Как родительские тела становятся дочерними телами (метеороидами)
Метеориты являются особенно ценными геологическими образцами, потому что они представляют собой образцы планетарных тел (в основном астероидов), которые мы еще не получили ни в ходе пилотируемых, ни в беспилотных космических полетах. Также маловероятно, что образцы этих тел будут доступны каким-либо другим способом, кроме случайных падений, по крайней мере, в течение одного поколения. Таким образом, в качестве научного ресурса метеориты дают нам некоторые из наших первых проблесков разнообразного массива планетарного материала, разбросанного по внутренней части Солнечной системы.
Самые старые образцы метеоритов являются остатками самых первых геологических процессов, произошедших в нашей Солнечной системе 4,6 миллиарда лет назад. (Происхождение Солнечной системы не следует путать с происхождением Вселенной, широко известным как Большой взрыв, который произошел по крайней мере 9 миллиардов лет назад и, возможно, даже 20 миллиардов лет назад.) Наша Солнечная система сформировалась, когда облако межзвездной пыли и газа рухнуло. Поскольку межзвездное облако медленно вращалось, в результате получился почти плоский вращающийся диск, который мы называем солнечной туманностью. Большая часть пыли и газа в диске переместилась в центр туманности, где питала растущую протозвезду, которая в конечном итоге стала нашим Солнцем.
Схематическое изображение коллапсирующей туманности
Схематическая диаграмма коллапса ядра молекулярного облака с образованием солнечной туманности. (а) Стрелки указывают углы падения между солнечной туманностью и веществом, которое аккрецировалось на нее. (b) Как только материал оказался в солнечной туманности, большая его часть была перенесена к протосолнцу (длинные горизонтальные стрелки). Во внешней части туманности имелся критический радиус, за пределами которого небольшое количество материала выносилось наружу (короткие горизонтальные стрелки).(c) После того, как аккреция межзвездного вещества уменьшилась, пыль в туманности осела на средней плоскости. Это создало зону с высокой плотностью пыли вблизи средней плоскости. Серия агрегационных процессов подняла эту пыль, чтобы сформировать планетезимали и, в конечном итоге, планеты.
Микрофотография хондры в тонком срезе
Микроскопическое изображение сферической хондры диаметром 1 мм. Яркие цветные области по его краям представляют собой минеральные кристаллы. Черная область между кристаллами представляет собой стекло и представляет собой когда-то расплавленный материал. Эта хондра находится в Семарконе, неуравновешенном обычном хондрите, выпавшем в районе Мадхья-Прадеш в Индии.
Пыль и газ, оставшиеся в туманности, вошли в состав примитивного планетарного материала. Первоначально туманная пыль слипалась (или срасталась), образуя небольшие слабо связанные пылевые комки. В некоторых областях солнечной туманности эти пылевые комки столкнулись с сильными высокотемпературными явлениями и расплавились, образовав расплавленные силикатные и металлические капли (например, лаву). Генри Клифтон Сорби, геолог 1800-х годов и один из первых, кто исследовал эти капли с помощью микроскопа, описал их как когда-то похожие на огненный дождь. Поскольку высокотемпературные события были кратковременными, расплавленные капли быстро охлаждались в туманности и образовывали каменные сферы миллиметрового размера, называемые хондрами. Метеориты, содержащие эти объекты, называются хондритами.
Иногда температура в солнечной туманности поднималась так высоко, что пыль начинала испаряться, оставляя после себя огнеупорные остатки. В другое время температура становилась настолько низкой, что из небулярного газа конденсировалась новая пыль (как снег из воздуха). Со временем хондры, испаряющиеся остатки и конденсаты столкнулись друг с другом и срослись, образовав туманные отложения и, в конечном итоге, более крупные тела, называемые планетезималями (диаметром от нескольких до нескольких десятков километров).Наши самые примитивные образцы метеоритов представляют собой образцы этих сложных, но примитивных смесей туманного (допланетного) материала. Во многих случаях эти метеориты настолько примитивны, что содержат следы межзвездной пыли, пережившей термическую обработку в солнечной туманности.
Небольшие планетарные тела, из которых происходят примитивные метеориты, образовались на большей части внутренней Солнечной системы. В пределах этих огромных расстояний материал, по-видимому, был распределен неравномерно и подвергся разной степени термической обработки. Таким образом, метеоритные родительские тела, образовавшиеся в разных областях солнечной туманности, имели несколько разные химические и структурные свойства. Три основные группы примитивных хондритов, представляющие эти вариации, — углистые хондриты, энстатитовые хондриты и неуравновешенные обыкновенные хондриты.
В некоторых случаях каменистые (и, возможно, ледяные) планетезимали продолжали срастаться в гораздо более крупные планетарные тела. Температура этих тел начала значительно увеличиваться, отчасти из-за энергии, выделяемой ударами по мере их роста за счет аккреции. Возможно, более важно то, что толстые скопления материала изолировали внутренности этих тел, предотвращая излучение в космос тепла, производимого естественной радиоактивностью. Они также могли быть нагреты за счет взаимодействия с магнитным полем, которое исходило от Солнца и проходило через внутренние области туманности. Следовательно, температура могла подняться достаточно высоко, чтобы метаморфизировать примитивный хондритовый материал (например, камни, зарытые глубоко в земной коре), заставляя минералы рекристаллизоваться и увеличиваться в размерах. Метеоритные образцы этих метаморфических пород называются уравновешенными хондритами, потому что метаморфический процесс также гомогенизировал разрозненные химические составы минералов в этих телах.
В других местах температура планетезималей стала настолько высокой, что примитивный материал полностью расплавился и, таким образом, смог сформировать магматические очаги и другие особенности, типичные для магматической активности. Метеориты, образовавшиеся в результате этих магматических процессов, называются ахондритами, что означает, что они не содержат хондр. В тех случаях, когда планетарные тела становились достаточно большими, чтобы иметь значительные гравитационные поля, богатый железом металл, более плотный, чем силикатные части магмы, мог отделяться от частично или полностью расплавленных тел, образуя плотные богатые железом ядра внутри оболочек планет. силикатный материал. Этот процесс аналогичен тому, который отвечает за дифференциацию Земли, и поэтому железные метеориты считаются аналогами ядра Земли. Другая группа метеоритов, называемая палласитами, представляет собой тесную смесь богатых железом металлов и силикатных кристаллов и, по-видимому, представляет собой области, в которых магмы ахондритов и железных метеоритов были не полностью разделены, например, границы ядра и мантии планетезималей.
Различные типы метеоритов, описанные выше, происходят из астероидов, которые являются фрагментами родительских планетезималей или смесью фрагментированных планетезималей. Кометы — еще один потенциальный источник примитивного материала, но большинство ученых считают, что крупные метеориты почти не происходят из комет. С другой стороны, кометы вносят значительный вклад в микрометеориты. Кроме того, хотя фрагменты комет могут не сохраниться в виде метеоритов (отчасти потому, что они сталкиваются с Землей с более высокими скоростями, чем астероиды, и, таким образом, с большей вероятностью испаряются), они могут быть ответственны за некоторые из более крупных событий столкновения с Землей. см. раздел IV ниже).
Калкалонг-Крик, лунный метеорит
Calcalong Creek — лунный метеорит, обнаруженный в Австралии. Это двенадцатый лунный метеорит, обнаруженный за пределами Антарктиды.
Новое и особенно захватывающее открытие состоит в том, что некоторые метеориты были выброшены с поверхности Луны, покрытой кратерами, в результате лунных ударов. На сегодняшний день обнаружено 12 лунных метеоритов. Эти образцы важны, потому что они могут исследовать большую область Луны, чем у шести пилотируемых миссий «Аполлон» и трех автоматических миссий «Луна» (советский). Мы также подозреваем, что некоторые метеориты, известные как SNC (основные метеориты этого класса: Шерготти, Нахла и Шасиньи), были выброшены с поверхности Марса и, таким образом, могут быть нашими первыми образцами соседней планеты.
