Космічний пил, звідки він з'являється. Колекція документів КСЕ з вивчення Тунгуського метеорита

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.

Космічний пил виникає у багатьох космічних об'єктах, де 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 у її спектрі з'являється сильний надлишок випромінювання в інфрачервоному діапазоні, викликаний появою пилу з температурою близько 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 із таких розрізів знаходиться в Австрії, у Східних Альпах, у Національному парку неподалік маленького містечка Гамс, 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 і Ренард у 1891 р. На двох станціях у південній частині Тихого океану при драгуванні з глибини 4300 м були підняті зразки залізомарганцевих конкрецій та магнітних мікросфер діаметром до 100 мкм, які згодом отримали назву «космічні кульки». Проте детально мікросфери заліза, підняті експедицією на «Челленджері», було досліджено лише 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 літерами позначені 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. Однак вибух інтересу дослідників до цієї проблеми стався після перших запусків космічних апаратів, за допомогою яких стало можливим відбирати місячний ґрунт та зразки пилових частинок із різних ділянок Сонячної системи. Важливе значення мали 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 породах різного 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.

В останнє десятиліття металеві 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 властивості частинок 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 величезна кількість кульок іншої 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.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 велику кількість досліджень, відповідь на це принципове питання в даний час не може бути дано, бо кількісних оцінок дуже 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. Для загального вивчення розрізу 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 тощо). Більш детально вивчався перехідний шар J на ​​межі К/T, де було виділено шість субшарів потужністю близько 3 мм.

Результати досліджень, отримані в розрізі Гамс 1, багато в чому повторені при вивченні іншого розрізу – Гамс 2. До комплексу досліджень входило вивчення шліфів та мономінеральних фракцій, їх хімічний аналіз, а також рентгено-флуоресцентний, нейтронно-активіаційний та рентгено-структурний аналізи 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 частина перехідного 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 перебувають 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 порожнистими, скорлупоподібними, заповненими глинистим мінералом, можуть 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 частинах перехідного 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, 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 форми з 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, в американському штаті Нью-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 породах різного віку 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, вивчені в розрізі Гамс близькі за складом до валового хімічного складу метеоритної речовини в 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.

Міжзоряний пил - це продукт різноманітних за своєю інтенсивністю процесів, що протікають у всіх куточках Всесвіту, а його невидимі частинки досягають навіть поверхні Землі, літаючи в атмосфері навколо нас.

Багаторазово підтверджений факт – природа не любить порожнечі. Міжзоряний космічний простір, що представляється нам вакуумом, насправді заповнений газом і мікроскопічними, розміром 0,01-0,2 мкм, частинками пилу. Поєднання цих невидимих ​​елементів породжує об'єкти величезної величини, свого роду хмари Всесвіту, здатні поглинати деякі види спектрального випромінювання зірок, іноді повністю приховуючи їхню відмінність від земних дослідників.

З чого складається міжзоряний пил?

Ці мікроскопічні частинки мають ядро, яке формується у газовій оболонці зірок і повністю залежить від її складу. Наприклад, з крупиць вуглецевих світил утворюється графітовий пил, та якщо з кисневих – силікатна. Це цікавий процес, що триває цілими десятиліттями: при остиганні зірки втрачають свої молекули, які відлітаючи в простір, з'єднуються в групи і стають основою ядра порошинки. Далі формується оболонка з атомів водню та складніших молекул. В умовах низьких температур міжзоряний пил знаходиться у вигляді кристаликів льоду. Мандруючи Галактикою, маленькі мандрівники втрачають частину газу при нагріванні, але місце молекул займають нові.

Розташування та властивості

Основна частина пилу, який припадає на нашу Галактику, зосереджена в області Чумацького Шляху. Вона виділяється на тлі зірок у вигляді чорних смуг та плям. Незважаючи на те, що вага пилу мізерна в порівнянні з вагою газу і становить всього 1%, вона здатна приховувати від нас небесні тіла. Хоча частинки один від одного і відокремлюють десятки метрів, але навіть у такій кількості найбільш щільні області поглинають до 95% світла, що випромінюється зірками. Розміри газопилових хмар у нашій системі справді величезні, вони вимірюються сотнями світлових років.

Вплив на спостереження

Глобули Теккерея роблять невидимою область неба, розташовану за ними

Міжзоряний пил поглинає більшу частину випромінювання зірок, особливо в синьому спектрі, вона спотворює їхнє світло і полярність. Найбільше спотворення набувають короткі хвилі далеких джерел. Мікрочастинки, змішані з газом, помітні як темних плям на Чумацькому Шляху.

У зв'язку з цим фактором ядро ​​нашої Галактики повністю приховано та доступне для спостереження лише в інфрачервоних променях. Хмари з високою концентрацією пилу стають практично непрозорими, тому частинки, що знаходяться всередині, не втрачають своєї крижаної оболонки. Сучасні дослідники та вчені вважають, що саме вони, злипаючись, утворюють ядра нових комет.

Наукою доведено вплив гранул пилу на утворення зірок. Ці частинки містять різні речовини, у тому числі метали, які є каталізаторами численних хімічних процесів.

Наша планета щороку збільшує свою масу за рахунок падаючого міжзоряного пилу. Звичайно, ці мікроскопічні частинки непомітні, а щоб їх знайти та вивчити досліджують дно океану та метеорити. Збір та доставка міжзоряного пилу стали однією з функцій космічних апаратів та місій.

При попаданні в атмосферу Землі великі частки втрачають свою оболонку, а дрібні незримо кружляють роками довкола нас. Космічний пил всюдисущий і схожий у всіх галактиках, астрономи регулярно спостерігають темні рисочки на лику далеких світів.

Космічний пил на Землі найчастіше знаходиться у певних шарах океанічного дна, крижаних щитах полярних областей планети, відкладеннях торфу, важкодоступних місцях пустелі та метеоритних кратерах. Розмір цієї речовини - менше 200 нм, що робить його вивчення проблематичним.

Зазвичай поняття космічного пилу включає розмежування на міжзоряний і міжпланетний різновид. Втім, все це дуже умовне. Найбільш зручним варіантом для вивчення подібного явища вважають дослідження пилу з космосу на межах Сонячної системи або за її межами.

Причина такого проблематичного підходу до дослідження об'єкта полягає в тому, що властивості позаземного пилу кардинально змінюються при знаходженні поруч із такою зіркою, як Сонце.

Теорії походження космічного пилу

Вирізняють такі теорії утворення космічного пилу:

• Розпад небесних тіл. Деякі вчені вважають, що космічний пил - не що інше, як результат руйнування астероїдів, комет та метеоритів.
• Залишки хмари протопланетного типу. Є версія, за якою космічний пил відносять до мікрочастинок протопланетної хмари. Втім, таке припущення викликає деякі сумніви через недовговічність дрібнодисперсної речовини.
• Результат вибуху на зірках. Внаслідок цього процесу, на думку деяких фахівців, відбувається потужний викид енергії та газу, що призводить до утворення космічного пилу.
• Залишкові явища після формування нових планет. Так зване будівельне «сміття» стало основою для виникнення пилу.

Основні різновиди космічного пилу

Розглянемо сім груп космічного пилу в атмосфері, різних за зовнішніми показниками:

1. Сірі уламки неправильної форми. Це залишкові явища після зіткнення метеоритів, комет та астероїдів розміром трохи більше 100-200 нм.
2. Частинки шлакоподібної та попелоподібної освіти. Такі об'єкти складні в упізнанні виключно за зовнішніми ознаками, тому що зазнали змін, пройшовши через атмосферу Землі.
3. Зерна округлої форми, що за параметрами схожі на піск чорного кольору. Зовні вони нагадують порошок магнетиту (магнітного залізняку).
4. Чорні кола невеликого розміру, що мають характерний блиск. Їх діаметр не перевищує позначки 20 нм, що робить їх вивчення ретельним заняттям.
5. Більші кульки того ж кольору з шорсткою поверхнею. Їхній розмір досягає 100 нм і дозволяє детально вивчити їхній склад.
6. Кульки певного забарвлення з переважанням чорних та білих тонів із включеннями газу. Ці мікрочастинки космічного походження складаються із силікатної основи.
7. Кулі різнорідної структури зі скла та металу. Такі елементи характеризуються мікроскопічними розмірами не більше 20 нм.

• Пил, що знаходиться в міжгалактичному просторі. Даний вид може спотворювати розміри відстаней за певних розрахунків і здатний змінювати колір космічних об'єктів.
• Освіта у межах Галактики. Простір у цих межах завжди заповнений пилом від руйнування космічних тіл.
• Речовина сконцентрована між зірками. Воно найцікавіше завдяки наявності оболонки та ядра твердої консистенції.
• Пил, що розташувався поруч із певною планетою. Знаходиться вона зазвичай у кільцевій системі небесного тіла.
• Хмари з пилу навколо зірок. Вони кружляють орбітальною траєкторією самої зірки, відбиваючи її світло і створюючи туманність.

1. Металеві групи. Представники цього підвиду мають питому вагу понад п'ять грамів на кубічний сантиметр, і основа їх складається переважно із заліза.
2. Група силікатної основі. Основа – прозоре скло з питомою вагою приблизно три грами на кубічний сантиметр.
3. Змішана група. Сама назва цього об'єднання свідчить про наявність у структурі мікрочастинок як скла, і заліза. Основа також включає магнетичні елементи.

• Сферули з порожнім наповненням. Цей різновид часто зустрічається в місцях падіння метеоритів.
• Сферули металевої освіти. Такий підвид має ядро ​​з кобальту та нікелю, а також оболонку, що окислилася.
• Кулі однорідної складання. Такі крупинки мають окислену оболонку.
• Кульки із силікатною основою. Наявність газових вкраплень надає їм вигляду звичайних шлаків, а іноді й піни.

Слід пам'ятати, що ці класифікації дуже умовні, але є певним орієнтиром для позначення видів пилу з космосу.

Склад та характеристика компонентів космічного пилу

Склад космічного пилу можна розглянути на прикладі основних моделей цієї речовини. До них належать такі підвиди:

1. Крижані частинки, до структури яких входить ядро ​​з тугоплавкою характеристикою. Оболонка такої моделі складається з легких елементів. У частках великого розміру є атоми з елементами магнітної властивості.
2. Модель MRN, склад якої визначається наявністю силікатних та графітових вкраплень.
3. Оксидний космічний пил, в основу якого входять двоатомні оксиди магнію, заліза, кальцію та кремнію.

• Кульки з металевою природою освіти. До складу таких мікрочастинок входить такий елемент, як нікель.
• Металеві кульки з наявністю заліза та відсутністю нікелю.
• Кола на силіконовій основі.
• Залізо-нікелеві кульки неправильної форми.

Ґрунти благодатні на присутність космічного матеріалу. Особливо велику кількість сферул виявлено у місцях падіння метеоритів. Основою для них послужили нікель та залізо, а також всілякі мінерали типу троіліту, кохеніту, стеатиту та інших складових.

Льодовики також тануть у своїх брилах прибульців з космосу у вигляді пилу. Силікат, залізо та нікель є основою знайдених сферул. Усі видобуті частки були класифіковані до 10 чітко розмежованих груп.

Труднощі у визначенні складу об'єкта, що вивчається, і диференціювання його від домішок земного походження залишають це питання відкритим для подальших досліджень.

Вплив космічного пилу на процеси життєдіяльності

Вплив даної субстанції до кінця не вивчений фахівцями, що дає великі можливості щодо подальшої діяльності в цьому напрямку. На певній висоті за допомогою ракет виявили специфічний пояс, що складається із космічного пилу. Це дає підстави стверджувати, що така позаземна речовина впливає на деякі процеси, що відбуваються на планеті Земля.

Вплив космічного пилу на верхні шари атмосфери

Величезна кількість пилу, що виник від зіткнення астероїдів, заповнює простір навколо нашої планети. Її кількість сягає майже 200 тонн за добу, що, на думку вчених, не може не залишити своїх наслідків.

Найбільш схильна до цієї атаки, на думку тих же фахівців, північна півкуля, клімат якої схильний до холодних температур і вогкості.

Питання впливу космічного пилу на утворення хмар та зміну клімату ще не вивчено достатньою мірою. Нові дослідження в цій галузі породжують все більше питань, відповіді на які поки що не отримано.

Вплив пилу з космосу на перетворення океанічного мулу

Поглинання мінералами залізомарганцевого походження елементів із космосу стало основою у формуванні унікальних рудних утворень на океанському дні.

На даний момент кількість марганцю в областях, близьких до полярного кола, обмежена. Все це пов'язано з тим, що космічний пил не надходить у Світовий океан у тих районах через крижані щити.

Вплив космічного пилу на склад води Світового океану

Надмірно підвищена концентрація того ж гелію-3, цінних металів у вигляді кобальту, платини та нікелю дозволяє з упевненістю стверджувати факт втручання космічного пилу до складу льодовикового щита. При цьому речовина позаземного походження залишається в первозданному і не розбавленому водами океану вигляді, що є унікальним явищем.

На думку деяких учених, кількість космічного пилу в таких своєрідних крижаних щитах за останній мільйон років налічує близько кількох сотень трильйонів утворень метеоритного походження. У період потепління ці покриви тануть та несуть у Світовий океан елементи космічного пилу.

Дивіться відео про космічний пил:

По масі тверді частинки пилу становлять мізерно малу частину Всесвіту, проте саме завдяки міжзоряному пилу виникли 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 в космос експедиції вартістю до річного бюджету невеликої держави, сподіваючись лише, а не в твердій впевненості добути і привезти на Землю хоч крихітну жменьку міжзоряного пилу?

Між зірок та планет

Пилом в астрономії називають невеликі, розміром у частки мікрона, тверді частинки, що літають у космічному просторі. Часто космічний пил умовно поділяють на міжпланетний і міжзоряний, хоча, очевидно, і міжзоряний вхід у міжпланетний простір не 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 Сонячної системи, там ймовірність упіймати 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 по її «відлову» нелегка, бо зберегти свою крижану «шубу» в сонячному проміні, 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 структури графіту, 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, за різними оцінками, становить близько 1?2% при середній щільності близько 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. Більшість міжзоряного 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 умовах просто неможливе. 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. Проте велика маса міжзоряного 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. Потужне ультрафіолетове випромінювання нагріває 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 і великий час експонування дозволили знайти і об'єкти, що зовсім слабко світяться. Трохи пізніше спектральні методи аналізу, спостереження у різних діапазонах електромагнітних хвиль надали можливість надалі як виявляти багато нових туманностей, а й визначати їх структуру та 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 доля зірок дуже різноманітні та залежать від дуже багатьох факторів. Проте є усталена концепція, вірніше, найбільш опрацьована гіпотеза, суть якої, у найзагальніших рисах, у тому, що зірки формуються з міжзоряного газу областях із 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 найпримітивнішому 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 зіркових систем - дві 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 у різних діапазонах довжин 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 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 великій швидкості - на відміну від більш важких і повільних порошин молекули газу літають швидко - вони втрачають швидкість і їх кінетична енергія передається 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 у 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 молекули газу. 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 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: 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, у звичайних умовах один 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 космічних глибин, набрати там міжзоряного пилу, привезти Землю і проаналізувати усіма 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 зірка своїм випромінюванням та зірковим 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 етап передеволюції зірки - повільний стиск, в процесі якого вигоряють ізотопи літію та 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