Яке світло поглинає частки космічного пилу. Колекція документів КСЕ з вивчення Тунгуського метеорита

За масою тверді частинки пилу становлять мізерно малу частину Всесвіту, але саме завдяки між зоряного пилувиникли і продовжують з'являтися зірки, планети і люди, які вивчають космос і просто милуються зірками. Що ж це за субстанція такий космічний пил? Що змушує людей споряджати до космосу експедиції вартістю до річного бюджету невеликої державив надії всього лише, а не в твердій впевненості здобути і привезти на Землю хоч крихітну жменьку міжзоряного пилу?

Між зірок та планет

Пилом в астрономії називають невеликі, розміром у частки мікрона, тверді часткилітаючих в космічному просторі. Часто космічний пил умовно ділять на міжпланетний і міжзоряний, хоча, очевидно, і міжзоряний вхід міжпланетний простірне заборонено. Просто знайти її там, серед «місцевого» пилу, нелегко, ймовірність невисока, та й властивості її поблизу Сонця можуть суттєво змінитись. Ось якщо відлетіти подалі, до кордонів Сонячна системаТам ймовірність зловити справжній міжзоряний пил дуже велика. Ідеальний варіант - взагалі вийти за межі Сонячної системи.

Пил міжпланетний, принаймні у порівняльній близькості від Землі - матерія досить вивчена. Що заповнює весь простір Сонячної системи і сконцентрована в площині її екватора, вона народилася здебільшого внаслідок випадкових зіткнень астероїдів та руйнування комет, що наблизилися до Сонця. Склад пилу, по суті, не відрізняється від складу метеоритів, що падають на Землю: досліджувати його дуже цікаво, і відкриттів у цій галузі належить зробити ще чимало, але особливої ​​інтриги тут, схоже, немає. Зате завдяки цьому пилу в хорошу погоду на заході відразу після заходу сонця або на сході перед сходом сонця можна милуватися блідим конусом світла над горизонтом. Це так зване зодіакальне сонячне світло, розсіяне дрібними космічними порошинками.

Куди цікавіший пил міжзоряний. Відмінна її особливість – наявність твердого ядра та оболонки. Ядро складається, мабуть, в основному з вуглецю, кремнію та металів. А оболонка - переважно з намерзлих на поверхню ядра газоподібних елементів, що закристалізувалися в умовах «глибокого заморожування» міжзоряного простору, а це близько 10 кельвінів, водню та кисню. Втім, бувають у ній домішки молекул і складніші. Це аміак, метан і навіть багатоатомні органічні молекули, які налипають на порошинку або утворюються на її поверхні під час поневірянь. Частина цих речовин, зрозуміло, відлітає з її поверхні, наприклад, під дією ультрафіолету, але процес цей оборотний одні відлітають, інші намерзають або синтезуються.

Зараз у просторі між зірками або поблизу них вже знайдені, зрозуміло, не хімічними, а фізичними, тобто спектроскопічними методами: вода, оксиди вуглецю, азоту, сірки та кремнію, хлористий водень, аміак, ацетилен, органічні кислоти, такі як мурашина та оцтова, етиловий та метиловий спирти, бензол, нафталін. Знайшли навіть амінокислоту – гліцин!

Цікаво було б зловити і вивчити міжзоряний пил, що проникає в Сонячну систему і, напевно, падає на Землю. Проблема з її «відлову» нелегка, бо зберегти свою крижану «шубу» в сонячних променях, тим більше в атмосфері Землі, мало якій міжзоряній порошинці вдається. Великі занадто сильно нагріваються, їх космічна швидкість не може швидко погаситися, і порошинки «обгорають». Дрібні, щоправда, планують в атмосфері роками, зберігаючи частину оболонки, але вже виникає проблема знайти їх і ідентифікувати.

Є ще одна деталь, що дуже інтригує. Стосується вона того пилу, ядра якого складаються з вуглецю. Вуглець, синтезований в ядрах зірок і що йде в космос, наприклад, з атмосфери старіючих (типу червоних гігантів) зірок, вилітаючи в міжзоряний простір, охолоджується і конденсується приблизно так само, як після спекотного дня збирається в низинах туман з парів води, що остигли. Залежно від умов кристалізації можуть вийти шаруваті структуриграфіту, кристали алмазу (тільки уявіть цілі хмари крихітних алмазів!) і навіть порожнисті кульки з атомів вуглецю (фулерени). А в них, можливо, як у сейфі чи контейнері, зберігаються частинки атмосфери зірки дуже давньої. Знайти такі порошинки було б величезним успіхом.

Де водиться космічний пил?

Треба сказати, що саме поняття космічного вакууму як чогось порожнього давно залишилося лише поетичною метафорою. Насправді весь простір Всесвіту, і між зірками, і між галактиками, заповнений речовиною, потоками елементарних частинок, випромінюванням і полями магнітним, електричним і гравітаційним. Все, що можна, умовно кажучи, доторкнутися, це газ, пил і плазма, вклад яких у загальну масу Всесвіту, різним оцінкамстановить всього близько 1 2% при середньої щільностіблизько 10-24 г/см 3 . Гази у просторі найбільше, майже 99%. В основному це водень (до 77,4%) та гелій (21%), на частку інших припадає менше двох відсотків маси. А ще є пил по масі її майже в сто разів менше, ніж газу.

Хоча іноді порожнеча у міжзоряному та міжгалактичному просторах майже ідеальна: часом на один атом речовини там припадає 1 л простору! Такого вакууму немає ні у земних лабораторіях, ні в межах Сонячної системи. Для порівняння можна навести такий приклад: в 1 см 3 повітря, яким ми дихаємо, приблизно 30 000 000 000 000 000 000 молекул.

Розподілено цю матерію в міжзоряному просторі дуже нерівномірно. Більша частинаміжзоряного газу та пилу утворює газопиловий шар поблизу площини симетрії диска Галактики. Його товщина в нашій Галактиці кілька сотень світлових років. Найбільше газу та пилу в її спіральних гілках (рукавах) та ядрі зосереджено в основному в гігантських молекулярних хмарах розмірами від 5 до 50 парсек (16?160 світлових років) та масою в десятки тисяч і навіть мільйони мас Сонця. Але й усередині цих хмар речовина розподілена теж неоднорідно. В основному обсязі хмари, так званій шубі, переважно з молекулярного водню, щільність частинок становить близько 100 штук на 1 см 3 . В ущільненнях усередині хмари вона досягає десятків тисяч частинок в 1 см 3 , а в ядрах цих ущільнень взагалі мільйонів частинок в 1 см 3 . Ось цієї нерівномірності у розподілі речовини у Всесвіті завдячують існуванням зірки, планети і зрештою ми самі. Тому що саме у молекулярних хмарах, щільних та порівняно холодних, і зароджуються зірки.

Що цікаво: чим вища щільність хмари, тим різноманітніша вона за складом. При цьому є відповідність між щільністю та температурою хмари (або окремих її частин) та тими речовинами, молекули яких там зустрічаються. З одного боку, це зручно для вивчення хмар: спостерігаючи за окремими їх компонентами в різних спектральних діапазонах за характерними лініями спектру, наприклад, СО, ВІН або NH 3 можна «зазирнути» в ту чи іншу його частину. А з іншого - дані про склад хмари дозволяють багато дізнатися про процеси, що в ньому відбуваються.

Крім того, у міжзоряному просторі, судячи з спектрів, є й такі речовини, існування яких у земних умовахпросто неможливо. Це іони та радикали. Їхня хімічна активність настільки висока, що на Землі вони негайно вступають у реакції. А у розрідженому холодному просторі космосу вони живуть довго та цілком вільно.

Загалом газ у міжзоряному просторі буває не лише атомарним. Там, де холодніше, трохи більше 50 кельвінів, атомам вдається утриматися разом, утворюючи молекули. Однак велика масаміжзоряного газу перебуває все-таки в атомарному стані. В основному це водень, його нейтральна форма була виявлена ​​порівняно недавно в 1951 році. Як відомо, він випромінює радіохвилі довжиною 21 см (частота 1420 МГц), за інтенсивністю яких і встановили, скільки ж його в Галактиці. До речі, він і в просторі між зірками розподілений неоднорідно. У хмарах атомарного водню його концентрація досягає декількох атомів в 1 см 3 але між хмарами вона на порядки менше.

Зрештою, поблизу гарячих зірок газ існує у вигляді іонів. Потужний ультрафіолетове випромінюваннянагріває та іонізує газ, і він починає світитися. Саме тому області з високою концентрацією гарячого газу, з температурою близько 10 000 К виглядають як хмари, що світяться. Їх і називають світлими газовими туманностями.

І в будь-якій туманності, у більшій чи меншій кількості є міжзоряний пил. Незважаючи на те, що умовно туманності ділять на пилові та газові, пил є і в тих, і в інших. І в будь-якому випадку саме пил, мабуть, допомагає зіркам утворюватися в надрах туманностей.

Туманні об'єкти

Серед усіх космічних об'єктів туманності, можливо, найкрасивіші. Щоправда, темні туманності у видимому діапазоні виглядають просто як чорні плями на небі, найкраще їх спостерігати на тлі Чумацького Шляху. Зате в інших діапазонах електромагнітних хвиль, наприклад інфрачервоному, вони видно дуже добре і картинки виходять дуже незвичайними.

Туманностями називають відокремлені у просторі, пов'язані силами гравітації або зовнішнім тиском скупчення газу та пилу. Їх маса може бути від 0,1 до 10 000 мас Сонця, а розмір від 1 до 10 парсек.

Спочатку туманності астрономів дратували. Аж до середини XIX століття виявлені туманності розглядали як прикру перешкоду, яка заважала спостерігати зірок і шукати нові комети. У 1714 році англієць Едмонд Галлей, ім'я якого носить знаменита комета, навіть склав «чорний список» із шести туманностей, щоб ті не вводили в оману «ловців комет», а француз Шарль Месьє розширив цей список до 103 об'єктів. На щастя, туманностями зацікавилися закоханий в астрономію музикант сер Вільям Гершель, його сестра та син. Спостерігаючи небо за допомогою побудованих своїми руками телескопів, вони залишили після себе каталог туманностей і зоряних скупчень, що налічує відомості про 5079 космічних об'єктів!

Гершелі практично вичерпали можливості оптичних телескопів тих років. Однак винахід фотографії та великий часекспонування дозволили знайти і дуже слабкі об'єкти. Трохи пізніше спектральні методианалізу, спостереження у різних діапазонах електромагнітних хвиль надали можливість надалі як виявляти багато нових туманностей, а й визначати їх структуру і властивості.

Міжзоряна туманність виглядає світлою у двох випадках: або вона настільки гаряча, що її газ сам світиться, такі туманності називають емісійними; або сама туманність холодна, але її пил розсіює світло яскравої зірки, що знаходиться поблизу, - це відбивна туманність.

Темні туманності - це також міжзоряні скупчення газу та пилу. Але на відміну від світлих газових туманностей, помітних часом навіть у сильний бінокль чи телескоп, як, наприклад, туманність Оріона, темні туманності світло не випромінюють, а поглинають. Коли світло зірки проходить крізь такі туманності, пил може повністю поглинути його, перетворивши на ІЧ-випромінювання, невидиме оком. Тому виглядають такі туманності, як беззорі провали на небі. В. Гершель називав їх «дірками в небі». Можливо, найефектніша з них – туманність Кінська Голова.

Втім, порошинки можуть не повністю поглинути світло зірок, але лише частково розсіяти його, при цьому вибірково. Справа в тому, що розмір частинок міжзоряного пилу близький до довжини хвилі синього світла, тому він сильніше розсіюється і поглинається, а до нас краще доходить червона частина світла зірок. Між іншим, це хороший спосіб оцінити розмір порошинок по тому, як вони послаблюють світло різних довжин хвиль.

Зірка з хмари

Причини, з яких виникають зірки, точно не встановлені є тільки моделі, що більш-менш достовірно пояснюють експериментальні дані. Крім того, шляхи освіти, властивості та подальша долязірок дуже різноманітні і залежать від багатьох чинників. Однак є усталена концепція, вірніше, найбільш опрацьована гіпотеза, суть якої, в самих загальних рисах, У тому, що зірки формуються з міжзоряного газу областях з підвищеною щільністю речовини, тобто у надрах міжзоряних хмар. Пил як матеріал можна було б не враховувати, але його роль формуванні зірок величезна.

Відбувається це (у самому примітивному варіанті, для одиночної зірки), мабуть, так. Спочатку з міжзоряного середовища конденсується протозіркова хмара, що, можливо, відбувається через гравітаційну нестійкість, проте причини можуть бути різними і до кінця ще не зрозумілі. Так чи інакше, воно стискується та притягує до себе речовину з навколишнього простору. Температура і тиск у його центрі зростають доти, поки молекули в центрі цієї газової кулі, що стискається, не починають розпадатися на атоми і потім на іони. Такий процес охолоджує газ і тиск усередині ядра різко падає. Ядро стискається, а всередині хмари поширюється ударна хвиля, що відкидає зовнішні шари. Утворюється протозірка, яка продовжує стискатися під дією сил тяжіння до тих пір, поки в центрі її не починаються реакції термоядерного синтезу перетворення водню в гелій. Стиснення триває ще якийсь час, поки сили гравітаційного стиску не врівноважаться силами газового та променистого тиску.

Зрозуміло, що маса зірки, що утворилася, завжди менша за масу «туманності, що породила». Частина речовини, яка не встигла впасти на ядро, під час цього процесу «вимітається» ударною хвилею, випромінюванням і потоками частинок просто в навколишній простір.

На процес формування зірок і зоряних систем впливають багато чинників, у тому числі й магнітне поле, яке часто сприяє «розриву» протозіркової хмари на два, рідше три фрагменти, кожен з яких під дією гравітації стискується у свою протозірку. Так виникають, наприклад, багато подвійних зіркові системиДві зірки, які обертаються навколо загального центру мас і переміщуються в просторі як єдине ціле.

У міру "старіння" ядерне паливо в надрах зірок поступово вигоряє, причому тим швидше, чим більша зірка. У цьому водневий цикл реакцій змінюється гелієвим, потім у результаті реакцій ядерного синтезу утворюються дедалі більше важкі хімічні елементи, до заліза. Зрештою ядро, що не отримує більше енергії від термоядерних реакцій, різко зменшується в розмірі, втрачає свою стійкість, і його речовина як би падає сама на себе. Відбувається потужний вибух, Під час якого речовина може нагріватися до мільярдів градусів, а взаємодії між ядрами призводять до утворення нових хімічних елементів, аж до найважчих. Вибух супроводжується різким вивільненням енергії та викидом речовини. Зірка вибухає - цей процес називають спалахом надновим. Зрештою зірка, залежно від маси, перетвориться на нейтронну зірку або чорну дірку.

Напевно, так все й відбувається насправді. У всякому разі, не викликає сумнівів той факт, що молодих, тобто гарячих, зірок та їх скупчень найбільше саме в туманностях, тобто в областях з підвищеною щільністю газу та пилу. Це добре видно на фотографіях, отриманих телескопами різних діапазонахдовжин хвиль.

Зрозуміло, це лише найбільш грубе виклад послідовності подій. Для нас принципово важливі два моменти. Перший - яка роль пилу в процесі утворення зірок? І другий, звідки, власне, вона береться?

Всесвітній холодоагент

У загальній масі космічної речовини власне пилу, тобто об'єднаних у тверді частинки атомів вуглецю, кремнію та деяких інших елементів настільки мало, що їх, у всякому разі, як будівельний матеріал для зірок, здавалося б, можна і не брати до уваги. Однак насправді їхня роль велика, саме вони охолоджують гарячий. міжзоряний газ, перетворюючи його на ту саму холодну щільну хмару, з якої потім виходять зірки.

Справа в тому, що сам собою міжзоряний газ охолонтися не може. Електронна структура атома водню така, що надлишок енергії, якщо такий є, він може віддати, випромінюючи світло у видимій та ультрафіолетовій областях спектру, але не в інфрачервоному діапазоні. Образно кажучи, водень не вміє випромінювати тепло. Щоб добре охолонути, йому потрібен «холодильник», роль якого якраз і грають частинки міжзоряного пилу.

Під час зіткнення з порошинками на великої швидкостіНа відміну від більш важких і повільних порошин молекули газу літають швидко вони втрачають швидкість і їх кінетична енергіяпередається порошинці. Так само нагрівається і віддає це надлишкове тепло навколишній простір, у тому числі у вигляді ІЧ-випромінювання, а сама при цьому остигає. Так, приймаючи він тепло міжзоряних молекул, пил діє як своєрідний радіатор, охолоджуючи хмару газу. За масою її не багато - близько 1% від маси всієї речовини хмари, але цього достатньо, щоб за мільйони років відвести надлишок тепла.

Коли ж температура хмари падає, падає тиск, хмара конденсується і з неї вже можуть народитися зірки. Залишки ж матеріалу, з якого народилася зірка, є у свою чергу вихідним для утворення планет. Ось до їх складу порошинки вже входять, причому в більшій кількості. Тому що, народившись, зірка нагріває та розганяє навколо себе весь газ, а пил залишається літати поблизу. Адже вона здатна охолоджуватись і притягується до нової зірки набагато сильніше, ніж окремі молекулигазу. Зрештою поряд з новонародженою зіркою виявляється пилова хмара, а на периферії насичений пилом газ.

Там народжуються газові планети, такі як Сатурн, Уран та Нептун. Ну, а поблизу зірки з'являються тверді планети. У нас це Марс, Земля, Венера та Меркурій. Виходить досить чіткий поділ на дві зони: газові планети та тверді. Так що Земля значною мірою виявилася зробленою саме з міжзоряних порошинок. Металеві порошинки увійшли до складу ядра планети, і зараз Земля має величезне залізне ядро.

Таємниця юного Всесвіту

Якщо галактика сформувалася, то звідки в ній береться пил у принципі вченим зрозуміло. Найбільш значні її джерела – нові та наднові, які втрачають частину своєї маси, «скидаючи» оболонку в навколишній простір. Крім того, пил народжується і в атмосфері червоних гігантів, що розширюється, звідки вона буквально вимітається тиском випромінювання. У їхній прохолодній, за мірками зірок, атмосфері (близько 2,5 ? 3 тисячі кельвінів) досить багато порівняно складних молекул.

Але загадка, не розгадана досі. Завжди вважалося, що пил – продукт еволюції зірок. Іншими словами, зірки повинні зародитися, проіснувати якийсь час, постаріти і, скажімо, в останньому спалахунаднової зробити пил. Тільки ось що з'явилося раніше — яйце чи курка? Перший пил, необхідний для народження зірки, або перша зірка, яка чомусь народилася без допомоги пилу, постаріла, вибухнула, утворивши найперший пил.

Що було спочатку? Адже коли 14 млрд. років тому стався Великий вибух, у Всесвіті були лише водень та гелій, жодних інших елементів! Це потім з них почали зароджуватися перші галактики, величезні хмари, а в них перші зірки, яким треба було пройти довгий. життєвий шлях. Термоядерні реакціїв ядрах зірок мали «зварити» складніші хімічні елементи, перетворити водень і гелій на вуглець, азот, кисень тощо, а після цього зірка мала викинути усе це у космос, вибухнувши чи поступово скинувши оболонку. Потім цій масі потрібно було охолонути, охолонути і, нарешті, перетворитися на пилюку. Але вже через 2 млрд. років після Великого вибуху, в ранніх галактиках, пил був! За допомогою телескопів її виявили в галактиках, віддалених від нашої на 12 млрд світлових років. У той самий час 2 млрд. років — занадто малий термін повного життєвого циклу зірки: у цей час більшість зірок не встигає постаріти. Звідки в юній Галактиці взявся пил, якщо там не повинно бути нічого, крім водню та гелію, таємниця.

Порошинка ¦ реактор

Мало того, що міжзоряний пил виступає в ролі своєрідного всесвітнього холодоагенту, можливо, саме завдяки пилу в космосі з'являються складні молекули.

Справа в тому, що поверхня порошинки може бути одночасно і реактором, в якому утворюються з атомів молекули, і каталізатором реакцій їх синтезу. Адже ймовірність того, що відразу багато атомів різних елементів зіткнуться в одній точці, та ще й провзаємодіють між собою при температурі трохи вище за абсолютного нуля, неймовірно мала. Зате ймовірність того, що порошинка послідовно зіткнеться в польоті з різними атомами або молекулами, особливо всередині холодної щільної хмари, досить велика. Власне, це і відбувається так утворюється оболонка міжзоряних порошинок з намерзлих на неї зустрінутих атомів і молекул.

На твердій поверхні атоми виявляються поруч. Мігруючи по поверхні порошинки у пошуках найбільш енергетично вигідного становища, атоми зустрічаються і, опиняючись у безпосередній близькості, отримують можливість прореагувати між собою. Зрозуміло, дуже повільно відповідно до температури порошинки. Поверхня частинок, що особливо містять в ядрі метал, може виявити властивості каталізатора. Хіміки на Землі добре знають, що найефективніші каталізатори - це саме частки розміром у частки мікрона, на яких збираються, а потім і вступають в реакції молекули, звичайних умоваходин до одного абсолютно «байдужі». Очевидно, так утворюється і молекулярний водень: його атоми «налипають» на порошинку, а потім відлітають з неї, але вже парами, у вигляді молекул.

Дуже можливо, що маленькі міжзоряні порошинки, зберігши у своїх оболонках кілька органічних молекул, у тому числі й найпростіших амінокислот, і занесли на Землю перше «насіння життя» близько 4 млрд. років тому. Це, звичайно, не більш ніж гарна гіпотеза. Але на її користь свідчить те, що у складі холодних газопилових хмар знайдено амінокислоту гліцин. Може, є й інші, просто поки що можливості телескопів не дозволяють їх виявити.

Полювання за пилом

Дослідити властивості міжзоряного пилу можна, зрозуміло, на відстані за допомогою телескопів та інших приладів, розташованих на Землі або на її супутниках. Але куди привабливіше міжзоряні порошинки зловити, а потім вже докладно вивчити, з'ясувати не теоретично, а практично, з чого вони складаються, як влаштовані. Варіантів тут два. Можна дістатися до космічних глибин, набрати там міжзоряного пилу, привезти на Землю та проаналізувати всіма можливими способами. А можна спробувати вилетіти за межі Сонячної системи та шляхом аналізувати пил прямо на борту космічного корабля, відправляючи на Землю отримані дані.

Першу спробу привезти зразки міжзоряного пилу і взагалі речовини міжзоряного середовища кілька років тому зробило NASA. Космічний корабель оснастили спеціальними пастками колекторами для збору міжзоряного пилу і частинок космічного вітру. Щоб зловити порошинки, не втративши при цьому їх оболонку, пастки наповнили особливим речовиною так званим аерогелем. Ця дуже легка піниста субстанція (склад якої комерційна таємниця) нагадує желе. Потрапивши в неї, порошинки застряють, а далі, як у будь-якій пастці, кришка захлопується, щоб бути відкритою вже на Землі.

Цей проект так і називався Stardust - Зоряний пил. Програма у нього грандіозна. Після старту в лютому 1999 року апаратура на його борту в кінцевому підсумку повинна зібрати зразки міжзоряного пилу і окремо пил в безпосередній близькості від комети Wild-2, що пролітала неподалік Землі в лютому минулого року. Тепер із контейнерами, наповненими цим найціннішим вантажем, корабель летить додому, щоб приземлитися 15 січня 2006 року в штаті Юта, неподалік Солт-Лейк-Сіті (США). Ось тоді астрономи нарешті побачать на власні очі (за допомогою мікроскопа, звичайно) ті самі порошинки, моделі складу і будівлі яких вони вже спрогнозували.

А у серпні 2001 року за зразками речовини із глибокого космосу полетів Genesis. Цей проект NASA був націлений в основному на затримання частинок сонячного вітру. Провівши в космічному просторі 1127 днів, за які він пролетів близько 32 млн. км, корабель повернувся і скинув на Землю капсулу з отриманими зразками - пастками з іонами, частинками сонячного вітру. На жаль, сталося нещастя - парашут не розкрився, і капсула з усього маху шлепнулася об землю. І розбилася. Звісно, ​​уламки зібрали та ретельно вивчили. Втім, у березні 2005-го на конференції в Х'юстоні учасник програми Дон Барнетті заявив, що чотири колектори з частинками сонячного вітру не постраждали, і їх вміст, 0,4 мг спійманого сонячного вітру, вчені активно вивчають у Х'юстоні.

Втім, зараз NASA готує третій проект, ще грандіозніший. Це буде космічна місія Interstellar Probe. На цей раз космічний корабель відійде на відстань 200 а. е. від Землі (а. е. відстань від Землі до Сонця). Цей корабель ніколи не повернеться, але весь буде «напханий» найрізноманітнішою апаратурою, в тому числі і для аналізу зразків міжзоряного пилу. Якщо все вийде, міжзоряні порошинки з глибокого космосу будуть нарешті спіймані, сфотографовані та проаналізовані автоматично, прямо на борту космічного корабля.

Формування молодих зірок

1. Гігантська галактична молекулярна хмара розміром 100 парсек, масою 100 000 сонців, температурою 50 К, щільністю 10 2 частинок/см 3 . Всередині цієї хмари є великомасштабні конденсації дифузні газопилові туманності (1 10 пк, 10 000 сонць, 20 К, 10 3 частинок/см 3) і дрібні конденсації газопилові туманності (до 1пк, 100 1 4 частинок/см 3). Усередині останніх якраз і знаходяться згусткиглобули розміром 0,1 пк, масою 1?10 сонців і щільністю 10?10 6 частинок/см 3 де формуються нові зірки

2. Народження зірки всередині газопилової хмари

3. Нова зіркасвоїм випромінюванням та зоряним вітром розганяє від себе навколишній газ

4. Молода зірка виходить у чистий і вільний від газу і пилу космос, відсунувши туманність, що породила її.

Етапи «ембріонального» розвитку зірки, за масою, що дорівнює Сонцю

5. Зародження гравітаційно-нестійкої хмари розміром 2 000 000 сонців з температурою близько 15 К і вихідною щільністю 10 -19 г/см 3

6. Через кілька сотень тисяч років у цієї хмари утворюється ядро ​​з температурою близько 200 К і розміром 100 сонців, маса його поки що дорівнює лише 0,05 від сонячної

7. На цій стадії ядро ​​з температурою до 2 000 К різко стискається через іонізації водню і одночасно розігрівається до 20 000 К, швидкість падіння речовини на зірку, що росте, досягає 100 км/с

8. Протозірка розміром з два сонця з температурою в центрі 2x10 5 К, а на поверхні 3x10 3 К

9. Останній етаппередеволюції зірки повільне стиск, у процесі якого вигоряють ізотопи літію і берилію. Тільки після підвищення температури до 6x10 6 До надрах зірки запускаються термоядерні реакції синтезу гелію з водню. Загальна тривалість циклу зародження зірки типу Сонця становить 50 млн. років, після чого така зірка може спокійно горіти мільярди років

Ольга Максименко, кандидат хімічних наук

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.

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

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 та складом частинки, які в наземних умовах не утворюються і відносяться до космічного пилу.

Космічний пил на Землі

Вперше сліди космічної речовини на Землі виявлені в 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 і 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.

Рис. 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 Сонячної системи. 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 у метеоритних кратерах і поруч із ними.

У останнє десятиліттяметалеві мікросфери позаземного походження знаходять 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.

Наразі 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 їх 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 Гамсу Східних Альпах. На передньому плані – А.Ф.Грачев

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 велике числодосліджень, у відповідь це важливе питання нині 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 форми металевих 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 найпоширенішими є магнітні мікросфери розміром від 0.7 до 100 мкм, що складаються на 98% із 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 поверхню, інші - сітчасто-горбкувату 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. Такий 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, узятих безпосередньо з оголення, виявили алмази з дрібними частинками нікелю 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 концентричною внутрішньою будовою аналогічні 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.

Звідки ж береться космічний пил? Наша планета оточена щільною повітряною оболонкою- Атмосферою. До складу атмосфери, окрім відомих усім газів, входять ще й тверді частинки – пил.

В основному вона складається з частинок ґрунту, що піднімаються вгору під дією вітру. При виверженні вулканів часто спостерігаються сильні пилові хмари. Над великими містами висять цілі «пилові шапки», що досягають висоти 2-3 км. Число порошинок в одному куб. см повітря у містах сягає 100 тисяч штук, тоді як у чистому гірському повітрі їх утримується лише кілька сотень. Проте пил земного походження піднімається порівняно невеликі висоти – до 10 км. Вулканічний пил може досягати висоти 40-50 км.

Походження космічного пилу

Встановлено присутність пилових хмар на висоті значно перевищує 100 км. Це так звані сріблясті хмари, що складаються з космічного пилу.

Походження космічного пилу надзвичайно різноманітне: до нього входять і залишки комет, що розпалися, і частинки речовини, викинутої Сонцем і принесеного до нас силою світлового тиску.

Природно, що під впливом земного тяжіння значна частинацих космічних порошинок повільно осідає на землю. Присутність такого космічного пилу виявили на високих снігових вершинах.

Метеорити

Крім такого, що повільно осідає космічного пилу, в межі нашої атмосфери щодня вриваються сотні мільйонів метеорів – те, що ми називаємо «зірками, що падають». Летячи з космічною швидкістюза сотні кілометрів за секунду, вони згоряють від тертя про частинки повітря, не встигнувши долетіти до поверхні землі. Продукти їхнього згоряння теж осідають на землю.

Втім, серед метеорів є і винятково великі екземпляри, що долітають до землі. Так, відомо падіння великого Тунгуського метеорита о 5 годині ранку 30 червня 1908 року, що супроводжувалося рядом сейсмічних явищ, зазначених навіть у Вашингтоні (в 9 тисячах км від місця падіння) і свідчать про потужність вибуху при падінні метеориту. Професор Кулик, який з винятковою сміливістю обстежив місце падіння метеорита, знайшов гущавину бурелому, що оточує місце падіння в радіусі сотень кілометрів. Метеорита, на жаль, йому знайти не вдалося. Співробітник Британського музею Кірпатрік у 1932 році здійснив спеціальну поїздку до СРСР, але до місця падіння метеорита навіть не дістався. Втім, він підтвердив припущення професора Кулика, котрий оцінив масу метеорита, що впаву 100-120 тонн.

Хмара космічного пилу

Цікава гіпотеза академіка В. І. Вернадського, який вважав за можливе падіння не метеорита, а величезної хмари космічного пилу, що йшов з колосальною швидкістю.

Свою гіпотезу академік Вернадський підтверджував появою в ці дні великої кількості хмар, що світилися, що рухалися на великій висоті зі швидкістю 300-350 км на годину. Цією гіпотезою можна було б пояснити і те, що дерева, що оточують метеоритний кратер, залишилися стояти, тоді як розташовані далі були повалені вибуховою хвилею.

Крім Тунгуського метеорита відома ще ціла низка кратерів метеоритного походження. Першим із таких обстежених кратерів можна назвати Аризонський кратер у «Каньйоні Диявола». Цікаво, що поблизу нього було знайдено не лише уламки залізного метеорита, але й маленькі алмази, що утворилися з вуглецю від великої температури та тиску при падінні та вибуху метеориту.
Крім зазначених кратерів, що свідчать про падіння величезних метеоритів вагою в десятки тонн, існують ще й дрібніші кратери: в Австралії, на острові Езель та інших.

Крім великих метеоритів, щорічно випадає чимало дрібніших - вагою від 10-12 грам до 2-3 кілограм.

Якби Земля не була захищена щільною атмосферою, ми щомиті зазнавали б бомбардування найдрібніших космічних частинок, що несуть зі швидкістю, що перевищує швидкість кулі.

Добрий день. На цій лекції ми поговоримо з вами про пил. Але не про ту, яка накопичується у ваших кімнатах, а про космічний пил. Що це таке?

Космічний пил - це дуже дрібні частинки твердої речовини, що знаходяться в будь-якій частині Всесвіту, у тому числі, метеоритний пил і міжзоряна речовина, здатна поглинати зоряне світло і утворює темні туманності в галактиках. Сферичні частинки пилу діаметром близько 0,05 мм знаходять у деяких морських відкладеннях; вважається, що це залишки тих 5000 тонн космічного пилу, які щорічно випадають на земній кулі.

Вчені вважають, що космічний пил утворюється не тільки від зіткнення, руйнування дрібних твердих тіл, а й унаслідок згущення міжзоряного газу. Космічний пил розрізняють за його походженням: пил буває міжгалактичний, міжзоряний, міжпланетний і навколопланетний (зазвичай у кільцевій системі).

Космічні порошинки виникають в основному в атмосферах зірок, що повільно витікають, - червоних карликів, а також при вибухових процесах на зірках і бурхливому викиді газу з ядер галактик. Іншими джерелами утворення космічного пилу є планетарні та протозоряні туманності, зіркові атмосфери та міжзоряні хмари.

Цілі хмари космічного пилу, які знаходяться у шарі зірок, що утворюють Чумацький шлях, заважають нам спостерігати далекі зоряні скупчення. Таке зіркове скупчення, як Плеяди, повністю занурене в пилову хмару. Найяскравіші зірки, що знаходяться в цьому скупченні, висвітлюють пил, як ліхтар висвітлює вночі туман. Космічний пил може світити лише відбитим світлом.

Сині промені світла, проходячи крізь космічний пил, послаблюються сильніше, ніж червоні, тому світло зірок, що доходить до нас, здається жовтуватим і навіть червонуватим. Цілі області світового простору залишаються закритими для спостереження саме через космічний пил.

Пил міжпланетний, принаймні у порівняльній близькості від Землі - матерія досить вивчена. 3яка, що заповнює весь простір Сонячної системи і сконцентрована в площині її екватора, вона народилася здебільшого в результаті випадкових зіткнень астероїдів і руйнування комет, що наблизилися до Сонця. Склад пилу, по суті, не відрізняється від складу метеоритів, що падають на Землю: досліджувати його дуже цікаво, і відкриттів у цій галузі належить зробити ще чимало, але особливої ​​інтриги тут, схоже, немає. Зате завдяки цьому пилу в хорошу погоду на заході відразу після заходу сонця або на сході перед сходом сонця можна милуватися блідим конусом світла над горизонтом. Це так зване зодіакальне - сонячне світло, розсіяне дрібними космічними порошинками.

Куди цікавіший пил міжзоряний. Відмінна її особливість – наявність твердого ядра та оболонки. Ядро складається, мабуть, в основному з вуглецю, кремнію та металів. А оболонка – переважно з намерзлих на поверхню ядра газоподібних елементів, що закристалізувалися в умовах «глибокого заморожування» міжзоряного простору, а це близько 10 кельвінів, водню та кисню. Втім, бувають у ній домішки молекул і складніші. Це аміак, метан і навіть багатоатомні органічні молекули, які налипають на порошинку або утворюються на її поверхні під час поневірянь. Частина цих речовин, зрозуміло, летить з її поверхні, наприклад, під дією ультрафіолету, але цей процес оборотний - одні відлітають, інші намерзають або синтезуються.

Якщо галактика сформувалася, то звідки у ній береться пил - у принципі вченим зрозуміло. Найбільш значні її джерела – нові та наднові, які втрачають частину своєї маси, «скидаючи» оболонку в навколишній простір. Крім того, пил народжується і в атмосфері червоних гігантів, що розширюється, звідки вона буквально вимітається тиском випромінювання. У їхній прохолодній, за мірками зірок, атмосфері (близько 2,5 - 3 тисячі кельвінів) досить багато порівняно складних молекул.
Але загадка, не розгадана досі. Завжди вважалося, що пил – продукт еволюції зірок. Іншими словами - зірки повинні зародитися, проіснувати якийсь час, постаріти і, скажімо, в останній спалаху наднової зробити пил. Тільки ось що з'явилося раніше – яйце чи курка? Перший пил, необхідний для народження зірки, або перша зірка, яка чомусь народилася без допомоги пилу, постаріла, вибухнула, утворивши найперший пил.
Що було спочатку? Адже коли 14 млрд. років тому стався Великий вибух, у Всесвіті були лише водень та гелій, жодних інших елементів! Це потім з них почали зароджуватися перші галактики, величезні хмари, а в них - перші зірки, яким треба було пройти довгий життєвий шлях. Термоядерні реакції в ядрах зірок мали «зварити» складніші хімічні елементи, перетворити водень і гелій на вуглець, азот, кисень тощо, а вже після цього зірка мала викинути усе це у космос, вибухнувши чи поступово скинувши оболонку. Потім цій масі потрібно було охолонути, охолонути і, нарешті, перетворитися на пилюку. Але вже через 2 млрд. років після Великого вибуху, в ранніх галактиках, пил був! За допомогою телескопів її виявили в галактиках, віддалених від нашої на 12 млрд світлових років. У той самий час 2 млрд. років - занадто малий термін повного життєвого циклу зірки: цей час більшість зірок не встигає постаріти. Звідки в юній Галактиці взявся пил, якщо там не повинно бути нічого, крім водню та гелію, – таємниця.

Подивившись на якийсь час, професор трохи посміхнувся.

Але цю таємницю ви спробуєте розгадати вдома. Запишемо завдання.

Домашнє завдання.

1. Спробуйте поміркувати, що з'явилося раніше, перша зірка чи все ж таки пил?

Додаткове завдання.

1. Доповідь про будь-який вид пилу (міжзоряна, міжпланетна, навколопланетна, міжгалактична)

2. Твір. Уявіть себе вченим, якому доручили дослідити космічний пил.

3. Зображення.

Домашнє завдання для студентів:

1. Навіщо в космосі потрібен пил?

Додаткове завдання.

1. Доповідь про будь-який вид пилу. Колишні учнішколи правила пам'ятають.

2. Твір. Зникнення космічного пилу.

3. Зображення.