Логотип

Минеральный состав космических тел.

Космос

 

   Любой человек сходу назовёт два - три десятка минералов, а некоторые смогут их и определить на глаз. А вот студентов минералогических вузов учат определять на глаз 300–400 минералов. Опытные минералоги различают не менее тысячи (Минера́лог - учёный, занимающийся минералогией, специалист по минералогии (в научной среде принято ударение на букву «а»; устаревшим считается произношение минеро́лог)). А вообще, «Официальный список минералов от IMA (МЕЖДУНАРОДНАЯ МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ АССОЦИАЦИЯ)» включает в себя информацию о 5256 ныне определённых видах минералов. При этом неофициальный список минералов, собранный на сайте Российского музея естественной истории, содержит более 11 000 минералов и их синонимов.

   Интересно, а на других планетах минералы соответствуют Земным формам? Ведь там совершенно другие условия по составу атмосферы (при её наличии), её температуры, а значит и окислительно-восстановительные реакции протекают по-другому. Там другая распространённость химических элементов. Ведь даже на Земле химический состав минералов соответствует  по составу той породе, из которой они сформировались (Химия минералов) (в данном случае речь идёт не о химических элементах, классифицированных в периодической системе элементов, а о минералах - природных химических соединениях. Но, как вы увидите ниже, даже простые химические элементы на других небесных телах могут встречаться в чистом виде, тогда как на Земле в природе они существуют только в виде соединений).

   Этот вопрос настолько занимает учёных, что для изучения этого вопроса возникло перспективное направление современной минералогии – Астроминералогия (англ. Astromineralogy, от астро + минералогия), объединяющая минералогию, физику и астрономию.

Какие же возможности у нас есть для изучения этого вопроса?

1. Земля взаимодействует с космосом, другими небесными телами и космическими явлениями в течении миллиардов лет её геологической истории, что нашло отражение в кристаллах минералов и толщах пород - появление более плотных видов минералов, смещение и плавление различных пород в результате столкновения с Землёй гигантских метеоритов. Да и сам процесс минералообразования тесно связан с космическими процессами (А. Г. Жабин, КОСМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ).

2. Часть материалов для исследований мы можем отыскать прямо у себя под ногами – это метеориты!

3. Спектральный анализ излучения космических объектов.

4. С развитием космической отрасли мы можем получить грунт хотя бы с близлежащих космических объектов.

 

Спектральный анализ космических объектов

 

Спектральный анализ космических объектов.

Изучение спектров в астрономии даёт информацию о температуре, скорости, давлении, химическом составе и о других важнейших свойствах астрономических объектов.

  Курьёзный случай произошёл на заре развития спектроскопии: при изучении спектра солнечного излучения 18 августа и 20 октября 1868 года двумя учёными независимо друг от друга был обнаружен неизвестный на тот момент элемент. Было выдвинуто предположение, что новый элемент характерен только для солнца, поэтому получил название гелий (от древне-греческого  «Гелиос» - «Солнце»). При этом решили, что это металл, а потому в названии этого элемента присутствует характерное для металлов окончание «-ий», а не «-он» (гелион - Helion), как у других благородных газов. И только через 27 лет, в 1895 году, этот газ был обнаружен и выделен на Земле.

   Сегодня для анализа космических объектов на орбиту Земли выведено почти двадцать телескопов, позволяющих изучать объекты в различных диапазонах частот: Гаммаизлучение, Рентгеновское излучение, Ультрафиолетовое излучение, Видимое излучение, Инфракрасное излучение, Микроволновое излучение и Радиоизлучение (список космических телескопов).

Значимые открытия астроминералогов.

   Исследования минерального состава метеоритов выявили широкую распространённость никелистого железа, весьма редкого на Земле, и очень низкое содержание кварца, преобладающего в земных условиях. В метеоритах найден ряд минералов, пока не обнаруженных на Земле: перрит (Ni, Fe)5 (Si, Р)2, нинингерит (Mg, Fe, Mn)S, осборнит TiN, синоит Si2K20, юриит NaCr(Si2Oe) и др.

Углеродные планеты:

   С помощью космических исследований открыты экзопланеты, почти полностью состоящие из углерода – алмаза и графита (например, 55 Cancri e, - так назвали одну из пяти планет звезды 55 Cancri в созвездии Рака).

Кстати:

   В созвездии Центавра, на расстоянии около 50 световых лет от Земли, астрономами обнаружена пульсирующая звезда BPM 37093 с водородной атмосферой и массой, примерно в 1,1 раза больше массы Солнца, состоящую преимущественно из углерода и кислорода.

   Ещё в 1960 году было предсказано, что, поскольку белый карлик охлаждается, его вещество должно кристаллизоваться от центра. Основываясь на астросейсмологических данных, исследователи считают, что около 90 % (от 32 % и 82 % по другим оценкам) от массы BPM 37093 уже выкристаллизовалась. Кристаллизация вещества белого карлика такого типа должна привести к созданию объёмно-центрированной кубической решётки углерода - алмаза.

  Звезда эта даже получила собственное имя - Люси (Lucy), в честь композиции The Beatles «Lucy in the Sky with Diamonds», так как большая часть звезды представляет собой огромной величины алмаз.

Корундовые планеты:

   А на экзопланете HATP7b, находящейся на расстоянии более 1040 световых лет от нас, и которая на 40% больше Юпитера, в 500 раз массивнее Земли, а вращается вокруг звезды, на 50% массивнее и в два раза больше Солнца, доктор Дэвид Армстронг из Warwick's Astrophysics Group обнаружил, что этот газовый гигант подвержен крупномасштабным изменениям сильных ветров, движущихся по всей планете, что приводит к катастрофическим штормам, толкающим огромное количество облаков по всей планете за счёт того, что одна сторона планеты всегда обращена к звезде, потому что она приливнооткидная, и эта сторона остаётся намного более горячей, чем другая. Средняя дневная температура на HATP7 составляет 2860K.

   Заголовок статьи на сайте Университета Уорика (Великобритания), комментирующий это открытие, кричащий: «Ветры рубинов и сапфиров поражают небо гигантской планеты». «Сами облака были визуально ошеломляющими, вероятно сделаны из корунда, минерала, который образует рубины и сапфиры».

   Доктор Армстронг так комментирует открытие:

«Используя спутник НАСА «Кеплер», мы смогли исследовать свет, отражённый от атмосферы HATP7b, и обнаружили, что атмосфера со временем менялась. HATP7b - это планета, заблокированная приливом, причём одна сторона всегда обращена к своей звезде. Мы ожидаем, что облака сформируются на холодной ночной стороне планеты, но они будут быстро испаряться в жаркой зоне, вызывая дождь из рубинов и сапфиров».

«Эти результаты показывают, что сильный ветер окружает планету, перенося облака с ночной стороны на дневную. Ветры резко меняют скорость, приводя к образованию огромных облачных образований, а затем к их исчезновению. Это первое обнаружение погоды на планете газового гиганта за пределами Солнечной системы».

Спектральный анализ.

   Астроминералогии – это изучение астероидов, комет, метеоров и пыли околозвёздной среды с помощью спектрального анализа излучений этих объектов.

   К преимуществам спектроскопии относится возможность определять состав непосредственно в «среде обитания» объекта, дистанционно. Поэтому она получила широкое развитие в астрономии. Спектроскопический анализ света солнца и других звёзд показал, что небесные тела состоят из тех же элементов, что и земные.

Исследования метеоритов.

 

 

Болид (падение метеорита).

Характеристика метеоритов.

   Метеорит – это космическое тело, которое не сгорело полностью при прохождении атмосферы и достигло поверхности Земли (на данный момент нас интересуют метеориты, попавшие на Землю). Считают, что в настоящее время в сутки на Землю падает до 6 тн метеоритов, или 2 тысячи тн в год. Только в музеях мира сегодня хранится не менее 500 тн метеоритных тел, весом от нескольких граммов до нескольких килограммов (самый крупный из найденных - метеорит Гоба, вес которого оценивается в 60 тонн). По составу среди них выделяют:

1. Каменные метеориты (хондриты, углистые хондриты, обыкновенные хондриты, энстатитовые хондриты, ахондриты) (92,8 % находок) имеют силикатную основу - оливины (Fe,Mg)2[SiO4] (от фаялита Fe2[SiO4] до форстерита Mg2[SiO4]) и пироксены (Fe,Mg)2Si2O6 (от ферросилита Fe2Si2O6 до энстатита Mg2Si2O6).

Большая часть (92,3 %) каменных метеоритов – хондриты, получившие своё название из-за присутствия в теле сферических или эллиптических образований преимущественно силикатного состава - хондр. Хондры имеет размер до 1 мм в диаметре, иногда до нескольких миллиметров. Находятся они в обломочной или мелкокристаллической матрице. Хондры состоят из того же состава, что и основное тело метеорита, но имеют кристаллическое строение. Состав хондритов практически полностью повторяет химический состав Солнца, за исключением лёгких газов - водорода и гелия. Поэтому считается, что хондриты сформировались напрямую из протопланетного облака, окружающего Солнце, путём конденсации вещества и аккреции пыли с промежуточным нагреванием.

Оставшиеся 7,3 % каменных метеоритов - ахондриты. Это части протопланетных (а возможно и планетных) тел, прошедшие плавление и дифференциацию по составу (на металлы и силикаты), скорее всего магматического происхождения.

Обыкновенный хондрит NWA 869

 

Обыкновенный хондрит NWA 869.

Альенде - крупнейший и наиболее изученный из углистых метеоритов

 

Альенде - крупнейший и наиболее изученный из углистых метеоритов.

Углистые хондриты отличаются содержанием большого количества железа, которое почти всё находится в соединениях силикатов. Благодаря магнетиту (Fe3O4), графиту, саже и некоторым органическим соединениям углистые хондриты приобретают тёмную окраску.

2. Железные метеориты (сидериты) состоят из железоникелевого сплава (самородного Fe космического происхождения с примесью никеля от 6 до 9%). Они составляют 5,7 % падений.

Гоба - крупнейший из найденных метеоритов (Намибия)

 

Гоба - крупнейший из найденных метеоритов - 60 тонн. (Намибия).

3. Железокаменные, или железосиликатные (палласиты, мезосидериты) метеориты имеют промежуточный состав между каменными и железными метеоритами. Они встречаются достаточно редко (1,5 % находок).

Железо-каменный метеорит Sericho

 

Железо-каменный метеорит Sericho.

Фрагмент метеорита Sericho, массой 3697 г. Метеорит относится к типу палласитов, состоящих из железо-никелевого сплава и кристаллов жёлтого минерала оливина. Обнаружен в Восточной Кении в 2017 году.

4. Ледяные кометы. Вода широко распространена в космосе, содержится во всех кометах и многих астероидах. Считается, что именно они являются источником воды на Земле.

   Состав метеоритов определяют так же, как и состав минералов земной группы: химический анализ, рентгеновская характеристика (индивидуальна для каждого минерала), физические свойства (механические, оптические, люминесцентные, магнитные, электрические, термические свойства, радиоактивность).

А как же определяют принадлежность метеоритов конкретным небесным телам?

   При вулканических извержениях, при выбивании грунта с поверхности небесных тел ударами метеоритов, часть грунта достигает второй космической скорости* (для Луны - 2.4 км/с, для Марса - 5,027 км/с, для Земли (для сравнения) - 11,2 км/с), а потому оказывается болтающимся по вытянутым орбитам вокруг материнской планеты. Рано или поздно такой фрагмент покидает свою орбиту, оказывается захваченным Землёй, и падает на её поверхность. Этот вывод сделал ещё в 18 веке Пьер-Симон, маркиз де Лаплас - французский математик, механик, физик и астроном, известный работами в области небесной механики.

*Вторая космическая скорость – скорость, необходимая для преодоления гравитационного притяжения центрального тела, в результате чего объект начинает двигаться по параболической орбите с возможностью удалиться на бесконечно большое расстояние от него.

   В 1821 году Нильс Густав Норденшёльд (финский минералог, химик и горный инженер на службе в Российской империи. Член-корреспондент Императорской Академии наук, создатель и президент Финского научного общества) впервые в мире провёл химический анализ метеорита и констатировал единство земных и внеземных элементов.

   Но как же определить конкретную принадлежность метеорита тому или иному космическому объекту? Оказывается, для этого необходимо так или иначе побывать на том самом объекте!

Лунные метеориты

   Не только железные, но и каменные метеориты обладают магнитными свойствами из-за содержания в них никелистого железа, что позволяет составить магнитную карту метеоритов.

   После того, как были получены данные от совершившего посадку на Луну 17 апреля 1967 года в Море Познанном (часть Океана Бурь) спускаемого аппарата Сервейер-3, запущенного NASA по программе «Сервейер», появилась возможность сравнить магнитные сигналы от НАЙДЕННЫХ МЕТЕОРИТОВ с сигналами, переданными с Луны. А прилунившийся позже (11 сентября 1967 года в Море Спокойствия) Сервейер-5 передал ещё и сигналы характеристического излучения атомов после возбуждения их альфа-частицами, что дало дополнительные характеристики для сравнения.

Марсианские метеориты

   Марсианские метеориты были определены на основании сравнения изотопного состава газа, обнаруженного в метеоритах в микроскопических количествах, с данными анализа марсианской атмосферы, полученных аппаратами «Викинг» в рамках одноименной программы НАСА по исследованию Марса.

АLH84001- самый известный марсианский метеорит (Антарктида)

 

АLH84001- самый известный марсианский метеорит (Антарктида).

Самый известный из 34 марсианских метеоритов, обнаружен 27 декабря 1984 года в горах Алан Хиллс в Антарктиде (аббревиатура в названии от названия гор, где метеорит был обнаружен). Согласно проведённым исследованиям, возраст инопланетного тела составляет от 3,9 до 4,5 миллиардов лет. Метеорит, вес которого равен 1,93 кг, упал на Землю около 13 тыс. лет назад.

Метеориты с астероида Веста

    Есть мнение, что метеориты, найденные в октябре 1960 года в Millbillillie (Австралия) и в октябре 1999 года рядом с африканской деревней Bilanga Yanga, принадлежат гигантскому астероиду Веста из главного астероидного пояса.

   Такое предположение стало возможным на основании показаний датчиков зонда Дон (Dawn - «Рассвет») автоматической межпланетной станции (АМС), запущенной НАСА 27 сентября 2007 года для исследования астероида Веста и карликовой планеты Цереры.

В числе целей и задач станции Дон по исследованию астероида Веста и планетоида Цереры:

  • Детальный минералогический анализ поверхности астероида Веста (с 3 мая 2011 года по 5 сентября 2012 г.) и планеты Церера (с 13 января 2015 г. по 1 ноября 2018 г., когда аппарат завершил исследования после 11 лет нахождения в космосе).
  • Проверка теории, что Веста является источником каменных метеоритов типа HED (говардитов, эукритов и диогенитов), и описание их с геологической точки зрения, а также определение, имеются ли на Земле метеориты с планетоида Церера.
  • Получение нейтронных и гамма-спектров для составления карт химического состава деталей рельефа поверхности, и распределения содержания основных породообразующих элементов (кислорода, магния, алюминия, кремния, кальция, титана и железа), следовых элементов (гадолиния и самария) и долгоживущих радиоактивных элементов (калия, тория и урана), а также Водорода во всём поверхностном слое (толщиной в 1 м) обоих протопланет.

   И все-таки для получения полной картины по минеральному составу небесных объектов необходимо иметь образцы грунта непосредственно оттуда, не только СКАЛЬНЫЕ ПОРОДЫ, выброшенные в космос и прошедшие термическое воздействие при выбросе и входе в атмосферу Земли, подвергшиеся длительному космическому излучению за время нахождения вне «родных» условий. И такой грунт у нас есть – это грунт с Луны!

comments powered by HyperComments