Используя инструмент SAPHiR в Исследовательском источнике нейтронов Хайнца Майера-Лейбница (FRM II) в Техническом университете Мюнхена (TUM), научная группа впервые смоделировала образование класса каменно-железных метеоритов, так называемых палласитов, на чисто экспериментальной основе. На фотографиях изображен кусок настоящего палласита. Предоставлено: д-р Николас П. Вальте / TUM.
Метеориты позволяют нам узнать о раннем развитии Солнечной системы. Используя инструмент SAPHiR в Исследовательском источнике нейтронов Хайнца Майера-Лейбница (FRM II) в Техническом университете Мюнхена (TUM), научная группа впервые смоделировала образование класса каменно-железных метеоритов, так называемых палласитов, на чисто экспериментальной основе.
«Палласиты - самые красивые и необычные метеориты с оптической точки зрения», - с энтузиазмом говорит д-р Николас Вальте, первый автор исследования. Они относятся к группе каменно-железных метеоритов и представляют собой кристаллы зеленого оливина, внедренные в никель и железо. Несмотря на десятилетия исследований, их точное происхождение оставалось тайной.
Чтобы решить эту загадку, доктор Николас Вальте, специалист по инструментам в Центре им. Хайнца Майера-Лейбница (MLZ) в Гархинге, вместе с коллегами из Баварского геоинститута при Университете Байройта и Лондонского королевского университета Холлоуэй исследовал образование палласита. Во-первых, им удалось экспериментально воспроизвести структуру всех типов палласитов.
Посмотрите на многопозиционный пресс SAPHiR в Исследовательском источнике нейтронов Хайнца Майера-Лейбница (FRM II) в Техническом университете Мюнхена (TUM). При давлении 1 ГПа при 1300 ° C исследовательская группа смоделировала столкновение двух небесных тел.
Для своих экспериментов команда использовала многопозиционный пресс SAPHiR, созданный под руководством профессора Ганса Кепплера из Баварского геоинститута в MLZ, и аналогичный пресс MAVO в Байройте. Хотя нейтроны из FRM II еще не были поданы в SAPHiR, эксперименты под высоким давлением и при высоких температурах уже можно проводить.
«С усилием прессования в 2400 тонн SAPHiR может оказывать давление в 15 гигапаскалей (ГПа) на образцы при температуре более 2000 ° C», - объясняет Уолт, - «Это вдвое больше давления, необходимого для превращения графита в алмаз». Чтобы смоделировать столкновение двух небесных тел, исследовательской группе потребовалось давление всего 1 ГПа при 1300 ° C.
Как образуются палласиты?
До недавнего времени считалось, что палласиты образуются на границе между металлическим ядром и скалистой мантией астероидов. По альтернативному сценарию палласиты образуются ближе к поверхности после столкновения с другим небесным телом. Во время удара расплавленное железо из ядра ударного элемента смешивается с богатой оливином мантией материнского тела.
Проведенные эксперименты подтвердили такую гипотезу. Еще одной предпосылкой для образования палласитов является то, что железное ядро и скалистая мантия астероида заранее частично разделились.
Столкновение маленького астероида с большим. Во время удара расплавленное железо из сердцевины ударяющегося тела смешивается с богатой оливином слоем материнского тела. Предоставлено: Райнер Мюллер / ТУМ.
Все это произошло вскоре после их образования около 4,5 миллиардов лет назад. Во время этой фазы астероиды нагреваются до тех пор, пока более плотные металлические компоненты не расплавляются и не опускаются к центру небесных тел.
Ключевой вывод исследования состоит в том, что для образования палласитов необходимы оба процесса - частичное разделение ядра и мантии и последующее столкновение с другим небесным телом.
«Как правило, метеориты - самые старые и непосредственно доступные компоненты в нашей Солнечной системе. Возраст Солнечной системы и ее ранняя история определяются, прежде всего, на основе исследования метеоритов», - объясняет Уолте. «Как и многие астероиды, Земля и Луна разделены на несколько слоев, состоящих из ядра, мантии и коры», - говорит Николас Вальте., - «Таким образом, сложные миры были созданы скоплением космического мусора. В случае с Землей это стало основой для возникновения жизни».
Эксперименты с высоким давлением и сравнение с палласитами подчеркивают важные процессы, которые произошли в ранней Солнечной системе. Эксперименты команды позволяют по-новому взглянуть на столкновение и смешивание материалов двух небесных тел с последующим их быстрым охлаждением.