Найти на Земле породы возрастом в сотню миллионов лет не составляет особого труда — об этом явно говорят множество костей динозавров в музеях. С породами возрастом в миллиард лет ситуация обстоит сложнее, а самые старые имеют возраст 4.28 млрд лет. Это всего на 300 млн лет младше самой Земли, и обнаружены они были в зеленокаменном поясе в Канаде.
История обыкновенного метеорита
Место падение особенного метеорита.
В 1969 году рядом с поселком Мерчисон в Австралии упал космический булыжник весом в 100 килограмм. Разумеется, ученые изучили его с учетом развития технологий своего времени и не нашли ничего интересного. Вновь к этому камню вернулись лишь в 2019 году, когда стало известно, что такие метеориты могут содержать внутри себя зерна досолнечной пыли (те, которые образовались еще до нашего Солнца).
На Земле такие частицы нельзя найти даже чисто теоретически — развитый вулканизм и тектоника плит давно уже расплавили такую пыль и смешали ее с другим веществом, опустив ее за миллиарды лет ближе к мантии. А вот метеориты, эти космические бродяги, вполне могут при формирования захватить несколько зерен досолнечной пыли и сохранить их внутри себя в своеобразной капсуле времени.
И Мерчисонский метеорит — как раз пример комической скалы, которая образовалась из газопылевого диска на заре формирования Солнечной системы, и с тех пор мирно летала по космосу больше 4 млрд лет, пока 50 лет назад не упала на Землю.
Исследование досолнечной пыли
Итак, к настоящему времени синтез элементов в звездах уже вполне ясен: из водорода образуется гелий, из гелия — углерод. Последний может превращаться в кислород, а тот — в кремний. Три из них нам мало интересны: водород, гелий и кислород в основном образуют летучие соединения, и найти их в метеоритах не представляется возможным. Остаются углерод и кремний.
Эти элементы обычно выбрасываются в космическую среду во время взрывов сверхновых, так что не удивительно, что их во вселенной достаточно много. Причем при сверхвысоких температурах в моменты гибели звезд они сплавляются вместе, образуя зерна карбид кремния — SiC. Это чрезвычайно твердое вещество, лишь чуть-чуть не дотягивающее по этому показателю до алмаза, которое к тому же очень устойчиво и способно выжить без изменений миллиарды лет в космосе. Поэтому у ученых появилась идея: а что если поискать зерна карбида кремния в старых метеоритах?
Автором идеи выступил Филипп Хек, куратор кафедры метеоритики в Университете естественных наук Чикаго. Он вместе с командой раскололи Мерчисонский метеорит на куски, после чего стали топить их в кислоте, которая должна была растворить минералы и силикаты и выявить устойчивые к кислотам досолнечные зерна. По словам Хека, ему этот процесс напоминает «сжигание стога сена для нахождения иголки».
Досолнечные зерна из карбида кремния.
Как и предполагалось, они обнаружили около 40 зерен карбида кремния размерами от 1 до 30 микрон — такие объекты пусть и с трудом, но можно увидеть в мощный современный оптический микроскоп. То, что эти зерна имеют внесолнечное происхождение, определили почти сразу: изотопы кремния и углерода в них не совпадали с соответствующими значениями для Солнечной системы. Оставалось самое главное — определить их возраст.
Для этого исследователи решили воспользоваться тем, что в космосе частицы высоких энергий, приходящие из различных источников, бомбардируют атомы в том числе и в зернах. В итоге внутри них появляются новые вещества, которые звезды обычно не вырабатывают, и по их количеству можно понять, как долго зерна подвергались облучению. Хек приводит такую аналогию: представьте, что вы ставите ведро на улицу во время дождя. Пока дождь идет с постоянной скоростью, вы можете вычислить, сколько времени ведро находилось снаружи, исходя из количества собранного дождя.
Исследователи смотрели на количество атомов изотопа неона-21, и результаты оказались интересными: большая часть зерен, около 60%, датируется примерно 4.6-4.9 млрд лет, а самым старым аж 7 млрд лет. К слову, такое большое количество частиц с одинаковым возрастом имеет объяснение. Они все произошли от «звездного бэби-бума», который прошел в нашей галактике около 7 млрд лет назад. «А потом понадобилось от двух до двух с половиной миллиардов лет, чтобы эти звезды стали пылеобразователями», — объяснил Хек. «Когда звезда образуется, она не производит пыль. В течение большей части своей жизни звезда не производит пыль. Звезды производят пыль только в конце своей жизни».
Это открытие подтверждает выводы других астрономов, которые указывают на резкий всплеск звездообразования около 7 миллиардов лет назад. «Многие астрофизики считают, что звезды формируются в Млечном Пути с примерно постоянной скоростью. Однако благодаря этому метеориту и зернам досолнечной пыли мы получили первые прямые доказательства того, что это не так. 7 млрд лет назад в нашей галактике произошло событие, резко ускорившее формирование новых солнц», — добавил Хек. К слову, эти звезды можно назвать родителями Солнца: именно их вещество образовало газопылевой диск, из которого родилось Солнце и наша Земля.
Как пахнет история?
Обломки Мерчисонского метеорита.
Измельчение и анализ кусков космического камня также подарили исследователям необычный побочный продукт — сильный и очень резкий запах. Крошево из метеорита испускало зловоние «как протухшее арахисовое масло», — говорится в заявлении соавтора исследования Дженики Грир, аспирантки Чикагского университета.
По словам Хека, в этом нет ничего удивительного: летучие органические соединения в скалистых метеоритах, являющиеся абиотическими — не образованными живыми организмами — создают эти характерные запахи при нагревании или растворении. А Мерчисонский метеорит был особенно вонючим. Когда Хек посетил Мерчисон в 2019 году на 50-летие падения метеорита, он поговорил с людьми, которые были свидетелями этого события или собирали фрагменты космического камня. Многие из них рассказывали истории об особом аромате метеорита.
Хек говорит, что он с нетерпением ожидает охоты на новые зерна карбида кремния. Конечно, разрушение метеоритов, являющихся самыми древними неизменными объектами нашей Солнечной системы, заставляет его чувствовать себя немного неловко, однако у Чикагского университета все еще есть несколько десятков килограмм частей Мерчисонского метеорита, и часть из них можно пустить под нож. «У нас есть доступ к этим бесценным камням», — говорит Хек. «Однако мы хотим, чтобы будущие поколения тоже имели возможность их изучать».
