Вчений з університету Чикаго приголомшив багатьох своїх колег, запропонувавши радикальне пояснення хімічного процесу в метеоритах, вперше виявленого 135 років тому. Йдеться про хондрити - найпоширенішому типі метеоритів в Сонячній системі. Свою назву вони отримали через наявність маленьких еліптичних утворень, хондр, які вперше були виявлені британським вченим Генрі Сорби в 1877 році. Сорби припустив, що ці вкраплення колись могли бути краплями «вогняного» дощу, який був присутній у Всесвіті під час ущільнення газопилових хмар, приблизно 4.5 мільярда років тому.
В даний час вчені розцінюють хондри як рідкі крапельки, які перебували в космічному просторі перш, ніж вони охололи. Але сам процес формування цієї рідини до сих пір не ясний. Дослідник із Чиказького університету Лоуренс Гроссман припустив свою версію походження вкраплень. Він стверджує, що процес ущільнення не може створювати хондри, а бульбашки утворилися під час зіткнень планетезималей - небесних тіл, що обертаються у протозвезд, поступово нарощують свою масу з міжзоряного пилу і газу. Його колеги відмовилися зрозуміти цю теорію і назвали її божевільною.
Вчені, що займаються вивченням хімічного складу космічних об'єктів, знають, що у цих бульбашок повинні бути попередники, більші в порівнянні з ними. Нова теорія Гроссмана говорить про те, що хондри сформувалися, плавлячи ці масивні частинки, в яких вони перебували. Основна заковика в прийнятті цієї теорії полягає в тому, що бульбашки після конденсованих всередині іншого елемента повинні володіти високою температурою, достатньою, щоб розплавити навколишній грунт і залишити після себе безліч вкраплень. В результаті з'явилися інші дивовижні і необгрунтовані теорії формування метеоритних структур. Можливо зіткнення між частинками в Сонячної системи, що нагріли і розплавили дрібні зерна в краплі, можливо вони утворилися під дією ударів космічних блискавок, а може уплотнились в атмосфері формується Юпітера.
Подання художника про те, як могла б виглядати наша Сонячна система у віці всього в 1 мільйон років. Джерело: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle, SSC
Але всі ці теорії не можуть пояснити наявність в хондритах великої кількості оксиду заліза. У місцевому скупченні, силікати як олівін, утворюються з газоподібного магнію і кремнію при дуже високих температурах. Тільки коли залізо окислено, воно може входити в кристалічні структури силікатів магнію. Оксиди заліза можуть з'являтися в нашій туманності, однак, тільки після того, як вже утворився олівін. В цьому і є вся заковика. Температура, при якій залізо окислюється в Сонячній системі, мала, тому воно досить повільно з'єднується з сформованими раніше магнієвими силікатами, такими як олівін, а цей процес не може дати тієї концентрації заліза, яку вчені фіксують в знайдених зразках. Стає абсолютно незрозуміло, який процес призводить до плавлення скелястій структури метеоритів і концентрування великої кількості оксиду заліза в них.
Гроссман стверджує, що процеси зіткнень між собою і газом древніх холодних планетезималей могли сформувати швидко нагріваються області, багаті водяною парою, що знаходиться під великим тиском. Яка містить велику кількість пилу і крапель середовище сприятливе для формування хондр. Так чи інакше, первісна теорія Гроссмана була їм самим пізніше доповнена в процесі вивчення її спростувань іншими вченими. Дослідники з Інституту Карнегі у Вашингтоні самі того не бажаючи виявили відсутню ланку в теорії. Вони виявили незначне підвищення натрію, який міститься в звичайній їдальні солі, в ядрах кристалів олівіну, що знаходяться в частинках хондр. У момент коли олівін кристалізується в бульбашках рідини, та частина натрію, яка повністю не випаровується, залишається в рідині з олівіном. За словами вчених випаровується близько 10 відсотків натрію.
Зображення структури метеорита, отримане через електронний мікроскоп, джерело світла знаходиться за зрізом. Хондри виглядають тут як круглі освіти, розсіяні по всій поверхні. Чорні зерна є кристалами олівіну. Джерело: Steven Simon
Колеги Гроссмана разом з ним вирахували умови, необхідні для припинення процесів випаровування всередині формується метеоритної породи. Своє обчислення вони підготували з допомогою значень сумарного тиску і коефіцієнта насиченості Сонячної системи міжзоряним газом і пилом, з яких формувалися деякі елементи хондритів. Гроссман стверджує, що наявність міжзоряної речовини необхідно у зв'язку з тим, що в Сонячній системі просто не змогли б з'явиться ті астероїди і метеорити, які ми спостерігаємо зараз. На початку свого існування Сонячна система досягла температури в 1800 градусів Кельвіна, при такій температурі не міг існувати твердий матеріал. На час, коли майбутня система охолола до 400 градусів Кельвіна, велика частина речовини вже ущільнився і стала твердими частинками. Гроссман присвятив дуже багато часу виявлення частинок, що утворюються в перші секунди охолодження пилової хмари. Він з'ясував, що в цей період утворилися окису кальцію, алюмінію та титану, а так само силікати. Його обчислення пророкують появу щільних скупчень тих самих речовин, які зараз знаходять в метеоритах. Після цього Гроссман з колегами випустили безліч статей, в яких спробували пояснити процес злиття заліза з силікатами при високих температурах, але жодна з них не змогла пояснити формування хондритів. У розрахунки були включені концентрації речовин, які в принципі не могли існувати в природі, але навіть при таких параметрах результату не було.
Дослідники спробували використовувати зовсім інший процес. Вони змоделювали в модель трохи більше води і пилу, і збільшили тиск в системі. Було висунуто припущення, що ударні хвилі від якогось невідомого джерела могли пронизати майбутню Сонячну систему, внаслідок чого частинки різко розігрілися і стиснулися, формуючи бульбашки майбутніх хондр. Моделювання показали, що ударна хвиля може привести до такого результату, якщо кількість води і пилу в системі є аномально великим, але навіть в цьому випадку крапельки рідини будуть відрізнятися від досліджуваних сьогодні. Перш за все, в реальних зразках немає изотопических аномалій, тоді як моделювання за допомогою ударної хвилі вказує на велике їх кількість. Ізотопи це атоми одного і того ж елемента, що розрізняються масою. Проходження пилу і води через що формується хмара Сонячної системи викликає безліч аномалій в атомах, що є відхиленням від нормальних пропорцій ізотопів. Аномалій можна уникнути якщо кількість ізотопних атомів, що виділилися з гарячих крапель, дорівнює кількості атомів, що з'явилися в навколишньому газі.
Ця теорія так само піддається сумніву. Якби хондрити сформувалися під дією ударної хвилі, то ізотопний склад олівіну постав би у вигляді концентричних кілець, на зразок річних кілець у дерев. Це було б пов'язано перш за все з охолодженням гарячої краплі, тому що її форма близька до сферичної. Але до сих пір ніхто не виявив подібні розподілу.
Деяку допомогу в цих дослідженнях зробило недавнє відкриття того, що хондри на один або два мільйони років молодше кальцієво-алюмінієвих включень в метеорити. Ці включення однозначно є конденсатом, оскільки добре узгоджуються з теоріями космічної хімії. Ця різниця в кілька мільйонів років дає достатньо часу після формування перших планетезималей для формування бульбашок рідини. Уже з'явилися теорії того, що планетезимали, що складаються з залізо-нікелевого сплаву і силікатів магнію є сприятливим середовищем для формування хондр. А розпад радіоактивних елементів забезпечив досить високий рівень температури.
Таким чином, вода варилася в початкових планетезімалямі, взаємодіяла з металами і окислила залізо. При подальшому нагріванні окис заліза з'єдналася з силікатами магнію Коли планетезимали стикалися між собою, то створювали аномально високий тиск, при якому рідкі крапельки, що містять оксид заліза, розпорошувалися. Таким чином, по викладкам Гроссмана, хондри утворилися на в результаті накопичення матеріалу з газопилової хмари, а всередині вже сформованих твердих об'єктів.