Обычный ученый из Чикагского университета ошеломил многих своих коллег своим радикальным решением 135-летней тайны в космохимии. «Я довольно трезвый парень. Люди не знали, что думать внезапно », – сказал Лоуренс Гроссман, профессор геофизических наук.
Другая проблема заключается в том, что хондры содержат оксид железа. В солнечной туманности силикаты, такие как оливин, конденсируются из газообразного магния и кремния при очень высоких температурах. Только когда окисляется железо, он может проникать в кристаллические структуры силикатов магния. Окисленное железо образуется при очень низких температурах в солнечной туманности, однако, только после того, как силикаты, подобные оливину, уже конденсировались при температурах на 1000 градусов выше.
Однако при температуре, при которой железо окисляется в солнечной туманности, он слишком медленно диффундирует в ранее образовавшиеся силикаты магния, такие как оливин, чтобы получить концентрации железа, наблюдаемые в оливине хондрелей. Тогда какой процесс мог бы производить хондрулы, которые образовывались путем плавления ранее существовавших твердых веществ и содержали оксид железа, несущий оливин?
Это исполнительская исполнительская звезда, похожая на солнце, поскольку она, возможно, смотрела на миллион лет. Как космохимик, Лоуренс Гроссман из Чикагского университета реконструирует последовательность минералов, конденсированных из солнечной туманности, изначального газового облака, которое в конечном итоге сформировало солнце и планеты.
«Воздействие на ледяных планетезималей могло бы приводить к быстрому нагреванию, содержащему высоконапорные, богатые водой паровые шлейфы, содержащие высокие концентрации пыли и капель, благоприятные условия для образования хондрелей», – сказал Гроссман. Гроссман и его соавтор Учикаго, научный сотрудник Алексей Федькин, опубликовали свои результаты в июльском выпуске Geochimica et Cosmochimica Acta.
Гроссман и Федкин разработали минералогические расчеты, следуя предыдущей работе, проделанной в сотрудничестве с доктором геофизических наук Фредом Сезлой и старшим научным сотрудником по геофизическим наукам Стивеном Симоном. Чтобы проверить физику, Гроссман сотрудничает с Джеем Мелошем, профессором Земли и атмосферных наук Университета Пердью, Джеймсом Мелошем, который будет запускать дополнительное компьютерное моделирование, чтобы выяснить, может ли он воссоздать условия формирования хондрулей после столкновения планетарных.
«Я думаю, мы сможем это сделать», – сказал Мелош.
ДОЛГОСРОЧНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Гроссман и Мелош хорошо разбираются в давних возражениях относительно происхождения удара для хондрелей. «Я сам использовал многие из этих аргументов, – сказал Мелош.
Гроссман переоценил теорию после Конела Александра в Институте Карнеги в Вашингтоне, а трое его коллег предоставили недостающую часть головоломки. Они обнаружили крошечный щепоток натрия – компонента обычной поваренной соли – в ядрах кристаллов оливина, встроенных в хондры.
Когда оливин кристаллизуется из жидкости из смеси хондрулей при температурах около 2000 градусов по Цельсию (3,140 градусов по Фаренгейту), большинство натрия остается в жидкости, если оно не испаряется полностью. Но, несмотря на чрезвычайную волатильность натрия, достаточное количество оставалось в жидкости, которая регистрируется в оливине, что является следствием подавления испарения, вызванного либо высоким давлением, либо высокой концентрацией пыли. По словам Александра и его коллег, не более 10 процентов натрия когда-либо испарялось из затвердевающих хондрелей. Гроссман и его коллеги вычислили условия, необходимые для предотвращения большей степени испарения. Они построили их расчет в терминах общего давления и обогащения пыли в солнечной туманности газа и пыли, из которых образовались некоторые компоненты хондритов. «Вы не можете сделать это в солнечной туманности», объяснил Гроссман. Вот что привело его к планетезимальным ударам. «Здесь вы получаете большие пылевые обогащения. Здесь вы можете создавать высокие нагрузки ».
Когда температура солнечной туманности достигла 1800 градусов Кельвина (2780 градусов по Фаренгейту), было слишком жарко, чтобы любой твердый материал конденсировался. К тому времени, когда облако остыло до 400 градусов Кельвина (260 градусов по Фаренгейту), большая часть его была сконденсирована в твердые частицы. Гроссман посвятил большую часть своей карьеры определению небольшого процента веществ, которые материализовались в течение первых 200 градусов охлаждения: оксиды кальция, алюминия и титана вместе с силикатами. Его расчеты предсказывают конденсацию тех же минералов, что и в метеоритах.
В течение последнего десятилетия Гроссман и его коллеги написали множество статей, в которых анализировались различные сценарии стабилизации оксида железа, чтобы он проникал в силикаты, когда они конденсировались при высоких температурах, ни одна из которых не оказалась возможной в качестве объяснения хондрелей. «Мы сделали все, что вы можете сделать», – сказал Гроссман.
Это включало добавление в сотни или даже тысячи раз концентраций воды и пыли, которые у них были основания полагать, что когда-либо существовали в ранней солнечной системе. «Это обман, – признался Гроссман. Это все равно не сработало.
Вместо этого они добавили дополнительную воду и пыль в систему и увеличили давление, чтобы проверить новую идею о том, что ударные волны могут образовывать хондры. Если бы ударные волны какого-то неизвестного источника прошли через солнечную туманность, они бы быстро сжимали и нагревали любые твердые частицы на своем пути, образуя хондры после охлаждения расплавленных частиц. Моделирование Сиеслы показало, что ударная волна может образовывать силикатные жидкие капельки, если он увеличит давление и количество пыли и воды с помощью этих аномальных, если не невероятно больших количеств, но капли будут отличаться от хондрелей, фактически найденных в метеоритах сегодня.
КОСМИЧЕСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
Они отличаются тем, что фактические хондры не содержат изотопических аномалий, тогда как имитируемые ударные волны хондры. Изотопы представляют собой атомы одного и того же элемента, которые имеют разные массы друг от друга. Испарение атомов данного элемента из капель, дрейфующих по солнечной туманности, вызывает образование изотопических аномалий, которые являются отклонениями от нормальных относительных пропорций изотопов элемента. Это космический толкающий матч между плотным газом и горячей жидкостью. Если число атомов определенного типа, вытолкнутых из горячих капелек, равно числу атомов, попадающих в него из окружающего газа, это не приведет к испарению. Это предотвращает образование изотопных аномалий.
Оливин, обнаруженный в хондрелях, представляет проблему. Если бы ударная волна образовала хондры, то изотопный состав оливина был бы концентрически зонирован, как древесные кольца. Когда капля охлаждается, оливин кристаллизуется с любой изотопной композицией, существующей в жидкости, начиная с центра, а затем перемещаясь в концентрические кольца. Но никто еще не нашел изотопически зональных кристаллов оливина в хондрелях.
Реалистично выглядящие хондры приведут только к тому, что испарение будет достаточно подавлено, чтобы устранить изотопные аномалии. Это, однако, потребует более высоких концентраций давления и пыли, которые выходят за рамки симуляций ударной волны Ciesla.
Предоставление некоторой помощи было обнаружением несколько лет назад, что хондры на один-два миллиона лет моложе включений, богатых кальцием-алюминием, в метеоритах. Эти включения представляют собой именно конденсаты, которые диктуют космохимические расчеты, будут конденсироваться в солнечном небулярном облаке. Эта разница в возрасте обеспечивает достаточное время после образования конденсата для образования планетезималей и начинает сталкиваться до образования хондрелей, что затем стало частью радикального сценария Федкина и Гроссмана.
Теперь они говорят, что планетезималы, состоящие из металлических никель-железа, силикатов магния и водяного льда, конденсированных из солнечной туманности, намного опережают образование хондрулей. Разложение радиоактивных элементов внутри планетезималей обеспечивало достаточно тепла для таяния льда.
Вода просачивалась через планеты, взаимодействовала с металлом и окисляла железо. При дальнейшем нагревании до или во время планетарных столкновений силикаты магния повторно формируются, включая оксид железа в процессе. Когда планетезимали затем сталкивались друг с другом, создавая аномально высокие давления, капли жидкости, содержащие оксид железа, разбрызгивались. «Вот откуда исходит ваш первый оксид железа, а не то, что я изучал всю свою карьеру», – сказал Гроссман. Он и его соратники теперь реконструировали рецепт для изготовления хондр. Они входят в два «аромата», в зависимости от давления и состава пыли, возникающих в результате столкновения.
«Теперь я могу уйти в отставку», – сказал он.