Самые дорогие материалы в науке совсем не те, о которых вы могли подумать

После семилетнего путешествия и преодоления почти 6 млрд км космический аппарат НАСА OSIRIS-REx утром 24 сентября 2023 г. мягко приземлился в пустыне штата Юта с ценным грузом. Аппарат доставил на Землю образец с астероида Бенну.

Примерно 250 гр материала, собранного с астероида массой 85 млн тонн, помогут учёным узнать о формировании Солнечной системы, в том числе о том, есть ли в таких астероидах, как Бенну, химические компоненты для жизни.

Бюджет миссии НАСА составлял $800 млн, а в итоге стоимость 255 г образцов составит около $1,16 млрд. Но самый ли это дорогой из известных материалов? Даже близко нет.

OSIRIS-REx собрал образец с астероида Бенну

Я профессор астрономии. В своей преподавательской деятельности я использую лунные и марсианские камни и имею скромную коллекцию метеоритов. Меня восхищает тот факт, что я могу держать в руках материал, возраст которого составляет миллиарды лет и который прибыл ко мне, преодолев миллиарды километров.

Стоимость возвращения образцов

Горсть астероидов обходится в $4,7 млн за грамм. Это примерно в 70 000 раз больше цены золота, которая в последние несколько лет находится в диапазоне $60-70 за грамм.

Первые внеземные материалы, возвращённые на Землю, были получены в рамках программы «Аполлон». В период с 1969 по 1972 гг. шесть миссий «Аполлон» доставили на Землю 382 кг лунных образцов.

Общая стоимость программы «Аполлон» с учётом инфляции составила $257 млрд. Эти лунные камни были относительно выгодной сделкой по цене $674 тыс. за грамм, и, конечно, у «Аполлона» была дополнительная ценность в плане демонстрации технологий для полётов человека в космос.

В начале 2030-х годов NASA планирует доставить образцы с Марса, чтобы проверить, не содержат ли они следов древней жизни. В рамках миссии Mars Sample Return планируется доставить 30 пробирок с образцами общей массой 450 г. Марсоход Perseverance уже собрал 10 таких образцов.

Однако затраты возросли из-за сложности миссии, в которой задействовано множество роботов и космических аппаратов. Доставка образцов может обойтись в $11 млрд, а их стоимость составит $24 млн за грамм, что в пять раз превышает удельную стоимость образцов Бенну.

Некоторые космические камни бесплатны

Некоторые космические камни не стоят ничего. Ежедневно на Землю обрушивается почти 50 тонн бесплатных образцов из Солнечной системы. Большинство из них сгорает в атмосфере, но если они достигают земли, то их называют метеоритами, и большинство из них происходит из астероидов.

Метеориты могут стоить дорого, поскольку их бывает трудно распознать и извлечь. Все камни выглядят одинаково, если только вы не специалист в области геологии.

Большинство метеоритов — это каменистые породы, называемые хондритами, и их можно купить через Интернет всего за 50 центов за грамм. Хондриты отличаются от обычных камней тем, что содержат круглые зёрна, называемые хондрулами, которые образовались в виде расплавленных капель в космосе при зарождении Солнечной системы 4,5 млрд лет назад.

Хондрит из метеорита Виньялес, происшедшего из пояса астероидов между Марсом и Юпитером.

Железные метеориты отличаются тёмной коркой, образовавшейся в результате плавления поверхности при прохождении через атмосферу, и внутренним узором из длинных металлических кристаллов. Их стоимость составляет $1,77 за грамм и даже выше. Палласиты — это каменно-железные метеориты с вкраплениями минерала оливина. В огранённом и отполированном виде они имеют полупрозрачный жёлто-зелёный цвет и могут стоить более $35 за грамм.

Железный метеорит.

С Луны и Марса до нас долетело несколько метеоритов. Около 600 метеоритов были признаны прибывшими с Луны, а самый крупный из них массой 1,8 кг был продан по цене около $166 за грамм.

Около 175 метеоритов идентифицированы как прилетевшие с Марса. Покупка одного из них обойдётся примерно в $388 за грамм.

Исследователи могут определить место происхождения метеоритов, используя траектории их приземления, проецируя их путь следования обратно в пояс астероидов или сравнивая их состав с различными классами астероидов. По геологии и минералогии специалисты могут определить, откуда происходят породы Луны и Марса.

Ограничение этих «бесплатных» образцов состоит в том, что невозможно определить, откуда они взялись на Луне или Марсе, что ограничивает их научную полезность. Кроме того, они начинают загрязняться сразу же после приземления на Землю, поэтому трудно определить, являются ли микробы в них внеземными.

Дорогие элементы и минералы

Некоторые элементы и минералы стоят дорого, поскольку являются дефицитными. У простых элементов периодической таблицы низкие цены. 100 грамм углерода стоит $2.40, железо — меньше цента, алюминий — 19 центов. Серебро стоит 50 центов за грамм, а золото — $67 за грамм.

Семь радиоактивных элементов чрезвычайно редки в природе и настолько сложны для создания в лабораторных условиях, что их стоимость затмевает цену возвращаемых НАСА образцов с Марса. Полоний-209, самый дорогой из них, стоит $49 миллиардов за грамм.

Драгоценные камни тоже могут быть дорогими. Высококачественные изумруды стоят в 10 раз дороже золота, а белые бриллианты — в 100 раз дороже золота.

Некоторые бриллианты содержат примесь бора, который придаёт им яркий голубой оттенок. Их добывают всего в нескольких шахтах мира, и по цене $550 млн за унцию ($19 млн за грамм) они могут сравниться со стоимостью предстоящих исследований Марса — унция равна 142 каратам, но таких больших камней очень мало.

Самый дорогой синтетический материал представляет собой крошечную сферическую «клетку» из углерода с запертым внутри атомом азота. Атом внутри клетки чрезвычайно стабилен, поэтому может быть использован для хронометража. Эндоэдральные фуллерены изготавливаются из углеродного материала, который может быть использован для создания сверхточных атомных часов. Их стоимость может составлять $141 млн за грамм.

Самый дорогой из всех

Антивещество существует в природе, но встречается крайне редко, поскольку при создании античастицы она быстро аннигилирует с частицей и создаёт излучение.

Ускоритель частиц в ЦЕРНе способен производить 10 млн антипротонов в минуту. Это, конечно, много, но при такой скорости для создания одной унции потребуется миллиард лет и миллиард миллиардов долларов ($10¹⁸), что эквивалентно $3.5 х 10¹⁶ за грамм.

С варп-двигателями, использующимися во вселенной «Звёздный путь», работающими за счёт аннигиляции материи и антиматерии, придётся подождать.