Эксперименты показали, как астероиды доставляли воду на Землю

Новое исследование показало удивительный результат: оказывается, пережить падение астероида способно большее количество воды, чем считалось раньше. Это открытие должно помочь объяснить то, как эти космические скитальцы могли распространить воду во всей Солнечной системе.

Эти эксперименты проводились с использованием специализированной пушки очень высокой мощности, которая стреляла особыми снарядами. В итоге удалось установить, что при ударе астероида о небесное тело может сохраниться большее количество воды, а сама эта вода изначально присутствовала внутри астероида. Это исследование, проводимое специалистами из Брауновского университета, может пролить свет на то, как вода могла попасть на раннюю Землю, и помочь понять, как вода могла попасть на Луну и некоторые другие тела Солнечной системы.

«Происхождение и транспортировка воды и других инертных веществ — один из самых острых вопросов в современной планетарной науке. Наши эксперименты показывают механизм, с помощью которого астероиды могла доставить воду на планеты, их спутники и даже на другие астероиды. Этот процесс запустился ещё в то время, когда Солнечная система только-только начинала формироваться, и, что удивительно, продолжает благополучно функционировать и сегодня», — Терик Дэли, постдок в Университете имени Джона Хопкинса, он занимался этим исследованием ещё в процессе защиты докторской диссертации по физике в Брауновском университете.

Это исследование опубликовано в издании Science Advances.

Источник воды на Земле до сих пор остаётся чем-то вроде тайны. Очень долго считалось, что планеты внутренней Солнечной системы сформировались абсолютно сухими, и что вода была доставлена на них позже с помощью ледяных комет. В то время как эта идея до сих пор не отвергнута, изотопные исследования показали, что земная вода подобна той, которая обнаружена в углеродсодержащих астероидах. Это косвенно указывает на то, что астероиды, возможно, также были источником воды на Земле. Но как этот процесс доставки работал — не известно.

Здесь показан гиперскоростной ударный эксперимент, который дал ключевые подсказки о том, как такие явления доставляют воду на планеты и спутники. В этом эксперименте импактор в виде шарика, обогащённого водой, сталкивается с мишенью на скорости 5 километров в секунду. Мишень была создана таким образом, чтобы могла разлететься на части и быть проанализирована после. Это кадр из видеозаписи, снятой на камеру со скоростью записи 130000 кадров в секунду. В реальном времени этот эксперимент занимает менее одной секунды.

«Компьютерные модели ударов говорят нам о том, что импакторы должны полностью дегазироваться практически в независимости от скоростей удара, с которыми могут двигаться теля в Солнечной системе. Это означает, что вся вода, которую они содержат, полностью выпаривается из-за тепла в эпицентре удара. Но, как мы уже давно поняли, природа действует намного интереснее и непредсказуемо по сравнению с нашими моделями. Именно поэтому м ы и должны проводить эксперименты», — Пит Шульц, соавтор работы, профессор Отдела земных и планетарных наук в Брауновском университете.

Для исследования в качестве снарядов Дэли и Шульц использовали марбл — небольшой мраморный шарик, использующийся в различных играх. От привычных шариков они отличались лишь составом: для эксперимента был подобран особый состав шариков, подобный углеродным хондритам — метеоритов, образовавшихся из древних, богатых водой астероидов. Для стрельбы использовалась вертикальная пушка AVGR (Ames Vertical Gun Range), установленная в Исследовательском центре Эймса ещё в 60-х годах прошлого века. Снаряды стреляли по сухой цели, спрессованной из молотой пемзы, со скоростью примерно 5 километров в секунду. После выстрела специалисты пристально анализировали обломки, образовавшиеся от удара, с помощью разнообразных инструментов в поисках признаков воды в любом состоянии, оставшейся внутри мишени.

Экспериментаторы установили, что на тех скоростях и углах падения, которые больше распространены в Солнечной системе, целых 30 процентов воды, изначально содержащейся в импакторе, переходит в обломки, образовавшиеся после удара. Большая часть из этих процентов была поймана в своеобразную ловушку из-за расплавления твёрдой породы: из-за удара тело мишени расплавляется, а затем повторно затвердевает по мере охлаждения. В результате этого образуется брекчия — особая порода, сложенная из угловатых обломков и сцементированная.

Образцы стекла, образованного в результате эксперимента, в ходе которого удалось установить, что в этих образцах содержится удивительно большое количество воды, перешедшей из импактора.

Уже после этого становится ясно, что проведённое исследование даёт некие подсказки к разгадке механизма, который мог помочь сохранить воду на планете. Поскольку части астероида разрушаются из-за теплового нагрева при столкновении, высвобождается паровой шлейф, который и включает в себя воду, изначально находящуюся в импакторе.

«Тело астероида плавится, образуется газовый шлейф внутри которого формируется брекчия. То, что мы сейчас предполагаем, говорит о том, что водяной пар сначала сохраняется в шлейфе, а потом переходит в брекчию, по мере её формирования. Таким образом, даже при том, что импактор теряет всю свою воду, часть её успевает сохраниться, поскольку процесс плавления очень быстро подавляется», — заключает Шульц.

Эти результаты могут оказать существенное влияние на понимание присутствия воды на Земле. Углеродсодержащие астероиды, как сейчас принято полагать, являются одними из самых ранних объектов в Солнечной системе. Можно сказать, что они являются первородными камнями, из которых были построены планеты. Благодаря этому можно утверждать, что они могли падать на пока ещё формирующуюся Землю. После этого вода могла быть включена в процесс формирования планеты именно тем способом, который продемонстрировали Дэли и Шульц в лаборатории. Этот же процесс может помочь объяснить присутствие воды в мантии Луны, поскольку это исследование подтверждает теорию того, что вода на Луне появилась благодаря астероидам.

Эта работа также могла бы объяснить более позднюю водную деятельность в Солнечной системе. Вода, найденная на поверхности Луны в лучах кратера Тихо, возможно, была доставлена туда с помощью астероида, который и создал этот кратер. Часть полученной из астероидов воды может также содержаться в полярных областях Меркурия.

«Дело в том, что эта работа даёт нам механизм того, как вода может вести себя после падения астероида. И это показывает, почему эксперименты так важны — потому что такого никогда нельзя увидеть в компьютерных моделях».

По информации Брауновского университета.

0

Автор публикации

не в сети 8 месяцев

Максим Коваленко

1
Комментарии: 0Публикации: 209Регистрация: 22-03-2018

Читайте также:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Авторизация
*
*
Войти с помощью: 
Генерация пароля