Космос в пробірці

Тік-так, тік-так… Сухі уривчасті клацання супроводжуються судорожними ривками стрілки по круглому циферблату. Серед хитросплетіння електричних проводів переморгуються червоні зіниці сигнальних ламп на панелі перерахункового пристрою. Тік-так, тік-так… Схоже, ніби цокає невидимий годинник, тільки чомусь проміжки часу між «тік» і «так» не завжди однакові. Може, механізм не в порядку?

– Не хвилюйтеся, – відповідає доктор хімічних наук Августа Костянтинівна Лаврухіна, завідуюча лабораторією Інституту геохімії та аналітичної хімії імені В. І. Вернадського, – цей годинник йде з чудовою точністю: до… мільйонів років. Звичайно, така точність не влаштує дівчину, яка поспішає на побачення. Але вчені вважають точність нашого годинника цілком задовільною. Нам потрібні хронометри, на циферблаті яких не хвилини і години, а мільйони і мільярди років. Цей незвичайний годинник заведений самою природою всередині багатьох речовин, що складають планети сонячної системи.

Взяти шматочок такої речовини, визначити її вік, структуру, склад – скільки цікавого можна вивідати у небалакучої природи! Тим більше, що космос сам приходить на виручку вченим. Звістки про нього несуть хімікам незвичайні гінці – метеорні частки. Блукачі космічних безодень, вони ні-ні та й з’являються в лабораторіях вчених, закінчуючи свій шлях у хімічній пробірці.

ЧАС – АЛХІМІК

До складу метеоритної речовини входять радіоактивні ізотопи. Вони розпадаються на нові атоми за певним законом. Скажімо, радіоактивні ізотопи калію К40, вкраплені в речовину метеоритів, перетворюються на нерадіоактивні ізотопи аргону Аг40. Через 1,3 мільярда років запас атомів К40 виснажується рівно наполовину. Якщо визначити, скільки в метеориті накопичилося Аг40, народженого випромінюванням, і яка кількість К40 залишилася до моменту досліду, то легко підрахувати і вік метеоритної речовини.

У лабораторії метеорит дроблять на дрібні шматки і розмелюють на борошно. Потім речовину піддають складному і тонкому хімічному аналізу. Тільки після тривалої і трудомісткої процедури препарат з К40 визнають готовим до вимірювання радіоактивності, що міститься в ньому. Вимірювання проводяться на спеціальному лічильнику. Кожне клацання рахункового пристрою відповідає певному числу ядерних розпадів. Так, підрахувавши число імпульсів в хвилину, знаходять кількість К110. Але це ще не все. Адже нас цікавить не просто кількість, а його частка в співвідношенні К40 / Аг40. Значить потрібно також встановити, скільки аргону утворилося при розпаді радіоактивного калію.

Для цього іншу щіпку «метеоритної муки» поміщають у вакуумну піч. Речовина плавиться, виділяючи бульбашки газу. Цей газ і є аргон. Але він, як правило, складається із суміші різних ізотопів аргону. Так що доводиться ще спеціально оцінювати частку Аг40.

– Подібним способом визначають вік метеоритів і земних гірських порід не тільки у нас, в Інституті геохімії та аналітичної хімії, – говорить Августа Костянтинівна. – Їм широко користуються багато закордонних дослідницьких лабораторій.

Звичайно, калій-аргоновий метод – не єдиний інструмент, за допомогою якого космохіміки ставлять мітки дат на нескінченній канві часу. Зазвичай вчені один метод перевіряють іншим – до отримання подібних результатів. Саме таким шляхом було встановлено, що вік метеоритів складає приблизно чотири з половиною мільярди років.

НІ, ЦЕ ЩЕ НЕ ВІК

Ми часто говоримо і чуємо «вік метеорита», маючи на увазі відрізок часу з дня його народження до наших днів. Чи так це насправді?

Вік метеоритної речовини визначають за допомогою радіоактивного хронометра. На хід такого годинника не впливає ні космічний холод, ні космічний вакуум, ні інші фізичні або хімічні впливи. Аби в речовині метеорита добре зберігалися поряд з материнськими дочірні продукти розпаду. Наприклад, якби газоподібний Аг40, що з’явився на світ при розпаді К40, не поглинався речовиною метеорита, а вивітрювався в космічний простір, то неможливо було б оцінити справжнє співвідношення К40 / Аг40 зараз і в далекому минулому. Іншими словами, ні про яке визначення віку не могло бути й мови.

Тим часом газоподібний Аг40 випаровується з розплавленої речовини. А структура і склад метеоритів говорять про те, що речовина метеоритів була колись розплавленою і потім повільно охолоджувалася. Стало бути, наш годинник відраховує час з того моменту, коли метеоритна речовина останній раз перейшла з розплавленого стану в твердий. Значить, 4,5 мільярда років – це вік твердої та холодної метеоритної речовини, а зовсім не відрізок часу з дня народження метеорного тіла!

Що ж було з метеоритом раніше? Як з’явився на світ «кам’яний гість» з космосу?

«КОСМІЧНИЙ УТИЛЬ»? ЧИ НІ!

Вік речовини небесних каменів – 4,5 мільярда років. Але ж вік Землі, підрахований тими ж самими методами, дорівнює теж 4-5 мільярдам років. А раз так, то природно припустити, що Земля й інші космічні тіла сонячної системи народилися одночасно. Може бути, утворення метеоритів і планет викликав один і той же грандіозний процес? Якщо так, то як він протікав? Коли почався? Скільки тривав? Не менше дванадцяти космогонічних гіпотез претендують на єдино правильне пояснення цього процесу!

В останні роки американський астроном Дж. П. Койпер, розвиваючи ідеї Ц. Ф. Вейцзекера, створив чергову протопланетну гіпотезу походження сонячної системи. Колись, давним-давно в хаосі космічних вихорів народжувалася наша сонячна система. Гігантський рій холодного космічного пилу, поступово згущуючись, привів до появи протосонця – величезної пило-газової хмари з більш щільним центральним ядром.

Сонце стало світити і гріти лише до кінця стиснення протозірки, що породила його. Потім з туманності, що оточувала Сонце, утворився диск пилу і газу, який, охолоджуючись, розбився на клуби неправильної форми – протопланети. Найдрібніший космічний пил злипався в більші грудочки, що спрямовувалися до центрів протопланет. Такого роду конденсація матерії призвела до появи протопланетних ядер – «зародків» сучасних планет.

Бути може, це і є передісторія метеоритів? Можливо, метеорити не що інше, як відходи «будматеріалів» при «створенні світу» – свого роду «космічний утиль»? Виходить, кам’яні гості – це грудки і брили космічного пилу, злиплого більше 4,5 мільярда років тому?

Але чому тоді речовина метеоритів настільки щільна і компактна за структурою, як ніби вона перебувала під жахливим тиском? Чому будова і склад метеоритів свідчать про їх «гарячий» стан в далекому минулому?

Метеорні тіла – це пігмеї серед космічних гігантів. Планети, їх супутники, навіть астероїди (так називаються малі планети), незрівнянно більші небесних каменів. Володіючи настільки незначними розмірами, метеорні тіла не змогли б на відміну від Сонця або Землі розплавитися під дією радіоактивного нагрівання. З грудки розміром з куряче яйце або навіть з футбольний м’яч тепло би просто випромінювалося в міжпланетний простір, не встигаючи навіть як слід розігріти зсередини метеорне тіло. Не було причин і для виникнення колосальних тисків всередині небесних частинок. Адже для того, щоб при стисненні тіло почало ущільнюватися і розігріватися під дією сили тяжіння, воно має бути набагато більших розмірів. Залишається припустити, що небесні камені – це осколки значно більших небесних тіл, що розлетілися вщент внаслідок невідомої катастрофи.

Але чи так це насправді? І знову на виручку вченим поспішає атомний годинник.

ВИЗНАЧЕННЯ РІЧНИМ СТАЖЕМ

Ядерні частинки і проміння, якими насичений космос, глибоко проникають в метеорні тіла, а часом і проходять через них наскрізь. Це безперервне бомбардування не проходить безслідно для космічних блукачів. Багато атомних ядер розколюються під шаленим натиском космічних променів. Немов іскри від удару, народжуються радіоактивні атоми – космогенні ізотопи. Наприклад, при зіткненні космічного протона з ядром атома заліза відбувається катастрофа: ядро розлітається на уламки, серед яких присутній ізотоп хлору С136. Цей космічний хлор радіоактивний; він перетворюється на ізотоп аргону Аг36. А так як час життя С136 складає мільйони років, то чому б не використати новонароджені атоми в ролі хронометра?

У такого хронометра є одна чудова властивість. Він показує не вік речовини, з якої складається метеорне тіло. Він показує вік осколка. Осколка невеликих розмірів. Адже космічні промені при всій їх енергії не в силах протаранити більш-менш велике космічне тіло, скажімо, Місяць. Тому космогенні ізотопи можуть утворитися лише в поверхневих шарах планет або астероїдів. От якби астероїд в один прекрасний день раптом розвалився на дрібні шматочки, тоді в кожному з них негайно ж почали б зароджуватися космогенні ізотопи. І виявилося, що найдавніший небесний уламок не старше півтора мільярда років. Але ж речовина, з якої складається цей уламок, втричі старше!

Висновок напрошується сам собою: метеорити – не грудки першопочаткової пилової матерії, а осколки набагато більш великого космічного тіла. Мабуть, цей космічний предок виник 4,5 мільярда років тому з первинної пилової матерії, потім пройшов «марафонський» шлях еволюції через розплавлення і затвердіння. Нарешті, його спіткала плачевна доля: він розпався на шматки, досі блукаючі по просторах всесвіту. Як висловлюються льотчики, кожен метеорит налітав по півтора мільярда років.

Хто ж міг бути предком метеоритів? Чи часом не планета земного типу натрапила на якийсь космічний риф? Для такої здогадки у космохіміків є чимало підстав. Про це читайте в нашій наступній статті.

Автор: Лев Бобров.