Гости с неба: что даёт науке изучение метеоритов

Метеор из потока Персеид — они наблюдаются ежегодно в августе. / Sjensen~ [CC BY 2.0]Космические объекты размером не больше 50 метров называются метеороидами. Они вторгаются на большой скорости в атмосферу планеты, разогреваются, дробятся и испаряются, оставляя за собой светящийся след, — такое явление называется метеором. Обычно метеоры хорошо видны в ясном ночном небе; те, что по яркости превосходят Венеру, относят к болидам — их полёт обычно заканчивается падением метеорита. В конце траектории болид время от времени вспыхивает — твёрдое тело разрушается, а осколки падают на землю с большим разбросом.Довольно часто в ночном небе можно увидеть метеорный дождь — последствия входа в атмосферу параллельно движущихся метеороидов. Когда примерно в одной области неба в течение нескольких суток появляется много метеоров, это называют метеорным потоком. Траектории таких «падающих звезд» пересекаются в общей точке — радианте. Большинство метеорных потоков наблюдается в одно и то же время года, поэтому им присваивают названия по латинским именам тех созвездий, где находится радиант: например, у метеорного потока Леониды радиант в созвездии Льва. Учёные полагают, что такие потоки образовались при распаде ядер древних комет, которые потеряли цельность из-за неоднократных сближений с Солнцем.Человечеству с незапамятных времён было известно о долетавших до поверхности Земли метеоритах. Археологи обнаружили первобытные орудия, сделанные из метеоритного железа. Если нашим предкам удавалось найти «небесный камень» сразу после его грандиозного падения, он часто становился предметом религиозного поклонения. О таких камнях слагали легенды, их упоминали в летописях, их остерегались и даже заковывали в цепи.

Железный метеор с вкраплениями оливина — в честь академика Петра Палласа метеориты этого типа были названы палласитами / Claire H. [CC BY-SA 2.0]Более-менее верные представления о происхождении метеоритов появились в античности: древнегреческий философ Анаксагор, живший в V веке до н. э., считал их обломками небесных тел. Однако в христианской космологии, отрицавшей «вещественность» планет, такой точке зрения не было места. Западная наука нового времени, которая долго развивалась с оглядкой на церковные догмы, не могла сразу признать космическое происхождение метеоритов.Метеоритика как дисциплина сформировалась благодаря немецкому физику Эрнсту Хладни. Вначале он собирал описания болидов и сравнивал их с информацией об оплавленных камнях, а позже издал книгу «О происхождении найденной Палласом и других подобных ей железных масс и о некоторых связанных с этим явлениях природы». В ней говорилось об образце «самородного железа» — в 1772 году его нашла в Сибири экспедиция академика Петра Палласа. Как выяснилось, за двадцать лет до этого на тот же «самородок» наткнулся кузнец Яков Медведев — тогда образец весил почти 690 килограммов. При анализе выявили, что его в составе в основном смесь железа с включениями оливина. В своей книге Хладни предоставлял веские доказательства в пользу того, что эта масса и прочие «небесные камни» прилетели к нам из космоса.В 92% случаев на Землю падают каменные метеориты, в 6% — железные и в 2% — железокаменные. Каменные метеориты подразделяют на два типа — хондриты и ахондриты. В хондритах есть необычные сферические или эллиптические образования (хондры). Что самое главное, по элементному составу такие тела, если не учитывать самые летучие элементы, очень близки к Солнцу. Ахондриты, в свою очередь, не содержат хондр и похожи на земные и лунные базальты.

Пластина из палласита / Doug Bowman [CC BY 2.0]Более редкие железные и железокаменные метеориты происходят из совсем другой эпохи. Если хондриты позволяют проследить историю формирования протопланетного облака, то железные метеориты — историю жизни более крупных небесных тел, астероидов.Когда-то давно относительно спокойное движение астероидов в главном поясе Солнечной системы нарушилось из-за увеличения Юпитера в размерах. Тела «перемешались» — неподалеку друг от друга теперь двигались астероиды с сильно различающимся составом. Они начали сталкиваться, и в результате на поверхности астероидов стали накапливаться вещества, сформировавшиеся в разных условиях. С тех пор отдельные фрагменты сталкивающихся тел отправляются в свободный полёт и падают на планеты, в том числе на Землю. Именно этим процессом можно объяснить химическое разнообразие состава, присущее большинству найденных метеоритов.Впрочем, в такой теории есть одна большая нерешенная проблема: астероиды, сближающиеся с Землёй, очень малы, и их материала недостаточно, чтобы обосновать присутствие на нашей планете известного объема метеоритного вещества.

Взрыв над Тунгуской

Землетрясение, вызванное ударной волной от взрыва над рекой Подкаменная Тунгуска (Иркутская область, Красноярский край), зарегистрировали сейсмографические станции Европы / ShavPS [CC BY-SA 3.0]Самым известным небесным телом, упавшим на территории России, остаётся Тунгусский метеорит. 30 июня 1908 года над Центральной Сибирью наблюдался пролёт ослепительно яркого болида. В районе реки Подкаменная Тунгуска он взорвался. В последующие ночи над огромными территориями светилось небо: серебристые облака, красочные зори и другие атмосферные аномалии можно было увидеть от Енисея до берегов Атлантики.Первым на месте катастрофы побывал инженер Вячеслав Шишков, позднее ставший известным писателем. В 1911 году он возглавлял геодезическую партию, которая обнаружила колоссальные вывалы леса неподалеку от реки Тэтэрэ. Целенаправленными поисками метеорита занялся минералог Леонид Кулик. Он организовал четыре экспедиции в районы вывалов, но не сумел обнаружить фрагменты упавшего тела. Изначально Кулик полагал, что Тунгусский метеорит был каменным фрагментом периодической кометы Понса — Виннеке, которая порождает регулярный метеорный поток, называемый Боотидами, но в ходе экспедиций уверился, что тот состоял из железа. Подтвердить или опровергнуть гипотезу ему не удалось: подготовку новой экспедиции прервало начало Великой Отечественной войны.В январе 1946 года журнал «Вокруг света» опубликовал фантастический рассказ «Взрыв», написанный Александром Казанцевым. В нём утверждалось, что над Подкаменной Тунгуской взорвался корабль инопланетян с атомным двигателем. Казанцев строил свою гипотезу на двух предположениях. Первое — ещё в 1920-е годы теоретики космонавтики показали, что межпланетные путешествия станут доступными, если человечество овладеет энергией атома. Второе — в 1945 году два японских города, Хиросима и Нагасаки, были уничтожены атомной бомбардировкой, причём бросается в глаза сходство между уцелевшими зданиями в эпицентре атомных взрывов и устоявшими деревьями в центре лесоповала в бассейне Подкаменной Тунгуски. Поразили фантаста и совпадения сейсмограмм взрывов.

В своём рассказе Казанцев не только высказал экзотическую гипотезу об искусственной природе Тунгусского метеорита, но и описал пришельца — чернокожую «шаманку» с сердцем на правой стороне, которая утверждала, что прилетела с «утренней звезды», то есть с Венеры. В то время считалось, что, кроме Земли, жизнь есть также на Марсе и Венере. Известный теоретик космонавтики Ари Штернфельд, заинтересовавшись «задачей Казанцева», выполнил необходимые расчёты и подтвердил гипотезу: если бы на Венере существовали разумные обитатели, они могли бы прилететь на Землю именно в день катастрофы.Рассказ Казанцева привлёк внимание специалистов и вызвал резкую критику. Несмотря на это, гипотеза атомного космического корабля обрела множество поклонников. Студенты томских вузов организовали комплексную самодеятельную экспедицию (КСЭ), которую возглавил инженер Геннадий Плеханов; в конце июня 1959 года её первый состав отправился в путь. Прежде всего студенты пытались найти сведения о лучевой болезни среди местных жителей, ведь, если следовать аналогии Казанцева, она должна была распространиться среди свидетелей падения Тунгусского метеорита, как и среди японцев, уцелевших после взрывов Хиросимы и Нагасаки. Однако ничего подобного в архивах местных больниц обнаружить не удалось. Не отмечалось и роста раковых заболеваний, который был бы неизбежен в местности, заражённой радиоактивными веществами. Экспедиция проработала в районе вывалов два месяца; проводились многочисленные измерения радиационного фона, но отклонений исследователи не зафиксировали.С тех пор новые экспедиции неоднократно замеряли уровень радиации, но всякой аномалии находилось объяснение — это были следы известных ядерных испытаний. Сторонникам гипотезы Казанцева сегодня приходится утешаться верой в то, что на инопланетном корабле стоял двигатель, работавший по принципам, не известным земным учёным. Но это не что иное, как фантастическое допущение, которое выводит гипотезу за рамки научного обсуждения.

Что касается фрагментов инопланетного корабля, то их тоже не раз пытались отыскать. В июле-августе 1960 года состоялась масштабная экспедиция КСЭ-2. В ней участвовали 73 специалиста, среди которых была и группа физика Владимира Кошелева, направленная в тайгу по указанию главного конструктора ракетно-космической техники Сергея Королёва. Участники КСЭ-2 собрали несколько тысяч проб, составили подробное описание поваленных деревьев, сделали спилы, изучили золу на предмет радиоактивности, однако ничего аномального не нашли.В то же время появились теории, объясняющие высотный взрыв Тунгусского метеорита и исчезновение его частей более естественными причинами. Академик Георгий Петров предположил, что вместо метеороида в земную атмосферу залетело ядро кометы, схожее по составу с огромным снежным комом. Позднее обсуждались и более экзотические варианты: пылевое облако, чёрная дыра, кусок антивещества, солнечный плазмоид и тому подобное.Не так давно Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук провели математическое моделирование на основе предположения, что Тунгусский метеорит был всё-таки железным. Оно показало, что если он не превышал по размерам 200 метров в поперечнике и вошёл в атмосферу на высокой скорости по касательной, то мог вызвать взрыв без падения обломков на Землю. Вероятно, часть его от нагрева просто испарилась и превратилась в дождь из мелких капель расплавленного металла, которые рассеялись на большой площади.Дефицита в теориях, описывающих феномен Тунгусского метеорита как уникальное природное явление, нет, поэтому гипотезу инопланетного корабля придётся держать в стороне до тех пор, пока не будут отвергнуты все вышеперечисленные, — принцип Лавуазье в действии.

Метеорит NWA 869 — обыкновенный хондрит, камень со сферическими образованиями / H. Raab [CC BY-SA 3.0]Долгое время считалось, что среди метеоритов не может быть фрагментов больших небесных тел, ведь для того, чтобы покинуть «гравитационный колодец», нужно развить вторую космическую скорость: для Луны она составляет 2,4 км/с, для Марса — 5 км/с, для Земли — 11,2 км/с, для некоторых других планет — ещё больше. Однако при сравнении образцов грунта и камней, доставленных с Луны, с некоторыми «подозрительными» метеоритами, найденными в Антарктиде, выяснилось, что они идентичны по химическому и изотопному составу. Вероятно, падения крупных комет и астероидов вызывали на нашем естественном спутнике извержения, в результате чего части породы с разных глубин оказались выброшены в космическое пространство и попали на Землю.Открытие заставило учёных по-новому взглянуть на коллекции метеоритов. Среди них была выделена группа, которая резко отличается по характеристикам от других. Её назвали SNC, по первым буквам названий её типичных представителей — метеоритов Shergotty, Nakhla и Chassigny. Считается, что они попали на Землю с Марса. На это указывает химический и, что важнее, изотопный состав микроскопических пузырьков газа в одном из метеоритов этой группы, ЕЕТА 79001: он совпадает с составом атмосферы Марса, измеренным космическими аппаратами.Наибольшую шумиху вызвали результаты изучения марсианского метеорита ALH 84001, найденного в антарктическом районе Аллан Хиллз, которые были впервые опубликованы в августе 1996 года. В карбонатной части метеорита американские учёные обнаружили вытянутые яйцевидные структуры длиной от 20 до 100 нанометров — их идентифицировали как «окаменелые остатки марсианских сверхмикроскопических организмов». Исследователей смущали только размеры окаменелостей — на Земле нет настолько мелких микробов, но, возможно, они водились в эпоху, когда жизнь только зарождалась. Помимо яйцевидных структур, учёные отметили наличие в ALH84001 карбоновых «розеток» — похожих на те, что оставляют в процессе жизнедеятельности некоторые земные бактерии. Более того, там же были выявлены полициклические ароматические углеводороды — сложные химические соединения, входящие в состав организмов или продуктов разложения.

Поначалу открытие приняли с восторгом, но позднее оно было поставлено под сомнение. Коллеги из других лабораторий сумели показать, что любой из признаков жизнедеятельности в ALH84001, включая яйцевидные структуры, мог образоваться и в ходе особых химических процессов внутри вулканов.Дискуссия породила огромный интерес к марсианским метеоритам, и вскоре последовали новые открытия. В марте 1999 года учёные обследовали осколки метеорита Nakhla, упавшего в Египте, и обнаружили следы воды, а главное, «биоморфный материал». В 2014 году появились публикации с результатами изучения метеорита Yamato 000593 массой 13,7 килограмма, упавшего в Антарктиду около 50 тысяч лет назад. Японские специалисты нашли в нём следы выветривания при участии воды, а американские — трубчатые образования искривлённой формы, похожие на деформации, которые вызывают колонии микроорганизмов в земном базальтовом стекле.Однако наука не может принять все эти выводы как полноценные до тех пор, пока не будет достоверно доказано, что метеориты SNC-группы представляют собой фрагменты именно марсианских камней. Чтобы приблизить этот момент, на американский планетоход Perseverance поместили метеорит SaU 008 (Sayh al Uhaymir 008), ранее хранившийся в коллекции лондонского Музея естественной истории. Считается, что он был выброшен с поверхности соседней планеты около 700 тысяч лет назад. Его использовали как образец для калибровки инструмента SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals), ведь этот камень досконально изучен на Земле.

Как бы то ни было, метеориты остаются ценным источником сведений о формировании Солнечной системы. Чем больше мы о них узнаём, тем надёжнее становятся наши знания о собственном происхождении. Не исключено, что рано или поздно благодаря метеоритам мы откроем инопланетную жизнь, и тогда их вполне можно будет называть кораблями пришельцев.