Ректор ЧелГУ Сергей Таскаев – один из самых продуктивных членов команды наших учёных, которые на протяжении 10 лет занимаются изучением метеорита «Челябинск». Именно ему в руки лёг уникальный фрагмент небесного тела – железокаменный. Он же обнаружил в метеоритной пыли углеродный кристалл и вместе с коллегами определил в нём ранее неизвестную форму углерода. Сегодня он рассказывает, как проходила работа.
ЧелГУ – впереди
Пик научных исследований пришёлся на первые годы после падения Челябинского метеорита. Основными вопросами в этот период были: что из себя представляет сам метеорит и из чего он состоит, откуда он прилетел, каков его возраст, начальная масса, куда упал и где находится (и есть ли он) основной фрагмент метеорита, и, в конце концов, насколько опасно падение подобных космических тел. Этими исследованиями занимались не только группы учёных из нашего университета или университетов России, но и многие лаборатории в мире. Буквально через неделю после падения челябинского метеорита в музее природы в Чикаго была создана экспозиция, посвящённая этому метеориту, с большим количеством собранных фрагментов.
Естественно, группы, имевшие в своём распоряжении образцы Челябинского метеорита, проводили весь возможный комплекс материаловедческих исследований, однако наибольший вклад в изучение и популяризацию феномена Челябинского метеорита внёс коллектив ЧелГУ: мы первые и единственные выпустили книгу «Челябинский суперболид» на русском и английском языках. Английская версия, вышедшая в международном издательстве Springer, активно продаётся и изучается зарубежными коллегами, присылающими отзывы с очень высокой оценкой этого труда. Однако не могу не отметить комплексные исследования коллег из группы Виктора Иосифовича Гроховского Уральского федерального университета, которые утвердили приоритет российской науки в изучении этого явления.
Что удалось обнаружить
В своих изысканиях мы использовали разные подходы, но самыми интересными из них являются те, которые используют новые методы. В частности, это исследования методами 3D-томографии, синхротронного излучения, ионной микроскопии, нейтронографии и пр. Такой подход позволяет глубже заглянуть внутрь материалов космического происхождения, точнее определить их свойства. Исследований проведено очень много. Одно из недавних, например, связано с тем, что, изучая фосфаты U-Pb и микроструктуру метеорита, учёные сделали вывод, что Челябинский метеорит в прошлом был частью большего тела, участвовавшего в образовании нашего спутника Луны.
Огромный интерес представила для нас космическая пыль. Идея собрать её после падения метеорита принадлежит моему коллеге – выпускнику и профессору ЧелГУ, сотруднику НАСА Николаю Горькавому. Мы не сразу поняли, насколько уникальный материал оказался в наших руках, ведь ни до, ни после никому не удавалось собрать метеоритную пыль в такой концентрации, как после падения Челябинского метеорита.
Ранее при исследованиях фрагментов пыли было сформировано устойчивое мнение о микрометеоритах как о сферических частицах с явным признаком оплавления. Однако кроме них обнаруживались и другие объекты, например, нитевидные включения, наблюдаемые в ледяных кернах, собранных во льдах Антарктиды. Они считались случайной примесью земного происхождения. Образование таких минеральных нитей в природе известно давно. При извержении вулканов холодный воздух срывает с расплавленной породы капли и вытягивает их в нити, так называемые «волосы Пеле», которые могут разноситься потоками ветра на огромные расстояния. Как показывают результаты нашего исследования, такие нити могут образовываться также и при сгорании болидов, что позволит пересмотреть доказательную базу датировки падения в прошлом больших каменных метеоритов. Это раз.
Два. Углерод имеет множество аллотропных модификаций – от графита до алмаза, от карбина до фуллеренов и нанотрубок. Нам удалось найти новую форму существования углеродных материалов, которая образовалась при сильных внешних воздействиях, существовавших во время падения метеороида, в результате кристаллизации дисоциированного углерода из углекислого газа атмосферы на фуллеренах и нанотрубках, концентрация которых в атмосфере отлична от ноля. Практическая значимость этого исследования обуславливается изучением материалов, потенциально пригодных для использования. Однако данное исследование направлено на изучение довольно редких объектов и является более фундаментальным, нежели прикладным. Вместе с тем показана возможность существования очень необычных упорядоченных углеродных структур, возможно, с потенциалом применения на практике.
Кроме этого, в такого рода материалах (метеоритах) существуют исключительно ценные фазы вещества, применение которых в промышленности вызовет технологическую революцию, например, фаза Fe50Ni50 – тетратенит. В чём тут проблема: вот представьте два набора шариков: красные (железо) и синие (никель). Если их смешать в одной ёмкости, то, очевидно, образуется случайное распределение синих и красных шаров. Ровно так же происходит при остывании сплава: мы получаем материал, в котором атомы железа и никеля занимают произвольные позиции. Но такое состояние оказывается неустойчивым, и это показывает материал из метеорита: в нём атомы железа и никеля образуют чётко чередующиеся атомные плоскости (как двухцветный мармелад). Так вот, и свойства этих материалов кардинально отличаются. Тетратенит из метеорита является природным аналогом современных постоянных редкоземельных магнитов (а стоит он на порядки меньше), а сплав, полученный в земных условиях, даже намёка на это не имеет. Промышленной технологии синтеза на сегодняшний день не существует, но ведутся активные исследования по поиску такой возможности, и кое-что уже получается.
Под правильным углом
Мы получили принципиально новые данные по новым материалам и это, вне всякого сомнения, огромный вклад в понимание природы. Я думаю, мы ещё долго будем возвращаться к фрагментам Челябинского метеорита, применять новые, более точные, методы исследования и изучать новые гипотезы. Более чем уверен, это движение в правильном направлении.
Как частность, мы узнали, насколько мы защищены от падения такого рода тел. Многие помнят массовые повреждения от ударной волны и часто задаваемый вопрос: а что было бы, если бы этот метеороид долетел до поверхности земли? Мы отдельно изучали этот вопрос, и оказалось, что наша атмосфера очень хорошо защищает нас от падения каменных метеоритов подобного размера. Но только от каменных, к которым и относится этот случай, а такого рода метеориты составляют примерно 93%.
Мы изучили различные модели падения тел подобного размера: под разными углами входа в атмосферу, с различными скоростями – и оказалось, что основное энерговыделение (можно сказать, взрыв) происходит на высотах свыше 20 км. И чем быстрее летит метеороид, тем быстрее он сгорает в атмосфере, так как выделение энергии в результате трения пропорционально квадрату скорости падающего тела. Отдельно отмечу, что процесс энерговыделения происходит не в одной точке, а распределён на участке траектории, что делает воздействие от сгорания (взрыва) не таким драматичным. Другими словами, шансов долететь в первоначальном состоянии до поверхности у метеороида не было.
Но это касается только каменных метеоритов, в случае падения железных (это примерно 5 % от зарегистрированных метеоритов) или железокаменных (примерно 1 % от всех) это уже не работает, и результаты падения такого рода тел можно посмотреть на примере кратера Берринджера в Аризоне. Хотя такие падения крайне редки, но последствия от них влияют на всю планету в целом. Самый большой известный кратер на планете Земля расположен на земле Уилкса в Антарктиде и имеет диаметр порядка 500 км. Остался он от падения большого космического тела с диаметром примерно несколько десятков километров 250 млн лет назад. Это падение, по-видимому, было толчком к массовому вымиранию в пермский период, приведшему к исчезновению 96 % всех морских видов и 73 % наземных видов позвоночных.
15 февраля 2013 года нам очень повезло. В этом году мы хотим отметить эту дату. Да, падение метеорита – это не праздник, но это большое событие для всего мира, в том числе и потому, что учёные смогли приблизиться к пониманию Вселенной. 15 февраля приглашаю всех в ЧелГУ: здесь состоится целая серия мероприятий, направленных на то, чтобы показать важность этого события и взаимосвязь научного, социального и культурного пластов нашей жизни.
