Российские ученые сымитировали влияние космического полета на метеорит

История гласит, что Чинге — железный метеорит-атаксит (редчайший тип железных метеоритов) весом 250 килограмм был найден на реке Ургайлык-Чинге, на территории современной Республики Тыва в 1912 году. С тех пор было собрано более сотни обломков этого метеорита общей массой 184 килограмма, размеры некоторых доходили до десятков сантиметров. Именно из этого метеорита было изготовлено в свое время изваяние Будды-Вайшравана «Железный человек» весом около 10 килограммов.

Железные метеориты, прилетающие к нам из пояса астероидов, являются их осколками. Сталкиваясь во время путешествия с другими телами, испытывая на себе сильные удары и связанные с ними высокотемпературные воздействия, фрагменты астероидов меняют свою структуру и свойства. Исследуя этот метаморфизм, ученые по сути изучают предысторию эволюции твердого вещества нашей Солнечной системы.

В ГЕОХИ пошли дальше – решили смоделировать космические столкновения и изменения физико-химических свойств метеоритного железа на имеющемся в коллекции ГЕОХИ небольшом фрагменте метеорита Чинге.

– Был изготовлен шар диаметром 57 миллиметров, который подвергли воздействию ударной волны, сходящейся к центру, – объясняет ведущий научный сотрудник лаборатории метеоритики и космохимии, заместитель директора ГЕОХИ РАН Наталья Безаева.

– Каким образом вы воссоздали на Земле космические скорости и соударения?

– Испытания, по силе граничащие с космическими, нам помогли воссоздать коллеги из Российского федерального ядерного центра ВНИИТФ в Снежинске. Они поместили сферический образец в герметичный чехол, в котором был воссоздан вакуум. Затем гермочехол обложили со всех сторон взрывчатым веществом и взорвали его. Таким образом была сгенерирована ударная волна, сходящаяся со всех точек шара к центру. Достигнув максимума в центре, она стала также симметрично расходится к периферии. А когда коллеги вернули наш образец, мы обнаружили, что в нем образовалась полость с рваным краем. Это произошло за счет особой геометрии ударных волн. Получается, отдали мы им целый шар, а вернули нам шар с дыркой (улыбается собеседница). К тому же сфера немного разошлась по диаметру.

– Но в космосе фрагмент астероида, наверное, не мог оказаться в условиях такого симметричного воздействия... Там же удар возникает с одной стороны и бьет по какой-то одной стороне поверхности астероида.

– Это так. Но в лабораторных условиях мы не могли бы иначе получить максимальные температуры и давление при ударе, которое может возникать только в космическом пространстве. Высокоскоростные коллизии между твердыми телами в Солнечной системе генерируют давления и температуры больше 100 гигапаскалей и тысяч градусов Цельсия.

– Что вы сделали с разорвавшимся изнутри шаром дальше?

– Мы разрезали эту сферу пополам и спилили с одной из частей тонкий слой материала (в несколько миллиметров) для изучения.

Выяснилось, во-первых, что метеорит за время своего путешествия к нам обнулил свою магнитную память, – утратил информацию о магнитных полях своего родительского тела. Это произошло из-за того, что изначально состав его был магнито-мягким.

Второй вывод оказался гораздо интереснее. До нашего исследования степень ударных изменений Чинге была никому неизвестна. Понять это было сложно, поскольку состав его внешне весьма однороден, не имеет четкой структуры в виде зерен, как другие метеориты. Мы изучили его ударный метаморфизм, который в природном материале оказался довольно умеренным. Зато в лабораторном эксперименте мы впервые для железного метеорита воспроизвели так называемые полосы скольжения – искусственно полученный маркер пережитой коллизии. Это дефекты материала, возникающие, когда один его слой сдвигается относительно другого (характерный маркер ударных изменений в железных метеоритах). В контрольном образце Чинге таких полос не было. Они появились только в ударенном нами образце.

До нас полосы скольжения ученые наблюдали только в природных образцах железных метеоритов, но не знали при каком давлении они образовывались. В нашей работе мы смогли зафиксировать это давление – оно оказалось выше 30 гигапаскалей. Отсутствие таких полос в природном экземпляре Чинге говорит о том, что в космосе он не испытывал ударов такой силы.

Третий результат, который мы получили, касается оценки температуры ударного метаморфизма Чинге. Рассмотрев его состав, мы пришли к выводу, что в природный условиях он не нагревался выше 550 градусов Цельсия. Это опять же случилось только в нашем эксперименте.

– По какому маркеру вы это поняли?

– В составе природного фрагмента мы обнаружили минерал тетратэнит – сплав железа с никелем. Этот минерал разупорядочивается и превращается в тэнит при 550 градусах Цельсия. Если бы природный образец нагревался выше, там бы тетратэнита быть не могло. Именно в такие условия экспериментальный образец Чинге попал в Снежинске, – после взрыва в центре шара, где температура доходила почти до нескольких тысяч градусов Цельсия, весь тетратэнит превратился в тэнит.

Таким образом мы фактически впервые оценили степень ударного метаморфизма Чинге, а также впервые получили искусственно созданные полосы скольжения в структуре железного метеорита, что позволит нам в будущем лучше разбираться в условиях формирования и изменения небесных тел.