Космос в пробирке

Тик-так, тик-так… Сухие отрывистые щелчки сопровождаются судорожными рывками стрелки по круглому циферблату. Среди хитросплетения электрических проводов перемигиваются красные зрачки сигнальных ламп на панели пересчетного устройства. Тик-так, тик- так… Похоже, будто тикают невидимые часы, только почему-то промежутки времени между «тик» и «так» не всегда одинаковы. Может, механизм не в порядке?

— Не волнуйтесь, — отвечает доктор химических наук Августа Константиновна Лаврухина, заведующая лабораторией Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского, — эти часы идут с превосходной точностью: до… миллионов лет. Конечно, такая точность не устроит девушку, которая спешит на свидание. Но ученые считают точность наших часов вполне удовлетворительной. Нам нужны хронометры, на циферблате которых не минуты и часы, а миллионы и миллиарды лет. Эти необыкновенные часы заведены самой природой внутри многих веществ, слагающих планеты солнечной системы.

Взять кусочек такого вещества, определить его возраст, структуру, состав — сколько интересного можно выведать у несловоохотливой природы! Тем более, что космос сам приходит на выручку ученым. Вести о нем несут химикам необычные гонцы — метеорные частицы. Скитальцы космических бездн, они нет-нет да и появляются в лабораториях ученых, оканчивая свой путь в химической пробирке.

ВРЕМЯ — АЛХИМИК

В состав метеоритного вещества входят радиоактивные изотопы. Они распадаются на новые атомы по определенному закону. Скажем, радиоактивные изотопы калия К40, вкрапленные в вещество метеоритов, превращаются в нерадиоактивные изотопы аргона Аг40. Через 1,3 миллиарда лет запас атомов К40 истощается ровно наполовину. Если определить, сколько в метеорите накопилось Аг40, рожденного излучением, и какое количество К40 осталось к моменту опыта, то легко подсчитать и возраст метеоритного вещества.

В лаборатории метеорит дробят на мелкие куски и размалывают в муку. Затем вещество подвергают сложному и тонкому химическому анализу. Только после длительной и трудоемкой процедуры препарат с К40 признают готовым к измерению содержащейся в нем радиоактивности. Измерения проводятся на специальном счетчике. Каждый щелчок счетного устройства соответствует определенному числу ядерных распадов. Так, подсчитав число импульсов в минуту, находят количество К110. Но это еще не все. Ведь нас интересует не просто количество, а его доля в соотношении К40/Аг40. Значит нужно также установить, сколько аргона образовалось при распаде радиоактивного калия.

Для этого другую щепотку «метеоритной муки» помещают в вакуумную печь. Вещество плавится, выделяя пузырьки газа. Этот газ и есть аргон. Но он, как правило, состоит из смеси различных изотопов аргона. Так что приходится еще специально оценивать долю Аг40.

— Подобным способом определяют возраст метеоритов и земных горных пород не только у нас, в Институте геохимии и аналитической химии,— говорит Августа Константиновна.— Им широко пользуются многие зарубежные исследовательские лаборатории.

Конечно, калий-аргоновый метод — не единственный инструмент, с помощью которого космохимики ставят метки дат на бесконечной канве времени. Обычно ученые один метод проверяют другим — до получения сходных результатов. Именно таким путем было установлено, что возраст метеоритов составляет приблизительно четыре с половиной миллиарда лет.

НЕТ, ЭТО ЕЩЕ НЕ ВОЗРАСТ

Мы часто говорим и слышим «возраст метеорита», подразумевая отрезок времени со дня его рождения до наших дней. Так ли это на самом деле?

Возраст метеоритного вещества определяют с помощью радиоактивного хронометра. На ход таких часов не влияет ни космический холод, ни космический вакуум, ни другие физические или химические воздействия. Лишь бы в веществе метеорита хорошо сохранялись наряду с материнскими дочерние продукты распада. Например, если бы газообразный Аг40, появившийся на свет при распаде К40, не поглощался веществом метеорита, а улетучивался в космическое пространство, то невозможно было бы оценить истинное соотношение К40/Аг40 в настоящий момент и в далеком прошлом. Иными словами, ни о каком определении возраста не могло быть и речи.

Между тем газообразный Аг40 улетучивается из расплавленного вещества. А структура и состав метеоритов говорят о том, что вещество метеоритов было когда-то расплавленным и потом медленно охлаждалось. Стало быть, наши часы отсчитывают время с того момента, когда метеоритное вещество последний раз перешло из расплавленного состояния в твердое. Значит, 4,5 миллиарда лет — это возраст твердого и холодного метеоритного вещества, а вовсе не отрезок времени со дня рождения метеорного тела!

Что же было с метеоритом раньше? Как появился на свет «каменный гость» из космоса?

«КОСМИЧЕСКИЙ УТИЛЬ»? ЕДВА ЛИ!

Возраст вещества небесных камней — 4,5 миллиарда лет. Но ведь возраст Земли, подсчитанный теми же самыми методами, равен тоже 4—5 миллиардам лет. А раз так, то естественно допустить, что Земля и другие космические тела солнечной системы родились одновременно. Может быть, образование метеоритов и планет вызвал один и тот же грандиозный процесс? Если да, то как он протекал? Когда начался? Сколько длился? Не менее дюжины космогонических гипотез притязают на единственно правильное объяснение этого процесса!

В самые последние годы американский астроном Дж. П. Койпер, развивая идеи Ц. Ф. Вейцзекера, создал очередную протопланетную гипотезу происхождения солнечной системы. Когда-то, давным-давно в хаосе космических вихрей рождалась наша солнечная система. Гигантский рой холодной космической пыли, постепенно сгущаясь, привел к появлению протосолнца — огромного пыле-газового облака с более плотным центральным ядром.

Солнце стало светить и греть лишь к концу сжатия породившей его протозвезды. Затем из туманности, окружавшей Солнце, образовался диск пыли и газа, который, охлаждаясь, разбился на клубы неправильной формы — протопланеты. Мельчайшая космическая пыль слипалась в более крупные комочки, устремлявшиеся к центрам протопланет. Такого рода конденсация материи привела к появлению протопланетных ядер — «зародышей» современных планет.

Быть может, это и есть предыстория метеоритов? Может быть, метеориты не что иное, как отходы «стройматериалов» при «сотворении мира» — своего рода «космический утиль»? Выходит, каменные гости — это комья и глыбы космической пыли, слипшейся более 4,5 миллиарда лет назад?

Но почему тогда вещество метеоритов настолько плотно и компактно по структуре, как будто оно находилось под чудовищным давлением? Отчего строение и состав метеоритов свидетельствуют об их «горячем» состоянии в далеком прошлом?

Метеорные тела — это пигмеи среди космических гигантов. Планеты, их спутники, даже астероиды (так называются малые планеты), несравненно крупнее небесных камней. Обладая столь ничтожными размерами, метеорные тела не смогли бы в отличие от Солнца или Земли расплавиться под действием радиоактивного нагревания. Из комка размером с куриное яйцо или даже с футбольный мяч тепло бы просто излучалось в межпланетное пространство, не успевая даже как следует разогреть изнутри метеорное тело. Не было причин и для возникновения колоссальных давлений внутри небесных частиц. Ведь для того, чтобы при сжатии тело начало уплотняться и разогреваться под действием силы тяжести, оно должно быть гораздо больших размеров. Остается предположить, что небесные камни — это осколки значительно более крупных небесных тел, разлетевшихся вдребезги в результате неведомой катастрофы.

Но так ли это на самом деле? И опять на выручку ученым спешат атомные часы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛЕТНОГО СТАЖА

Ядерные частицы и лучи, которыми насыщен космос, глубоко проникают в метеорные тела, а подчас и проходят через них насквозь. Эта непрерывная бомбардировка не проходит бесследно для космических скитальцев. Многие атомные ядра раскалываются под бешеным натиском космических лучей. Словно искры от удара, рождаются радиоактивные атомы — космогенные изотопы. Например, при столкновении космического протона с ядром атома железа происходит катастрофа: ядро разлетается на обломки, среди которых присутствует изотоп хлора С136. Этот космический хлор радиоактивен; он превращается в изотоп аргона Аг36. А так как время жизни С136 составляет миллионы лет, то почему бы не использовать новорожденные атомы в роли хронометра?

У такого хронометра есть одно замечательное свойство. Он показывает не возраст вещества, из которого состоит метеорное тело. Он показывает возраст осколка. Осколка небольших размеров. Ведь космические лучи при всей их энергии не в силах протаранить более или менее крупное космическое тело, скажем, Луну. Поэтому космогенные изотопы могут образоваться лишь в поверхностных слоях планет или астероидов. Вот если бы астероид в один прекрасный день вдруг развалился на мелкие кусочки, тогда в каждом из них тотчас же начали бы зарождаться космогенные изотопы. И оказалось, что самый древний небесный обломок не старше полутора миллиардов лет. Но ведь вещество, из которого состоит этот обломок, втрое старше!

Вывод напрашивается сам собой: метеориты — не комки первозданной пылевой материи, а осколки гораздо более крупного космического тела. По-видимому, этот космический предок возник 4,5 миллиарда лет назад из первичной пылевой материи, затем прошел «марафонский» путь эволюции через расплавление и затвердевание. Наконец, его постигла плачевная участь: он распался на куски, до сих пор скитающиеся по просторам вселенной. Как выражаются летчики, каждый метеорит налетал по полтора миллиарда лет.

Кто же мог быть предком метеоритов? Уж не планета ли земного типа натолкнулась на какой-то космический риф? Для такой догадки у космохимиков есть немало оснований. Об этом читайте в нашей следующей статье.

Автор: Лев Бобров.