Что космическая пыль может рассказать о Солнечной системе и Земле

^{Вот так под микроскопом выглядят микрометеориты}
Каждый год на квадратный метр поверхности Земли приходится около 10 частичек внеземного вещества — космической пыли. «Это означает, что пыль везде. На улицах, в вашем доме, возможно, даже на вашей одежде», — говорит Мэтью Гендж, ученый из имперского колледжа Лондона. Он специализируется как раз на гостях из космоса — микрометеоритах.

Круглые и разноцветные, микрометеориты отличаются друг от друга. Но до 1870 года их никто не замечал, пока экспедиция HMS Challenger не обнаружила их на дне Тихого океана. На суше обнаружить нечто подобное сложнее, поскольку гостей из космоса быстро прячет обычная пыль.

В течение веков ученые считали, что странные объекты со дна морей и океанов — расплавленные частицы с поверхности более крупных метеоритов, которые отходят от основого объекта во время падения на Землю. Но на самом деле это не всегда так — большая часть космической пыли попадает к нам не с поверхности метеоритов, а с космических скал, которые находятся в миллионах километров от Земли. Эти частицы оставляют крохотные сообщения, которые расшифровывают ученые. Гендж — один из них, он занимается этим уже в течение 30 лет.

Он начал работать в тот момент, когда ученые узнали, что в Антарктиде много микрометеоритов. Около 10% пыли, встречающейся во льдах Антарктиды попала к нам из космоса. Поэтому Гендж занялся изучением этой пыли, ее состава и морфологии. Специалистов по микрометеоритам немного, это небольшое и тесное сообщество. Но Гендж несколько выделяется — дело в том, что он смог научиться интерпретировать информацию, которую несет космическая пыль. Причем не столько о происхождении пыли, сколько о Земле в разные моменты истории нашей планеты.

Космическая пыль в сосуде. Ее собрали в Антарктиде в 2006 году

Сейчас Гендж изучает образцы пыли у себя дома, поскольку работа в лаборатории еще не восстановлена из-за пандемии. Он взял собранную пыль, микроскоп, чего вполне достаточно для работы.

Астрономы обычно уделяют максимум внимания звездам и галактикам. Все потому, что они очень заметны, это во-первых, и дают массу информации о космосе, во-вторых. Но пыль, хотя и совсем незаметна, может дополнить наши знания о космосе и том, что нас окружает. Ведь частички космического вещества содержат огромное количество информации о том, откуда они и как попали к нам. Пыли в космосе огромное количество, а на Землю она попадает гораздо чаще, чем метеориты.

Несмотря на то, что ученые уже очень давно знают о космической пыли, до 1990-х астрономы почти ничего не знали о том, что является генератором пыли в Солнечной системе. Французские ученые, например, считали, что пыль приходит к нам с комет. Но в итоге удалось понять, что микрометеориты (т.е. пыль) попадает к нам с астероидов. Большая их часть по составу схожа с метеоритами типа углистые хондриты.

Они дают информацию, которую сложно или невозможно получить при изучении обычных метеоритов. Кроме того, попадание метеорита на нашу планету — случайность. Для этого нужно, чтобы от астероида откололся кусок, потом этот кусок двигался бы по орбите, отличной от орбиты астероида, и все факторы сошлись бы таким образом, чтобы метеорит упал на Землю.

С пылью все похоже и, в то же время, немного иначе. Да, для того, чтобы частица пыли оторвалась от поверхности какого-либо объекта, нужно внешнее воздействие. Но потом пыль движется под действием солнечного света. Этот процесс называется эффектом Пойнтинга-Робертсона. Эффект был впервые описан в 1903 году известным британским физиком Джоном Генри Пойнтингом, который объяснил его в рамках эфирной теории электромагнетизма. Правильное объяснение эффекта с точки зрения общей теории относительности дал Говард Перси Робертсон в 1937 году.

^{Мэтью Гендж во время изучения космической пыли у себя дома в Лондоне}
Так вот, космическая пыль по спирали движется к Солнцу. Траектория движения пересекает орбиты планет, так что вероятность захвата пыли какой-либо планетой, включая Землю, достаточно высокая. В целом, эта вероятность гораздо выше вероятности попадания метеорита на Землю. Кроме того, космическая пыль, микрометеориты, попадает к нам из всех уголков Солнечной системы, так что информации можно извлечь очень много.

В целом, один метеорит дает большое количество информации о небольшом количестве объектов. А космическая пыль дает небольшой объем информации о многих объектах. Ну а все это в комплексе предоставляет ученым огромный массив данных.

А куда еще падает космическая пыль?

Конечно же, не только на Землю. Она попадает на Венеру, Марс, Юпитер и другие объекты. Что касается Земли, то есть предположение, что космическая пыль — один из факторов, который привел к появлению жизни. Микрометеориты все время приносят на нашу (и другие) планету аминокислоты — основу жизни. Конечно, чтобы из аминокислот возникла жизнь, нужно много больше, чем просто увеличение концентрации аминокислот. Тем не менее, это один из важных факторов. И, к слову, микрометеориты — основной источник органических веществ для Марса.

Кроме того, космическая пыль играет важное значение для цепочек питания (трофические цепи) глубоководных биосистем. Некоторые регионы океана настолько сильно удалены от суши, что организмы, которые живут там, нуждаются в ином источнике некоторых элементов. Это может быть, например, железо — и именно микрометеориты приносят железо этим организмам.

Состав различных областей системы. Так, во время ее формирования состав разных «слоев» менялся. И чем больше времени проходит, тем сильнее изменения. Когда ученые исследуют метеориты и микрометеориты, они стараются понять, в каком месте «диска» Солнечной системы образовался объект и как меняется состав и структура слоев этого диска.

Каждая планета формировалась в уникальных условиях, поэтому они отличаются друг от друга. Понимание этих условий помогает понять, как могут выглядеть планеты из других звездных систем и каков принцип их образования.

В первую очередь, это атмосферный состав планеты в разные эпохи. Когда очень горячий объект проходит через атмосферу, он с ней взаимодействует. Изучая этот объект, можно определить особенности атмосферы в определенный период времени.

Одно из исследований, опубликованных в Nature, раскрывает результаты изучения микрометеоритов, пыли, выпавшей на Землю 2,7 млрд лет назад. Эти объекты нашли в песчанике в Австралии и изучили. В итоге удалось понять, какой была атмосфера в тот период времени.

Кусок раскаленного металла, помещенный в атмосферу, поглощает кислород. И это отличный инструмент для измерения состава верхних слоев атмосферы Земли. Если ученые смогут изучить микрометеориты на Марсе, то получат изрядный объем данных об атмосфере этой планеты в прошлом.

Но пока что мы изучаем историю Земли. Так, до изучения микрометеоритов из австралийского песчаника считалось, что 2,7 млрд лет назад кислорода в атмосфере было очень мало. Но, изучив эти объекты мы поняли, что нет — его было много.

Правда, на изучение космической пыли нужно очень много времени. Ученый, о котором говорилось выше, до сих пор исследует образцы, собранные им в 2006 году, настолько это долгий процесс. Сбор образцов, к слову, занял всего 5 минут.

Что касается Антарктики, то там удалось собрать около 6 кг пыли, и в этом объеме оказалось около 3000 самых разных микрометеоритов.

Автор: Seleditor

Источник