Ученые УрФУ воссоздали процесс образования вещества Челябинского метеорита

В Уральском федеральном университете (УрФУ, Екатеринбург) экспериментально смоделировали процесс образования вещества в знаменитом Челябинском метеорите – статья об эксперименте и его результатах опубликована в журнале Planetary and Space Science, передает корреспондент Агентства новостей «Доступ» со ссылкой на пресс-службу вуза.

«Значение модели в том, что, связав все элементы строения метеорита и процессы снаружи и внутри него, мы показали, в каких условиях, при каких нагрузках с большой долей вероятности “сложилось” его вещество», – объясняет руководитель научной лаборатории Extra Terra Consortium, профессор УрФУ Виктор Гроховский.

В феврале 2013 года метеоритная экспедиция УрФУ, более 30 лет возглавляемая Виктором Гроховским, первой исследовала фрагменты Челябинского метеорита. Сначала в руки метеоритной экспедиции попадали образцы светлой или темной литологии, однако во фрагменте метеорита, поднятом из озера Чебаркуль, присутствовали все разновидности литологии – светлая, темная, ударный расплав. Ученые задались вопросом о природе возникновения феномена.

В ударном эксперименте, проведенном в Российском федеральном ядерном центре-Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики (Снежинск Челябинской области), было доказано, что изменения литологии метеорита, происходившие в космосе, могли быть последствием одного ударного события (считается, что родительское тело метеорита, астероид крупных размеров и возрастом около 4,5 миллиарда лет, «пережил» 4 или 8 ударных событий), а все типы литологий, наблюдаемые в отдельных фрагментах Челябинского метеоритного дождя, могли быть сформированы ударным событием из одного и того же исходного материала. Такие экспериментальные доказательства получены впервые.

«По составу и структуре металлов и силикатов в веществе метеорита мы установили, что оно залегало в глубине родительского астероида. Небесное тело подверглось ударному воздействию. При столкновении астероида с другим космическим объектом на просторах Солнечной системы образовался расплав пород. Участки расплава в Челябинском метеорите имеют серый цвет, в них включены светлая литология и окаймляющая ее темная литология. Темная литология – это те фрагменты, которые попали в расплав и частично расплавились, оставшись в составе родительского астероида под действием его гравитации. Это схоже с тем, что происходит в ударных кратерах и на Земле, и на безвоздушных астероидах», – рассказывает Виктор Гроховский. 

На то, что метеорит состоит из вещества, переходившего из расплавленного жидкого состояния в остывшее твердое, указывают и усадочные трещины, которые формируются, когда вещество сжимается в объеме при затвердевании. Именно по этим трещинам Челябинский астероид, около 290 млн лет назад отделившийся от родительского астероида и направленный соударением с другим космическим объектом в сторону Земли, при падении на ее поверхность распался на множество осколков. 

ЧЕЛЯБИНСКИЙ «АРМАГЕДДОН». ПОСЛЕДСТВИЯ – В РУБРИКЕ ФОТОДОСТУП

Для проведения ударного эксперимента из вещества Челябинского метеорита был вырезан сферический образец светлой литологии диаметром 4 см (фрагменты светлой литологии максимально соответствуют первоначальному веществу родительского астероида). Помещенный под вакуумом в стальной контейнер толщиной 6 мм, образец был подвергнут воздействию сходящейся ударной волной, созданной взрывом снаружи стальной оболочки, с постепенным увеличением давления (от ~15 гигапаскалей во внешнем слое образца более чем до 400 гигапаскалей в его центре) и температуры (свыше 1 100 градусов по Цельсию в центре образца). После проведения эксперимента образец охладили до комнатной температуры (при этом скорость падения температуры в центре шара достигала 80оС/сек), а затем распилили на тонкие срезы. Изучив срезы с помощью оптической и электронной микроскопии, ученые обнаружили четыре визуально различимые структурные зоны, демонстрирующие разные степени метаморфизма, в зависимости от мощности ударного воздействия, уровней давления и температуры – светлую, темную, смешанную литологии, а также ударный расплав (в последовательности от поверхности сферического образца к его центру).

Статья с описанием исследований изменений оптических свойств в экспериментальном материале опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics (Q1).

В целом микроскопический анализ показал большое сходство результатов эксперимента с ударными эффектами, обнаруженными в образцах Челябинского метеорита. Это подтвердили и сравнения с компьютерной моделью. Однако есть и различия, заключающиеся, прежде всего, в образовании смешанной литологии. 

«Наличие этой зоны с ее оптически более ярким внешним видом и практически отсутствующими эффектами ударного потемнения вызвало наше удивление: насколько нам известно, среди найденных фрагментов Челябинского метеорита лишь в одном образце, описанном аспиранткой Алевтиной Максимовой, был обнаружен эквивалент для этой зоны, – поясняет Виктор Гроховский. – Мы предполагали, что вследствие ударного воздействия и плавления троилита материал в состоянии расплава проникнет по трещинам и порам и сохранит свой темный внешний вид, как это наблюдалось во фрагментах Челябинского метеорита. В действительности же мы наблюдали в этой зоне начало значительного плавления силикатов. Силикатный расплав не смешивается с расплавом троилита и, таким образом, создает изолирующий слой, который окружает остатки силикатных зерен и защищает их от проникновения расплавленного троилита и металла».

Описанные исследования имеют важное практическое значение, касаясь проблем космической безопасности: благодаря таким экспериментам и с помощью оптических измерений наука может увереннее распознавать, небесные тела какого состава и строения – из камня, металла, льда и так далее – приближаются к нашей планете. 

«В апреле 2029 года нас ждет встреча с астероидом Apophis. Его размер – 350 метров, масса – в 5 тыс. раз больше массы Челябинского метеорита, траектория пройдет всего в 38 тыс. километров от Земли, это всего лишь десятая доля расстояния до Луны, что ниже орбит некоторых спутников. Результаты нашего эксперимента будут способствовать “идентификации личности” Apophis», – комментирует Виктор Гроховский, который в начале ноября принял участие в конференции NASA, посвященной организации «приема» этого астероида.

Добавим, спектральные исследования образца после эксперимента в Снежинске были проведены представителями УрФУ в коллаборации с Институтом геологии и геохимии Уральского отделения РАН, Хельсинским университетом, Германским аэрокосмическим центром и поддержаны Министерством науки и высшего образования РФ, Российским фондом фундаментальных исследований, Академиями наук Финляндии и Чехии, Центром исследований астероидов и лунной поверхности NASA.

Падение Челябинского метеорита в виде яркого огненного шара с мощным разрушительным действием и обширного метеоритного дождя произошло 15 февраля 2013 года недалеко от Челябинска. На момент входа в плотные слои атмосферы и последовавшего за этим разрушения размер астероида составлял около 19,8 метра в поперечнике, масса – 13 тыс. тонн. Мощность взрыва над Челябинской областью, составила 440 килотонн, что примерно в 20 раз больше мощности атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму. Метеорит был классифицирован как обычный многофазный пористый хондрит типа LL5. Ранее метеориты такого типа в России не встречались.  

Гроховский Виктор Иосифович – выпускник металлургического факультета Уральского политехнического института. За исследования и установление природы Челябинского метеорита был включен авторитетнейшим научным журналом Nature в число десяти ученых мира, чья деятельность определила развитие науки в 2013 году. Именем Виктора Гроховского названы астероид 16399 в Солнечной системе и минерал из состава железного метеорита Уакит, найденного в Бурятии в 2016 году.