Микрометеориты: космос на крыше

Диаметр этого стеклянного шарика меньше миллиметра. Тем не менее это не просто шарик, а метеорит — расплавленный осколок каменного метеорита. Точнее, это микрометеорит (см. Micrometeorite) — так, по официальному определению Международного астрономического союза, следует называть метеориты размером менее 1 мм. Микрометеориты, как правило, совершенно не похожи на своих «полномасштабных» собратьев, так как полностью или почти полностью плавятся из-за разогрева при прохождении через земную атмосферу и выглядят как разноцветные шарики. И хотя этот термин появился относительно недавно, в 1950 году, в статье американского астронома Фреда Уиппла «Теория микрометеоритов» (The Theory of Micro-Meteorites), сами микрометеориты были известны научному сообществу намного раньше.

В 1873–1876 году комплексная экспедиция на парусно-паровом корвете «Челленджер» в числе прочих работ отобрала пробы глубоководных осадков в Тихом и Атлантическом океанах. Обработка собранных материалов продолжалась долго, и в одном из томов итогового отчета, вышедшего в 1911 году, описывались магнитные сферулы (попросту — шарики; см. Sphaerula), обнаруженные в этих пробах. На основании ряда признаков, в том числе удаленности от цивилизации и непохожести на известные промышленные отходы или природные образования, авторы отчета заключили, что имеют дело с небольшими фрагментами внеземного вещества. Эта публикация и считается официальным открытием микрометеоритов.

Первые изображения микрометеоритов. Рисунок из экспедиционного отчета W. Thompson, J. Murray, 1911. Report on the scientific results of the voyage of H.M.S. Challenger during the years 1873-76. Deep-sea deposits

Микрометеориты весьма разнообразны: часть выглядит как цветные стеклянные бусины, как на главном фото, часть — как почти металлические черные шарики. Это связано с различным химическим составом, степенью плавления изначального вещества и «жизненным путем» микрометеорита — факторами, на которых и основана их научная классификация.

Разнообразные микрометеориты в оптическом микроскопе. Фото © Jon Larsen со страницы в Фейсбуке Project Stardust

Так как микрометеориты — это те же метеориты, то понятно, что итоговый вид бусины будет зависеть от того, из осколка какого метеорита — каменного, железного или железокаменного — она образовалась (см. Классификация метеоритов). Так, в более черных магнитных сферулах железа может быть более половины (железные, железо-каменные), а в зеленых стеклянных шариках будет преобладать кремний и кислород (каменные).

Различные типы микрометеоритов в разрезе: a, b — сферулы с преобладанием магнетита и вюстита; c, d — сферулы с дендритами магнетита в стекле, богатом кремнеземом; e–h — стеклянные сферулы; i–k — криптокристаллические сферулы (см. Cryptocrystalline); l–t — сферулы из оливина; u, v — силикатные сферулы; x, y — крупнозернистые сферулы. Изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Длина масштабных отрезков — 20 мкм. Изображение из статьи M. Genge et al., 2008. The classification of micrometeorites

Микрометеориты несут значительно меньше научной информации, чем классические метеориты. Это связано и с размером, и с обычными для микрометеоритов высокими степенями плавления, стирающими исходные свойства космического вещества. Но то, что для астрономов и геохимиков минус, может оказаться плюсом для геологов, изучающих свойства древней атмосферы нашей планеты. При плавлении микрометеорит реагирует с окружающей средой и часто даже захватывает пузырьки воздуха. Поэтому его итоговый состав может служить источником данных о химическом составе атмосферы. Например, изучение содержания кислорода в австралийских микрометеоритах возрастом 2,7 млрд лет позволило предположить, что в то время атмосфера была слоистой: верхние слои были более насыщены кислородом, чем нижележащие. Согласно гипотезе австралийских геологов, обнаружение в микрометеоритах минерала магнетита (Fe₃O₄), образующегося в окислительных обстановках, может говорить о концентрации кислорода около 21% в верхней атмосфере, где и происходило плавление. Чуть позже американские ученые выпустили свою интерпретацию этих данных — возражая, что такие содержания кислорода вовсе не требуют 21% кислорода в верхней атмосфере, а вполне могут возникнуть из-за высоких концентраций CO₂ или низких N₂, что больше согласуется с традиционными представлениями (в 100 000 раз меньше).

При плавлении микрометеорита железо-никелевый металлический расплав (темная область вверху) и силикатный расплав не смешиваются, и при очень быстром охлаждении (закалке) мы можем наблюдать это явление в собранных образцах. Фото © Jon Larsen со страницы в Фейсбуке Project Stardust

Несмотря на маленький размер найти микрометеорит гораздо проще, чем большой метеорит, более того — это может сделать с гарантированным успехом почти каждый, даже не отходя далеко от дома. Их падает гораздо больше: поток долетающих до поверхности микрометеоритов оценивают примерно в 2700±1400 тонн в год. И выпадают они почти равномерно на всей территории планеты. До последнего времени ученые искали их в глубоководных осадках и антарктических льдах, предполагая, что в городе просто нет условий для их накопления и сохранения. Но этому убеждению было суждено измениться после того как в 2009 году на стол норвежского джазового музыканта Йона Ларсена (Jon Larsen) упал маленький кусочек космического вещества. Ларсен, немного изучавший минералогию в прошлом, догадался, что это, скорее всего, микрометеорит, и это навело его на мысль — попробовать поискать подобные объекты на плоских крышах, где они теоретически могли накапливаться. И действительно, после просеивания собранной на крыше грязи и сортировки ее под микроскопом ему удалось обнаружить сферулы, очень похожие на известные науке микрометеориты.

Несколько лет ушло на то, чтобы найти ученого, который бы согласился проанализировать находки Ларсена, продолжавшего собирать сферулы всё это время. В 2015 году этим ученым стал Мэтью Генж (Dr. Matthew Genge), геолог из Имперского колледжа Лондона. Космическое происхождение обнаруженных Ларсеном частиц подтвердилось, а ученые получили возможность собирать космическую пыль на крышах университетских корпусов. Этот эпизод считается одним из ярких успехов гражданской науки. После признания Ларсен написал несколько книг о микрометеоритах с замечательными иллюстрациями (см., например, его Атлас микрометеоритов) и основал движение Project Stardust, посвященное развитию поиска микрометеоритов как отрасли гражданской науки. В настоящее время это достаточно распространенное хобби, и поиском микрометеоритов увлекаются даже достаточно известные люди, такие как кинорежиссер Вернер Херцог, снявший Йона Ларсена в своем последнем документальном фильме «Fireball: Visitors from Darker Worlds».

Йон Ларсен (верхнее фото, справа) и норвежский коллекционер метеоритов Мортен Биле (слева) в поисках микрометеоритов на крыше склада овощей и фруктов в Осло, Норвегия. Изображение из статьи J. Larsen et al., 2018. Using Microscopy to Find Stardust Anywhere

Если вы хотите попробовать поискать микрометеориты самостоятельно — это достаточно просто. Для этого вам потребуется доступ к плоскому участку крыши, покрытой немагнитным материалом (вроде пластика или рубероида), микроскоп и сильный магнит. Положите магнит в пластиковый пакет и проведите им над скоплениями грязи в понижениях крыши, чтобы собрать весь магнитный материал. Выверните пакет и отсоедините магнит, чтобы находки остались внутри. Под микроскопом рассмотрите ваши находки — очень возможно, что среди них будут микрометеориты! Главное достоинство этого метода — быстрота и простота, однако у него есть очевидный минус: он поймает только сильномагнитные частицы, и, скорее всего, среди ваших находок не будет синих и зеленых бусин, а только черные шарики. Для того чтобы найти немагнитные микрометеориты, грязь с крыши нужно аккуратно смести, очистить от органического вещества, просеять на ситах с разным размером ячейки и отсортировать под микроскопом.

Фото © Jon Larsen, Jan Braly Kihle со страницы в Фейсбуке Project Stardust.

Кирилл Власов