Российские ученые сымитировали влияние космического полета на метеорит

Железный метеорит Чинге, который, по одной из версий, упал на землю около 15 тысяч лет назад, снова заставили «пролететь» сквозь «солнечную систему» российские ученые из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского ран с коллегами из Снежинска. Они провели ударно-взрывной <span class="wp-tooltip" title="Исследовательская стратегия Характеризуется тем что в нем осуществляется целенаправленное наблюдение за каким-либо процессом в условиях регламентированного изменения отдельных характеристик условий его протекания При этом п, воссоздав возможные коллизии, которые небесное тело испытало до падения на нашу планету. Фактически ученые впервые оценили степень ударных изменений древнего метеорита. О том, как проходил опыт, «МК» рассказала одна из авторов работы, доктор физико-математических наук Наталья Безаева.

Метеорит Чинге фото: ru.wikipedia.org

История гласит, что Чинге — железный метеорит-атаксит (редчайший тип железных метеоритов) весом 250 килограмм был найден на реке Ургайлык-Чинге, на территории современной Республики Тыва в 1912 году. С тех пор было собрано более сотни обломков этого метеорита общей массой 184 килограмма, размеры некоторых доходили до десятков сантиметров. Именно из этого метеорита было изготовлено в свое время изваяние Будды-Вайшравана «Железный человек» весом около 10 килограммов.

Железные метеориты, прилетающие к нам из пояса астероидов, являются  их осколками. Сталкиваясь во время путешествия с другими телами, испытывая на себе сильные удары и связанные с ними высокотемпературные воздействия, фрагменты астероидов меняют свою структуру и свойства. Исследуя этот метаморфизм, ученые по сути изучают предысторию эволюции твердого вещества нашей Солнечной системы.

Полоса скольжения, обнаруженные в Чинге после эксперимента на земном полигоне. Предоставлено ГЕОХИ.

В ГЕОХИ пошли дальше –  решили  смоделировать космические столкновения и изменения физико-химических свойств метеоритного железа на имеющемся в коллекции ГЕОХИ небольшом фрагменте метеорита Чинге.  

 – Был изготовлен шар диаметром 57 миллиметров, который подвергли воздействию ударной волны, сходящейся к центру, – объясняет  ведущий научный сотрудник лаборатории метеоритики и космохимии, заместитель директора ГЕОХИ ран Наталья Безаева.

– Каким образом вы воссоздали на Земле космические скорости и соударения?

– Испытания, по силе граничащие с космическими, нам помогли воссоздать коллеги из Российского федерального ядерного центра ВНИИТФ в Снежинске. Они поместили сферический образец в герметичный чехол, в котором был воссоздан вакуум. Затем гермочехол обложили со всех сторон взрывчатым веществом и взорвали его. Таким образом была сгенерирована ударная волна, сходящаяся со всех точек шара к центру. Достигнув максимума в центре, она стала также симметрично расходится к периферии. А когда коллеги вернули наш образец, мы обнаружили, что в нем образовалась полость с рваным краем. Это произошло за счет особой геометрии ударных волн. Получается, отдали мы им целый шар, а вернули нам шар с дыркой (улыбается собеседница). К тому же сфера немного разошлась по диаметру.

Пластина метеорита Чинге после взрыва на полигоне. В центре в результате ударно-взрывного эксперимента появилась полость с рваными краями. Предоставлено ГЕОХИ.

– Но в космосе фрагмент астероида, наверное, не мог оказаться в условиях такого симметричного воздействия… Там же удар возникает с одной стороны и бьет по какой-то одной стороне поверхности астероида.

– Это так. Но в лабораторных условиях мы не могли бы иначе получить максимальные температуры и давление при ударе, который может возникать только в космическом пространстве. Высокоскоростные коллизии между твердыми телами в Солнечной системе генерируют давление и температуры больше 100 гигапаскалей и тысяч градусов Цельсия. 

– Что вы сделали с разорвавшимся изнутри шаром дальше?

– Мы разрезали эту сферу пополам и спилили с одной из частей тонкий слой материала (в несколько миллиметров) для изучения.

Выяснилось, во-первых, что метеорит за время своего путешествия к нам обнулил свою магнитную память, – утратил информацию о магнитных полях своего родительского тела. Это произошло из-за того, что изначально состав его был магнито-мягким.

Полоса скольжения, обнаруженные в Чинге после эксперимента на земном полигоне. Предоставлено ГЕОХИ.

Второй вывод оказался гораздо интереснее. До нашего исследования степень ударных изменений Чинге была никому неизвестна. понять это было сложно, поскольку состав его внешне весьма однороден, не имеет четкой структуры в виде зерен, как другие метеориты. Мы изучили его ударный метаморфизм, который в природном материале оказался довольно умеренным. Зато в лабораторном эксперименте мы впервые для железного метеорита воспроизвели так называемые полосы скольжения –  искусственно полученный маркер пережитой коллизии. Это дефекты материала, возникающие, когда один его слой сдвигается относительно другого (характерный маркер ударных изменений в железных метеоритах). В контрольном образце Чинге таких полос не было. Они появились только в ударенном нами образце. 

До нас полосы скольжения ученые наблюдали только в природных образцах железных метеоритов, но не знали при каком давлении они образовывались. В нашей работе мы смогли зафиксировать это давление – оно оказалось выше 30 гигапаскалей. Отсутствие таких полос в природном экземпляре Чинге говорит о том, что в космосе он не испытывал ударов такой силы.

Третий результат, который мы получили, касается температурной оценки температуры ударного метаморфизма Чинге.  Рассмотрев его состав, мы пришли к выводу, что в природный условиях он не нагревался выше 550 градусов Цельсия. Это опять же случилось только в нашем эксперименте.

– По какому маркеру вы это поняли?

– В составе природного фрагмента мы обнаружили минерал тетратэнит – сплав железа с никелем. Этот минерал разупорядочивается и превращается в тэнит при 550 градусах Цельсия. Если бы природный образец нагревался выше, там бы тетратэнита быть не могло. Именно в такие условия экспериментальный образец Чинге попал в Снежинске, – после взрыва в центре шара, где температура доходила почти до нескольких тысячи градусов Цельсия, весь тетратэнит превратился в тэнит. 

Таким образом мы фактически впервые оценили степень ударного метаморфизма Чинге, а также впервые получили искусственно созданные полосы скольжения в структуре железного метеорита, что позволит нам в будущем лучше разбираться в условиях формирования и изменения небесных тел.

Источник