до космічного пилу.

Космічний пил на Землі

Вперше сліди космічної речовини на Землі виявлені у червоних глибоководних глинах. англійською експедицією, що досліджувала дно Світового океану на судні "Челленджер" (1872-1876). Їх описали Меррей та Ренард у 1891 р. На двох станціях у південній частині Тихого океанупри драгуванні з глибини 4300 м були підняті зразки залізомарганцевих конкрецій та магнітних мікросфер діаметром до 100 мкм, які згодом отримали назву « космічні кульки». Однак детально мікросфери заліза, підняті експедицією на «Челленджері», були досліджені лише в Останніми роками. З'ясувалося, що кульки на 90% складаються з металевого заліза, на 10% – з нікелю, а їхня поверхня покрита тонкою скоринкою оксиду заліза.

Мал. 1. Моноліт із розрізу Гамс 1, підготовлений для відбору зразків. Латинськими літерамипозначені шари різного віку. Перехідний шар глини між крейдяним та палеогеновим періодами (вік близько 65 млн. років), у якому знайдено скупчення металевих мікросфер та пластин відзначений буквою «J». Фото О.Ф. Грачова

З виявленням загадкових кульок у глибоководних глинах, власне, і пов'язаний початок вивчення космічної речовини Землі. Проте вибух інтересу дослідників до цієї проблеми стався після перших запусків космічних апаратів, за допомогою яких стало можливим відбирати місячний ґрунт та зразки пилових частинок з різних ділянок. Сонячна система. Важливе значеннямали також роботи К.П. Флоренського (1963), який вивчав сліди Тунгуської катастрофи, та Є.Л. Крінова (1971), що досліджував метеорний пил на місці падіння Сихоте-Алінського метеорита.

Інтерес дослідників до металевих мікросфер призвів до того, що їх стали виявляти в осадових породахрізного віку та походження. Металеві мікросфери знайдені у льодах Антарктики та Гренландії, у глибоководних океанічних опадах та марганцевих конкреціях, у пісках пустель та приморських пляжів. Часто зустрічаються вони в метеоритних кратеріві поруч із ними.

У останнє десятиліттяметалеві мікросфери позаземного походженнязнаходять в осадових породах різного віку: від нижнього кембрію (близько 500 млн років тому) до сучасних утворень.

Дані про мікросфери та інші частинки з давніх відкладень дозволяють судити про обсяги, а також про рівномірність або нерівномірність надходження космічної речовини на Землю, про зміну складу частинок, що надходили на Землю, з космосу і про першоджерела цієї речовини. Це важливо, оскільки ці процеси впливають розвиток життя Землі. Багато з цих питань ще далекі від вирішення, проте накопичення даних та всебічне їх вивчення, безсумнівно, дозволить відповісти на них.

Зараз відомо, що загальна маса пилу, що обертається всередині земної орбіти, близько 1015 т. На поверхню Землі щорічно випадає від 4 до 10 тис. т космічної речовини. 95% падаючої на поверхню Землі речовини складають частинки розміром 50-400 мкм. Питання про те, як змінюється у часі швидкість надходження космічної речовини на Землю, залишається спірним досі, незважаючи на безліч досліджень, проведених в останні 10 років.

Виходячи з розмірів частинок космічного пилу, в даний час виділяють власне міжпланетний космічний пил розміром менше 30 мкм і мікрометеорити більше 50 мкм. Ще раніше О.Л. Крінов запропонував найдрібніші оплавлені з поверхні уламки метеорного тіла називати мікрометеоритами.

Суворі критерії розмежування космічного пилу та метеоритних частинок поки що не розроблені, і навіть на прикладі вивченого нами розрізу Гамс показано, що металеві частинки та мікросфери різноманітніші за формою та складом, ніж передбачено наявними класифікаціями. Практично ідеальна сферична форма, металевий блиск та магнітні властивостічастинок розглядалися як доказ їхнього космічного походження. На думку геохіміка Е.В. Соботовича, «єдиним морфологічним критерієм оцінки космогенності досліджуваного матеріалу є наявність оплавлених кульок, зокрема магнітних». Однак, крім форми, вкрай різноманітної, принципово важливий хімічний склад речовини. Дослідники з'ясували, що поряд із мікросферами космічного походження існує велика кількістькульок іншого генези – пов'язані з вулканічною діяльністю, життєдіяльністю бактерій чи метаморфізмом. Відомі дані про те, що залізисті мікросфери вулканогенного походження значно рідше бувають ідеальної сферичної форми і до того ж мають підвищену домішку титану (Ti) (понад 10%).

Російсько-австрійська група геологів та знімальна група Віденського телебачення на розрізі Гамс у Східних Альпах. на передньому плані- А.Ф.Грачов

Походження космічного пилу

Питання про походження космічного пилу, як і раніше, предмет дискусії. Професор Е.В. Соботович вважав, що космічний пил може бути залишками початкової протопланетної хмари, проти чого в 1973 р. заперечували Б.Ю. Левін та О.М. Симоненко, вважаючи, що дрібнодисперсна речовина не могла довго зберігатися (Земля та Всесвіт, 1980 № 6).

Існує й інше пояснення: утворення космічного пилу пов'язане із руйнуванням астероїдів та комет. Як зазначав Е.В. Соботович, якщо кількість космічного пилу, що надходить на Землю, не змінюється в часі, то мають рацію Б.Ю. Левін та О.М. Симоненко.

Незважаючи на велику кількість досліджень, відповідь на це принципове питання в даний час не може бути дано, бо кількісних оцінокдуже мало, а їх точність дискусійна. Останнім часом дані ізотопних досліджень за програмою NASA частинок космічного пилу, відібраних у стратосфері, дозволяють передбачати існування частинок соняшникового походження. У складі цього пилу були виявлені такі мінерали, як алмаз, муасаніт (карбід кремнію) і корунд, які за ізотопами вуглецю та азоту дозволяють відносити їх освіту на час до формування Сонячної системи.

Важливість вивчення космічного пилу у геологічному розрізі очевидна. У цій статті наведено перші результати дослідження космічної речовини в перехідному шарі глин на межі крейди та палеогену (65 млн років тому) з розрізу Гамс, у Східних Альпах (Австрія).

Загальна характеристика розрізу Гамс

Частинки космічного походження отримані з кількох розрізів перехідних шарів між крейдою та палеогеном (у германомовній літературі – кордон К/Т), розташованих неподалік альпійського села Гамс, де однойменна річка у кількох місцях розкриває цей кордон.

У розрізі Гамс 1 з оголення було вирізано моноліт, в якому межа К/T виражена дуже добре. Його висота – 46 см, ширина – 30 см у нижній частині та 22 см – у верхній, товщина – 4 см. загального вивченнярозрізу моноліт був розділений через 2 см (знизу вгору) на шари, позначені літерами латинського алфавіту(A, B, C ... W), а в межах кожного шару також через 2 см проведено маркування цифрами (1, 2, 3 і т.д.). Більш детально вивчався перехідний шар J на ​​межі К/T, де було виділено шість субшарів потужністю близько 3 мм.

Результати досліджень, отримані у розрізі Гамс 1, багато в чому повторені щодо іншого розрізу – Гамс 2. До комплексу досліджень входило вивчення шліфів і мономінеральних фракцій, їх хімічний аналіз, а також рентгено-флуоресцентний, нейтронно-активіаційний та рентгено-структурний аналізи, ізотопний аналіз гелію, вуглецю та кисню, визначення складу мінералів на мікрозонді, магнітомінералогічний аналіз.

Різноманітність мікрочастинок

Залізні та нікелеві мікросфери з перехідного шару між крейдою та палеогеном у розрізі Гамс: 1 – мікросфера Fe з грубою сітчасто-горбистою поверхнею ( верхня частинаперехідного шару J); 2 – мікросфера Fe з грубою поздовжньо-паралельною поверхнею (нижня частина перехідного шару J); 3 – мікросфера Fe з елементами кристалографічного огранювання та грубої комірчасто-сітчастої текстурою поверхні (шар M); 4 – мікросфера Fe з тонкою сітчастою поверхнею (верхня частина перехідного шару J); 5 – мікросфера Ni із кристаллітами на поверхні (верхня частина перехідного шару J); 6 – агрегат спекли мікросфер Ni з кристаллітами на поверхні (верхня частина перехідного шару J); 7 - агрегат мікросфер Ni з мікроалмазами (С; верхня частина перехідного шару J); 8, 9 – характерні формиметалевих частинок з перехідного шару між крейдою та палеогеном у розрізі Гамс у Східних Альпах.

У перехідному шарі глини між двома геологічними кордонами – крейдою та палеогеном, а також на двох рівнях у лежачих відкладах палеоцену в розрізі Гамс знайдено безліч металевих частинок та мікросфер космічного походження. Вони значно різноманітніші за формою, текстурою поверхні та хімічним складом, ніж усі відомі досі в перехідних шарах глини цього віку в інших регіонах світу.

У розрізі Гамс космічну речовину представлено дрібнодисперсними частинками різної форми, серед яких найбільш поширеними є магнітні мікросфери розміром від 0.7 до 100 мкм, що складаються на 98%. чистого заліза. Такі частинки у вигляді кульок або мікросферул у великій кількості зустрінуті не тільки в шарі J, а й вище в глинах палеоцену (шари K і М).

Мікросфери складаються із чистого заліза або магнетиту, деякі з них мають домішки хрому (Cr), сплаву заліза та нікелю (аваруїту), а також із чистого нікелю (Ni). Деякі частинки Fe-Ni містять домішка молібдену (Mo). У перехідному шарі глини між крейдою та палеогеном усі вони виявлені вперше.

Ніколи раніше не траплялися і частинки з високим вмістом нікелю та значною домішкою молібдену, мікросфери з наявністю хрому та шматки спіралеподібного заліза. Крім металевих мікросфер і частинок у перехідному шарі глини в Гамсі виявлено Ni-шпинель, мікроалмази з мікросферами чистого Ni, а також рвані пластини Au, Cu, які не зустрінуті в відкладеннях нижче і вище.

Характеристика мікрочастинок

Металеві мікросфери в розрізі Гамс присутні на трьох стратиграфічних рівнях: у перехідному шарі глини зосереджені різноманітні формою залізисті частинки, у лежачих дрібнозернистих пісковиках шару K, а третій рівень утворюють алевроліти шару M.

Деякі сфери мають гладку поверхнюінші - сітчасто-бугристу поверхню, треті покриті сіткою дрібних полігональних або системою паралельних тріщин, що відходять від однієї магістральної тріщини. Вони бувають порожніми, скорпувидними, заповненими глинистим мінераломможуть мати і внутрішню концентричну будову. Металеві частинки та мікросфери Fe зустрічаються по всьому перехідному шару глини, але в основному зосереджені на нижніх та середніх горизонтах.

Мікрометеорити є оплавленими частинками чистого заліза або залізо-нікелевого сплаву Fe-Ni (аваруїт); їх розміри – від 5 до 20 мкм. Численні частинки аваруїту приурочені до верхнього рівня перехідного шару J, тоді як чисто залізисті присутні в нижній і верхній частинах перехідного шару.

Частинки у вигляді пластин з поперечно-горбистою поверхнею складаються лише із заліза, їх ширина – 10–20 мкм, довжина – до 150 мкм. Вони злегка дугоподібно вигнуті і зустрічаються в основі перехідного шару J. У його нижній частині також зустрінуті пластини Fe-Ni з домішкою Mo.

Пластини із сплаву заліза та нікелю мають подовжену форму, злегка вигнуті, з поздовжніми борозенками на поверхні, розміри коливаються в довжину від 70 до 150 мкм при ширині близько 20 мкм. Найчастіше вони зустрічаються в нижній та середній частиніперехідного шару.

Залізисті пластини з поздовжніми борозенками за формою та розмірами ідентичні пластинам сплаву Ni-Fe. Вони приурочені до нижньої та середньої частин перехідного шару.

Особливий інтерес становлять частинки чистого заліза, що мають форму правильної спіралі та вигнуті у вигляді гачка. В основному вони складаються із чистого Fe, рідко це сплав Fe-Ni-Mo. Частинки спіралеподібного заліза зустрічаються у верхній частині перехідного шару J та у вищележачому прошарі пісковика (шар K). Спіралеподібна частка Fe-Ni-Mo знайдена в основі перехідного шару J.

У верхній частині перехідного шару J були присутні кілька зерен мікроалмазів, що спеклися з Ni-мікросферами. Мікрозондові дослідження нікелевих кульок, проведені на двох приладах (з хвильовими та енергодисперсійними спектрометрами), показали, що ці кульки складаються з практично чистого нікелю під тонкою плівкою оксиду нікелю. Поверхня всіх нікелевих кульок усіяна чіткими кристаліти з вираженими двійниками розміром 1-2 мкм. Настільки чистий нікель у вигляді кульок з добре розкристалізованою поверхнею не зустрічається ні в магматичних породах, ні в метеоритах, де нікель обов'язково містить значну кількість домішок.

При вивченні моноліту з розрізу Гамс 1 кульки чистого Ni зустрінуті тільки у верхній частині перехідного шару J (у найвищій його частині – дуже тонкому осадовому шарі J 6, товщина якого не перевищує 200 мкм), а за даними термагнітного аналізу металевий нікель присутній у перехідному шарі, починаючи з субшару J4. Тут поряд із кульками Ni виявлено й алмази. У шарі, знятому з кубика площею 1 см2, кількість знайдених зерен алмазу обчислюється десятками (з розміром від часток мікронів до десятків мікронів), а нікелевих кульок таких самих розмірів – сотнями.

У зразках верхньої частини перехідного шару, взятих безпосередньо з оголення, були виявлені алмази з дрібними частинкаминікель на поверхні зерна. Істотно, що з вивченні зразків із цієї частини шару J, виявлено також присутність і мінералу муасанита. Раніше мікроалмази було знайдено у перехідному шарі на межі крейди та палеогену в Мексиці.

Знахідки в інших районах

Мікросфери Гамса з концентричним внутрішньою будовоюаналогічні тим, що були здобуті експедицією "Челленджер" у глибоководних глинах Тихого океану.

Частинки заліза неправильної формиз оплавленими краями, а також у вигляді спіралей і вигнутих гачків і пластин мають велику схожість з продуктами руйнування метеоритів, що падають на Землю, їх можна розглядати як метеоритне залізо. До цієї категорії можуть бути віднесені частинки аваруїту і чистого нікелю.

Вигнуті залізні частинки близькі різноманітним формам сліз Пеле - крапель лави (лапілів), які викидають у рідкому стані вулкани з жерла при виверженнях.

Таким чином, перехідний шар глини в Гамсі має гетерогенну будову і чітко поділяється на дві частини. У нижній та середній частинах переважають частинки та мікросфери заліза, тоді як верхня частина шару збагачена нікелем: частинками аваруїту та мікросферами нікелю з алмазами. Це підтверджується не лише розподілом частинок заліза та нікелю в глині, але також даними хімічного та термомагнітного аналізів.

Порівняння даних термомагнітного аналізу та мікрозондового аналізу свідчить про надзвичайну неоднорідність у розподілі нікелю, заліза та їх сплаву в межах шару J, проте за результатами термомагнітного аналізу чистий нікель фіксується лише з шару J4. Звертає на себе увагу і те, що спіралеподібне залізо зустрічається переважно у верхній частині шару J і продовжує зустрічатися в шарі K, що його перекриває, де, однак, мало частинок Fe, Fe-Ni ізометричної або пластинчастої форми.

Підкреслимо, що така явна диференціація заліза, нікелю, іридію, виявлена ​​в перехідному шарі глини в Гамсі, є і в інших районах. Так, у американському штатіНью-Джерсі в перехідному (6 см) сферуловому шарі іридієва аномалія різко виявилася в його основі, а ударні мінерали зосереджені лише у верхній (1 см) частині цього шару. На Гаїті на межі крейди та палеогену і у верхній частині сферулового шару відзначається різке збагачення Ni та ударним кварцом.

Фонове явище для Землі

Багато особливостей знайдених сферул Fe і Fe-Ni аналогічні кулькам, виявленим експедицією «Челленджер» у глибоководних глинах Тихого океану, в районі Тунгуської катастрофи та місцях падіння Сихоте-Алінського метеориту та метеориту Ніо в Японії, а також в осадових гірських породахрізного віку із багатьох районів світу. Крім районів Тунгуської катастрофи та падіння Сихоте-Алінського метеорита, у всіх інших випадках утворення не тільки сферул, а й частинок різної морфології, що складаються з чистого заліза (іноді з вмістом хрому) та сплаву нікелю із залізом, жодного зв'язку з імпактною подією не має. Ми розглядаємо появу таких частинок як результат падіння на поверхню Землі космічного міжпланетного пилу – процесу, який безперервно триває з моменту утворення Землі та є своєрідним фоновим явищем.

Багато частинок, вивчених у розрізі Гамс близькі за складом до валового хімічного складу метеоритної речовиниу місці падіння Сихоте-Алінського метеориту (за даними Е.Л. Крінова, це 93.29% заліза, 5.94% нікелю, 0.38% кобальту).

Присутність молібдену в деяких частках не є несподіваною, оскільки його включають метеорити багатьох типів. Зміст молібдену в метеоритах (залізних, кам'яних та кутистих хондритах) знаходиться в межах від 6 до 7 г/т. Найважливішим стала знахідка молібденіту в метеориті Алленді у вигляді включення у металі наступного складу (вага.%): Fe – 31.1, Ni – 64.5, Co – 2.0, Cr – 0.3, V – 0.5, P – 0.1. Слід зазначити, що самородний молібден і молібденіт були виявлені і в місячному пилу, відібраному автоматичними станціями «Місяць-16», «Місяць-20» та «Місяць-24».

Вперше знайдені кульки чистого нікелю з добре розкристалізованою поверхнею не відомі ні в магматичних породах, ні в метеоритах, де нікель обов'язково містить значну кількість домішок. Така структура поверхні нікелевих кульок могла виникнути у разі падіння астероїду (метеориту), що призвело до виділення енергії, що дозволила не тільки розплавити матеріал тіла, що впало, але й випарувати його. Пари металу могли бути підняті вибухом на більшу висоту (ймовірно, на десятки кілометрів), де й відбувалася кристалізація.

Частинки, що складаються з аваруїту (Ni3Fe), знайдені разом із металевими кульками нікелю. Вони відносяться до метеорного пилу, а оплавлені частинки заліза (мікрометеорити) слід розглядати як «метеоритний пил» (за термінологією Е.Л. Крінова). Кристали алмазу, зустрінуті разом з кульками нікелю, ймовірно, виникли в результаті абляції (плавлення та випаровування) метеориту з тієї ж хмари пари при її подальшому охолодженні. Відомо, що синтетичні алмази отримують методом спонтанної кристалізації з розчину вуглецю в розплаві металів (Ni, Fe) вище лінії фазової рівноваги графіт-алмаз у формі монокристалів, їх зростків, двійників, полікристалічних агрегатів, каркасних кристалів, голкових кристалів форми, неправильних. Практично всі з перерахованих типоморфних особливостей кристалів алмазу було виявлено у вивченому зразку.

Це дозволяє зробити висновок про схожість процесів кристалізації алмазу в хмарі нікель-вуглецевої пари при її охолодженні та спонтанної кристалізації з розчину вуглецю в розплаві нікелю в експериментах. Однак остаточний висновок про природу алмазу можна буде зробити після детальних ізотопних досліджень, для чого необхідно отримати достатньо велика кількістьречовини.

Таким чином, вивчення космічної речовини у перехідному глинистому шарі на межі крейди та палеогену показало його присутність у всіх частинах (від шару J1 до шару J6), але ознаки імпактної події фіксуються лише з шару J4, вік якого 65 млн. років. Цей шар космічного пилу можна порівняти з часом загибелі динозаврів.

А.Ф.ГРАЧОВ доктор геолого-мінералогічних наук, В.A.ЦЕЛЬМОВИЧ кандидат фізико-математичних наук, Інститут фізики Землі РАН (ІФЗ РАН), О.А.КОРЧАГІН кандидат геолого-мінералогічних наук, Геологічний інститут РАН (ГІН РАН).

Журнал "Земля та Всесвіт" № 5 2008 рік.

Космічний рентгенівський фон

Коливання та хвилі: Характеристики різних коливальних систем (осциляторів).

Розрив Всесвіту

Пилові навколопланетні комплекси: fig4

Властивості космічного пилу

Вступ

Багато людей із захопленням милуються прекрасним видовищем зоряного неба, одного з найбільших творів природи. У ясному осінньому небі добре помітно, як через все небо пролягає смуга, що слабо світиться, звана Чумацьким Шляхом, що має неправильні обриси з різною шириною і яскравістю. Якщо розглядати Чумацький Шлях, що утворює нашу Галактику, в телескоп, то виявиться, що ця яскрава смуга розпадається на безліч зірок, що слабо світяться, які для неозброєного ока зливаються в суцільне сяйво. В даний час встановлено, що Чумацький Шлях складається не тільки із зірок та зоряних скупчень, але також із газових та пилових хмар.

Величезні міжзоряні хмаризі світних розріджених газівотримали назву газових дифузних туманностей. Одна з найвідоміших - туманність у сузір'ї Оріону, що видно навіть неозброєним оком біля середньої з трьох зірочок, що утворюють "меч" Оріона. Гази, що її утворюють, світяться холодним світлом, перевипромінюючи світло сусідніх гарячих зірок. До складу газових дифузних туманностей входять головним чином водень, кисень, гелій та азот. Такі газові або дифузні туманності є колискою для молодих зірок, які народжуються так само, як колись народилася наша сонячна система. Процес зореутворення безперервний, і зірки продовжують виникати й сьогодні.

У міжзоряний простірспостерігаються також дифузні пилові туманності. Ці хмари складаються з найдрібніших твердих порошин. Якщо поблизу пилової туманності виявиться яскрава зірка, то її світло розсіюється цією туманністю і пилова туманність стає безпосередньо спостерігається(Рис. 1). Газові та пилові туманності можуть взагалі поглинати світло зірок, що лежать за ними, тому на знімках неба вони часто видно як чорні провали на тлі Чумацького Шляху. Такі туманності називають темними. На небі південної півкулі є одна дуже велика темна туманність, яку мореплавці прозвали Вугільним мішком. Між газовими та пиловими туманностями немає чіткої межі, тому часто вони спостерігаються спільно як газопилові туманності.

Дифузні туманності є лише ущільненнями в тій вкрай розрідженій міжзоряної матерії, яка отримала назву міжзоряного газу . Міжзоряний газвиявляється лише за спостереження спектрів далеких зірок, викликаючи у яких додаткові. Адже на великій протязі навіть такий розріджений газ може поглинати випромінювання зірок. Виникнення та бурхливий розвиток радіоастрономіїдозволили виявити цей невидимий газ по тих радіохвилях, які він випромінює. Величезні темні хмари міжзоряного газу складаються в основному з водню, який навіть при низьких температурахвипромінює радіохвилі на довжині 21 см. Ці радіохвилі безперешкодно проходять крізь газ та пил. Саме радіоастрономія допомогла нам у дослідженні форми Чумацького Шляху. Сьогодні ми знаємо, що газ і пил, перемішаний з великими скупченнями зірок, утворюють спіраль, гілки якої, виходячи з центру Галактики, обвивають її середину, створюючи щось схоже на каракатиці з довгими щупальцями, що потрапила у вир.

В даний час велика кількість речовини в нашій Галактиці знаходиться у вигляді газопилових туманностей. Міжзоряна дифузна матерія сконцентрована порівняно тонким шаром в екваторіальної площининашої зіркової системи. Хмари міжзоряного газу та пилу загороджують від нас центр Галактики. Через хмари космічного пилу десятки тисяч розсіяних зоряних скупчень залишаються для нас невидимими. Дрібний космічний пил не лише послаблює світло зірок, а й спотворює їх спектральний склад. Справа в тому, що коли світлове випромінюванняпроходить через космічний пил, воно не тільки послаблюється, а й змінює колір. Поглинання світла космічним пилом залежить від довжини хвилі, тому з усього оптичного спектру зіркисильніше поглинаються сині промені та слабші - фотони, що відповідають червоному кольору. Цей ефект призводить до явища почервоніння світла зірок, що пройшли через міжзоряне середовище.

Для астрофізиків величезне значеннямає вивчення властивостей космічного пилу та з'ясування того впливу, який надає цей пил при вивченні фізичних характеристик астрофізичних об'єктів. Міжзоряне поглинання та міжзоряна поляризація світла , інфрачервоне випромінюванняобластей нейтрального водню, дефіцит хімічних елементіву міжзоряному середовищі, питання освіти молекул і народження зірок - у всіх цих проблемах величезна роль належить космічного пилу, розгляду якостей якого і присвячена дана стаття.

Походження космічного пилу

Космічні порошинки виникають в основному в зірках, що повільно стікають атмосферах. червоних карликів, а також під час вибухових процесів на зірках та бурхливому викиді газу з ядер галактик . Іншими джерелами утворення космічного пилу є планетарні та протозіркові туманності , зіркові атмосферита міжзоряні хмари. У всіх процесах утворення космічних порошин температура газу падає при русі газу назовні і в якийсь момент переходить через точку роси, при якій відбувається конденсація парів речовин, що утворюють ядра порошинок. Центрами утворення нової фази зазвичай є кластери. Кластери є невеликі групиатомів або молекул, що утворюють стійку квазімозолулу. При зіткненнях з зародком, що вже сформувався, порошинки до нього можуть приєднуватися атоми і молекули, або вступаючи в хімічні реакціїз атомами порошинки (хемосорбція), або добудовуючи кластер, що формується. У найбільш щільних ділянках міжзоряного середовища, концентрація частинок в яких см -3 зростання порошинки може бути пов'язаний з процесами коагуляції , при яких порошинки можуть злипатися один з одним, не руйнуючись при цьому. Процеси коагуляції, що залежать від властивостей поверхні порошин та їх температур, йдуть тільки в тому випадку, коли зіткнення між порошинками відбуваються при низьких відносних швидкостяхзіткнень.

На рис. 2 показаний процес зростання кластерів космічної порошинки за допомогою приєднання мономерів. При цьому аморфна космічна порошинка може бути кластером атомів, що володіє фрактальними властивостями . Фракталаминазиваються геометричні об'єкти: лінії, поверхні, просторові тіла, що мають сильно порізану форму і мають властивість самоподібності. Самоподібністьозначає незмінність основних геометричних характеристик фрактального об'єктапри зміні масштабу. Наприклад, зображення багатьох фрактальних об'єктів виявляються дуже схожими зі збільшенням роздільної здатності в мікроскопі. Фрактальні кластери є сильно розгалуженими пористими структурами, що утворюються в сильно нерівноважних умовах при об'єднанні. твердих частинокблизьких розмірів одне ціле. У земних умовах фрактальні агрегати виходять при релаксації париметалів у нерівноважних умовахпри утворенні гелів у розчинах, при коагуляції частинок у димах. Модель фрактальної космічної порошинки показана на рис. 3. Зазначимо, що процеси коагуляції порошин, що відбуваються в протозоряних хмарах та газопилових дисках, значно посилюються при турбулентний рухміжзоряної речовини.

Ядра космічних порошинок, що складаються з тугоплавких елементів, розміром соті частки мікрона утворюються в оболонках холодних зірок при плавному закінченні газу або під час вибухових процесів. Такі ядра порошинок стійкі до багатьох зовнішніх впливів.

Вчені Гавайського університету зробили сенсаційне відкриття. космічний пилмістить органічні речовини , включаючи і воду, що підтверджує можливість перенесення різних формжиття з однієї галактики до іншої. Комети та астероїди, які курсують у космосі, регулярно приносять в атмосферу планет маси зоряного пилу. Таким чином, міжзоряний пил виступає у ролі своєрідного «транспорту», ​​який може доставляти воду з органікою на Землю та до інших планет Сонячної системи. Можливо, колись потік космічного пилу призвів до зародження життя на Землі. Не виключено, що життя на Марсі, існування якого викликає багато суперечок у вчених колах, могло виникнути так само.

Механізм утворення води у структурі космічного пилу

У процесі пересування у космосі поверхня частинок міжзоряного пилуопромінюється, що призводить до утворення сполук води. Більш докладно цей механізм можна описати так: іони водню, присутні в сонячних вихрових потоках, бомбардують оболонку космічних порошинок, вибиваючи окремі атомиз кристалічної структурисилікатного мінералу - основного будівельного матеріалуміжгалактичних об'єктів В результаті даного процесувивільняється кисень, що входить у реакцію з воднем. Таким чином, формуються молекули води, що містять включення органічних речовин.

Зіткнувшись з поверхнею планети, астероїди, метеорити та комети приносять на її поверхню суміш води та органіки

Те, що космічний пил- Супутниця астероїдів, метеоритів і комет, несе в собі молекули органічних сполук вуглецю, було відомо і раніше. Але те, що зоряний пил транспортує ще й воду, доведено не було. Тільки зараз американські вчені вперше виявили, що органічні речовинипереносяться частинками міжзоряного пилу разом із молекулами води.

Як вода потрапила на Місяць?

Відкриття вчених із США може допомогти підняти завісу таємничості над механізмом формування дивних льодових утворень. Незважаючи на те, що поверхня Місяця повністю зневоднена, на тіньовому боці за допомогою зондування було виявлено з'єднання ВІН. Ця знахідкасвідчить на користь можливої ​​присутності води у надрах Місяця.

Зворотний бік Місяця суцільно покритий льодами. Можливо, саме з космічним пилом потрапили на її поверхню молекули води багато мільярдів років тому

З часів ери місяцеходів Apollo у дослідженні Місяця, коли на Землю було доставлено проби місячного ґрунту, вчені дійшли висновку, що сонячний вітер викликає зміни в хімічному складізоряний пил, що покриває поверхні планет. Про можливість утворення молекул води в товщі космічної порошини Місяцю ще тоді йшли дебати, проте доступні на той момент аналітичні методи досліджень були не в змозі довести або спростувати цю гіпотезу.

Космічний пил – носій життєвих форм

За рахунок того, що вода утворюється в зовсім невеликому обсязіі локалізується у тонкій оболонці на поверхні космічного пилуТільки зараз стало можливим побачити її за допомогою електронного мікроскопа високого дозволу. Вчені вважають, що подібний механізм переміщення води з молекулами органічних сполук можливий і в інших галактиках, де обертається навколо батьківської зірки. В своїх подальших дослідженняхвчені припускають більш детально ідентифікувати, які неорганічні та органічні речовинина основі вуглецю присутні у структурі зоряного пилу.

Цікаво знати! Екзопланета - це така планета, яка знаходиться поза Сонячною системою і обертається навколо зірки. На даний момент у нашій галактиці візуально виявлено близько 1000 екзопланет, що утворюють близько 800 планетних систем. Однак непрямі методи детектування свідчать про існування 100 млрд. екзопланет, з яких 5-10 млрд. мають параметри, схожі із Землею, тобто є . Значний внесок у місію пошуку планетарних груп, подібних до Сонячної системи, зробив астрономічний супутник-телескоп Кеплер, запущений у космос у 2009 році, спільно з програмою «Мисливці за планетами» (Planet hunters).

Як могло виникнути життя Землі?

Цілком ймовірно, що комети, що подорожують у просторі з високою швидкістю, здатні при зіткненні з планетою створити достатньо енергії, щоб із компонентів льоду почався синтез складніших органічних сполук, у тому числі молекул амінокислот. Аналогічний ефект виникає при зіткненні метеориту з крижаною поверхнею планети. Ударна хвиля створює тепло, яке запускає процес формування амінокислот з окремих молекулкосмічного пилу, обробленого сонячним вітром.

Цікаво знати! Комети складаються з великих брил льоду, сформованих шляхом конденсації водяної пари на початковому етапістворення Сонячної системи, приблизно близько 4.5 мільярдів років тому. У своїй структурі комети містять вуглекислий газ, воду, аміак, метанол Ці речовини при зіткненні комет із Землею ранній стадіїїї розвитку могли продукувати достатня кількістьенергії для виробництва амінокислот — будівельних білків, необхідні розвитку життя.

Комп'ютерне моделювання продемонструвало, що крижані комети, що розбилися об поверхню Землі мільярди років тому, можливо, містили пребіотичні суміші та найпростіші амінокислоти типу гліцину, з яких згодом і зародилося життя на Землі.

Кількість енергії, що вивільняється під час зіткнення небесного тілата планети, достатньо для запуску процесу формування амінокислот

Вчені виявили, що крижані тіла з ідентичними органічними сполуками, властивими кометам, можна знайти усередині Сонячної системи. Наприклад, Енцелад - один із супутників Сатурна, або Європа - супутник Юпітера, містять у своїй оболонці органічні речовинизмішані з льодом. Гіпотетично будь-яке бомбардування супутників метеоритами, астероїдами або кометами може призвести до виникнення життя на цих планетах.

Вконтакте