Зачем нам изучать метеориты?

Что представляют собой «небесные странники» — метеориты и о чём они рассказывают исследователям? Может ли космическая пыль быть переносчиком органического вещества, и не она ли однажды занесла жизнь на нашу планету? Об этом рассказывает кандидат геолого-минералогических наук Дмитрий Бадюков, один из крупнейших в нашей стране специалистов по внеземному веществу, руководитель лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН.

— Дмитрий Дмитриевич, откуда к нам на Землю прилетают метеориты?

— Очень интересный вопрос. Владимир Иванович Вернадский, который основал науку метеоритику, считал, что метеориты — галактические странники. Но, к сожалению, это не так. Гипотеза Вернадского не подтвердилась. Сейчас известно, что метеориты в основном приходят к нам из пояса астероидов, находящегося между Марсом и Юпитером. Существует фантастическая гипотеза, что пояс астероидов — это остатки не образовавшейся из-за гравитационных воздействий планеты Фаэтон, хотя, расчётные модели не подтверждают эту версию. Так или иначе, пояс астероидов сформировался в космосе примерно 4,5–4.4 млрд. лет назад. Для нас это, конечно, ценное свидетельство условий рождения Солнечной системы. Состав хондритовых метеоритов, что примечательно, в общем не отличается от состава Солнца. У нашего светила есть внешняя оболочка, фотосфера, состав которой мы хорошо знаем из спектроскопических наблюдений и которая не изменялась с момента образования этой звезды. Оказывается, вещество, из которого состоят примитивные метеориты, соответствуют веществу фотосферы Солнца. Из него все мы образовались.

— Выходит, мы в какой-то степени дети Солнца?

— Возможно, это так, хотя и не совсем. Все достаточно тяжёлые атомы (за исключением водорода и некоторых лёгких элементов) на нашей Земле образовались в звёздах. Так что можно утверждать, что мы созданы из звёздной пыли. Наше Солнце — это звезда примерно 3-го поколения, она состоит из вещества, оставшегося после взрыва сверхновых.

Вообще изучение метеоритов напоминает работу криминалиста. Возясь в разных деталях, мы постепенно расшифровываем всю историю возникновения данной породы, восстанавливаем историю возникновения Солнечной системы, Земли и планет. Исследования метеоритов дают нам в этом смысле очень много. Мы до сих пор не знаем точно, каков был строительный материал Земли, но догадываемся, что это были так называемые энстатитовые хондриты.

Дмитрий Дмитриевич Бадюков, кандидат геолого-минералогических наук, руководитель лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН. Фото Наталии Лесковой.

Мы знаем, что Земля не могла образоваться из углистых хондритов — тех, которые образовались изначально из протопланетного облака, когда возникло наше Солнце. В первые моменты своего существования вокруг него носился диск пыли, из которого и сформировались эти изначальные примитивные углистые хондриты. Их вещество до сих пор не изменялось, и мы можем расшифровывать, какие тогда были парциальные давления газов, какие протекали окислительно-восстановительные процессы и могла ли там возникнуть органика.

В нашей лаборатории изучаются проблемы возникновения самых первых частиц, образовавшихся в Солнечной системе и несущих информацию о наиболее ранних стадиях образования твёрдого вещества, а также по истории формирования астероидов — немых свидетелей самых первых этапов формирования Земли. Это широчайший круг задач. Кстати, наша лаборатория курирует коллекцию метеоритов Российской академии наук, поддерживает её в порядке и ежегодно пополняет новыми метеоритами и образцами. Эта коллекция старейшая в мире и является культурным достоянием России.

— Почему тогда Земля не могла возникнуть из углистых хондритов, если их с самого начала было много?

— Моделируя формирование Земли из углистых хондритов, мы должны получить планету, где содержится значительно больше железа и у которой будет массивная атмосфера (типа Венеры, а то и гораздо хуже). Другое дело энстатитовые хондриты, хотя они весьма редки и составляют всего около двух процентов от всех упавших на Землю метеоритов.

Существует ещё гипотеза гетерогенной аккреции, согласно которой приращение массы нашей планеты происходило путем слипания материала разного состава — сначала железо-никелевого ядра, а потом уже силикатной оболочки, хотя изотопные данные свидетельствуют против этого. Здесь я вспоминаю, как был рецензентом статьи академика Алексея Александровича Маракушева, на которую дал отрицательный отзыв. В ней утверждалось, что планета типа Юпитера образовалась вблизи Солнца. Тогда, с моей точки зрения, образование газового гиганта в горячей области казалось невероятным. А сейчас найдены газовые гиганты среди экзопланет (т. е. планет в других звёздных системах), которые вращаются в непосредственной близи от своих звёзд.

— Какая из этих гипотез возникновения Земли лично вам кажется наиболее убедительной?

— Я до сих пор считаю это загадкой. В этом смысл науки: множество наших предположений оказываются ошибочными. Но остальное — это истина, ради которой мы и работаем.

— А кроме углистых и энстатитовых хондритов какие ещё метеориты прилетают к нам на Землю?

— Их не так уж много: железные, железно-каменные, ахондриты, палласиты. Палласиты представляют собой железно-никелевую матрицу с вкраплениями кристаллов минерала оливина. Названы в честь академика П. С. Палласа, описавшего его как самородное железо. Палласиты встречаются редко и интересны тем, что, вероятно, представляют собой ядра астероидов. Изучая такие метеориты, мы можем узнать, как возникли эти астероиды, являются ли они продуктами ударных столкновений либо дифференциации. Железные метеориты и ахондриты несут нам информацию о процессах возникновения и становления астероидов.

Пингуалуит (Cratère des Pingualuit) — хорошо сохранившийся ударный кратер, расположенный на севере Канады. Образовался примерно полтора миллиона лет назад. В отличие от молодых кратеров (таких как "знаменитый" Аризонский кратер возрастом около 50 тысяч лет), старые метеоритные кратеры практически неразличимы с поверхности и их обнаружение возможно либо по спутниковым снимкам либо по данным геофизических исследований. Фото: Terra — MODIS, Nasa.gov.

— И удавалось ли вам обнаружить что-то особенное?

— Я занимался одним из крупнейших массовых вымираний — мел-палеогеновым, исследовал тонкий слой, который связан с глобальной катастрофой, произошедшей 65,5 миллионов лет назад. Мы обнаружили в этом слое космогенное вещество и, самое главное, ударно-метаморфизованный кварц. Что это такое? Под воздействием ударной волны кварц, очень чувствительный минерал, даёт структурные нарушения. Такие элементы никогда нигде не встречаются, кроме как при ударном преобразовании вещества: при давлениях в ударной волне, превышающих 100 тысяч атмосфер. В результате того события на нашей планете вымерли все динозавры, а также и масса других животных. Одна из гипотез говорит, что это могло быть связано с множественным выпадением астероидов. В частности возраст Болтышского кратера, относительно небольшого метеоритного кратера (всего примерно 20 км в диаметре, расположен на Украине), как раз составляет 65,5 млн. лет.

— А сейчас нам на голову может упасть что-то крупное?

— В основном на нас падают хондриты, их выпадает примерно 50 тонн в год. Это очень мало, примерно всего один железнодорожный вагон. И преимущественно это мелкие метеориты. Последний крупный случай — Челябинский метеорит, имевший около 20 метров в диаметре и массу около 700 кг. При этом я уверен, что около двух тонн до сих пор где-то валяется. Это случилось в 2013 году, и, скорее всего, нам следует ждать прилёта аналогичного крупного метеорита лет через пять-шесть. Ещё одно интересное падение случилось в селе Озёрки в Липецкой области в 2018 году. Там была немного смешная история. Метеорит упал на сельскохозяйственные поля, засеянные соей. Хозяин разрешил нам там ходить, только просил не топтать эти грядки. Но потом набежала масса любителей поисков метеоритов, и они вытоптали ему все посевы. Фермер был в отчаянии.

— Так метеорит-то в итоге вы нашли? Было в нём что-то интересное или всё-таки зря вытоптали посевы?

— Да, я нашёл его сам. Здесь больше интересен именно сам факт падения. Он может указать нам возраст метеорита — как долго он болтался в Солнечной системе. Оказалось, что прежде чем упасть на Землю, он провёл в космосе 12 миллионов лет. Обломки, из которых происходил этот метеорит, вращаются по эллиптической орбите вокруг Солнца, и иногда их орбита пересекается с земной. Тогда они могут выпадать на Землю. Но, повторюсь, сам метеорит ничего особенного собой не представляет.

Сбор микрометеоритов на восточной окраине ледникового щита Северного острова Новой Земли близ истоков р. Снежная. На фото Дмитрий Бадюков.

— Сейчас существует целое научное направление — бактериальная палеонтология — которая пытается в том числе находить следы внеземной жизни на метеоритах и кометах. Удавалось ли вам обнаружить нечто подобное на изучаемых метеоритах?

— Академик Алексей Юрьевич Розанов, научный руководитель Палеонтологического института РАН, говорит, что находит. Мне же никогда ничего подобного видеть не доводилось. У нас в лаборатории есть специалисты высочайшего класса, которые на хорошем микроскопическом оборудовании изучают вещество метеоритов, но никогда нам признаки органики не встречались. Морфология проявления жизни очень специфична, её ни с чем другим спутать нельзя.

— Академик Розанов уверен, что жизнь прилетела к нам из космоса. Бывший научный руководитель вашего института академик Эрик Михайлович Галимов был уверен, что она зародилась в недрах Земли. А какой точки зрения придерживаетесь вы?  

— Я считаю верной гипотезу панспермии (гипотеза о возможности переноса живых организмов или их зародышей через космическое пространство — прим.ред.). Само образование Вселенной в результате Большого взрыва подразумевает зарождение и распространение жизни.

— И на чем основано это утверждение?

— Это вера. Я верю, что все химические и физические процессы формирования мира имели в своей основе идею образования жизни.

— Не только на Земле?

— Конечно. Вы знаете, раньше думали, что Солнце обращается вокруг Земли. Потом оказалось, что это Земля вращается вокруг Солнца. Затем стали наблюдать другие звёзды, но считали, что планет у них нет. Но вот выяснилось, что экзопланет существует множество, в том числе и землеподобных. Обнаружение жизни — лишь вопрос времени и научного развития. Жизнь разлита по Вселенной, и я уверен, что когда-нибудь это подтвердится.

— Однако вы её признаков на метеоритах пока не видите. Может быть, надо искать на ледяных кометах, где у органики больше шансов сохраниться? Но, насколько я знаю, кометное вещество в наших руках пока не побывало.

— Это не так. Во-первых, к кометам отправлялись космические миссии. Во-вторых, ещё одним предметом наших исследований является космическая пыль, которая, как и метеориты, также выпадает из космоса, причём в значительно больших количествах. Её собирают во льдах Антарктиды, Гренландии, Новой Земли и других ледниках. Чем она интересна? Она коренным образом отличается по составу от потока метеоритов. 90 процентов в её составе — углистые хондриты, близкие, но отличающиеся от метеоритных по типу.

Электронно-микроскопические изображения полированных срезов силикатных микрометеоритов. а), б) — Непереплавленные микрометеориты, испытавшие незначительный нагрев при пролёте в атмосфере и сохранившие первоначальную структуру; а) микрометеорит с тонкозернистой структурой, близкий к углистым хондритам; б) — микрометеорит с “грубозернистой” структурой, характерной для кристаллизации из расплава; в), г) —микрометеориты, испытавшие более сильный нагрев в атмосфере, но сохранившие отчасти первичные минералы с высокой температурой плавления; д) е) — космические шарики, образованные в результате полного плавления исходного вещества при торможении в атмосфере с различными новообразованными структурами. Космические шарики —твёрдые остатки от “падающих звёзд”.

Тут, как говорится, теряя в одном, мы находим в другом. Чем хорош метеорит? Это камни довольно больших размеров. Мы можем его распилить и подвергнуть анализу. Космическая пыль —частички размером 1-2 миллиметра максимум. Распилить их сложно, хотя наша техника позволяет и это.

Но всё дело в том, что поток космической пыли выполняет роль своего рода пылесборника. Если, например, вы возьмете пыль из этой комнаты, то сможете установить, куда, где, когда я ходил и что делал, то есть восстановить всю историю моего путешествия и обстоятельства того, как, когда оно началось и где кончилось.

—А космическая пыль тоже, как и метеориты, родом из Солнечной системы?

— Вещество Солнечной системы обладает определённым изотопным составом. Он известен, и получается, что космическая пыль в массе своей тоже родом из Солнечной системы. Хотя я считаю, что космическая пыль может прилетать не только из Солнечной системы. При этом надо понимать, что невозможно поймать на лету частицу, прилетевшую из внесолнечного пространства. Гиперболическая скорость, с которой такие тела входят в земную атмосферу, должны быть не менее 72 километров в секунду — огромная скорость! Правда, некоторые специалисты сумели зафиксировать пролёт таких частиц со скоростью около 300 километров в секунду. И это, по всей видимости, галактическая космическая пыль, но поймать и исследовать такие частицы пока никто не смог, поэтому и их состава мы пока не знаем.

— Но каким образом всё это связано с исследованием комет?

— В том-то и дело, что связано напрямую. У нас есть три основных источника космической пыли — астероиды, пояс Койпера и облако Оорта. Поэтому, скорее всего, космическая пыль — это и есть то самое кометное вещество, которое может дать нам многие ответы, в том числе на вопросы происхождения и распространения жизни по Солнечной системе и дальше. Хотя многие учёные считают, что космическая пыль не имеет отношения к кометному веществу, а прилетела из пояса астероидов. Скорее всего, правы обе стороны. Часть космической пыли прилетает из пояса астероидов, но часть — это кометное вещество. Иначе говоря, мы имеем в наших коллекциях твёрдое вещество комет, хотя и не уделяем этому достаточного внимания.

След от Челябинского метеорита, обломки которого упали в районе озера Чебаркуль 15 февраля 2013 года. Метеорит относится к классу обыкновенных хондритов LL5. Самый большой осколок массой около 500 кг хранится в Государственном историческом музее Южного Урала. Фото: Alex Alishevskikh/Wikimedia Commons.

— Сейчас астробиологи рассчитывают, что на спутниках планет-гигантов в подповерхностных океанах может существовать жизнь. Как вы считаете, может ли она таиться и в космической пыли, которую вы сейчас исследуете?

— Вряд ли. Мелкие частицы пыли подвергаются воздействую жёсткого космического излучения, и никакая органика там уцелеть не может. Другое дело, если это, например, километровое космическое тело, тогда в его ядре вполне может содержаться органика. Но примитивная жизнь, каким-то образом попавшая на Землю, это ещё полдела. Как она смогла развиться во всем её разнообразии — отдельный и не менее сложный вопрос.

— Дмитрий Дмитриевич, как бы вы ответили, зачем нужно всё это изучать?

— Фундаментальная наука бесценна. Зачем, например, нам знать, что Земля обращается вокруг Солнца? При навигации это бесполезная информация. Зачем нам знание того, как устроена Солнечная система? А что находится дальше, за ней? А ещё дальше? Откуда мы, зачем пришли на Землю? Это всё вопросы, от которых человечество избавиться не сможет, и ответы на них будет искать всегда. Всё это и делает нас людьми.

— Могут ли эти знания каким-то образом повлиять на наше будущее? Может быть, мы научимся предсказывать космические катастрофы и предотвращать их?

— Да, и это важная часть научного знания, которое всегда приносит практические плоды. Мы можем установить спутниковое наблюдение, создать глобальную сеть, с помощью которых будет проводиться мониторинг возможных космических опасностей.

Но если случится глобальная катастрофа, такая как произошла во время мел-палеогенового вымирания, то это будет, конечно, очень непростая задача. Сможет ли человечество преодолеть эту ситуацию? Не знаю. Шансов мало, учитывая то, как безалаберно ведёт себя человечество сейчас.

Вот вы спрашиваете — зачем нам всё это изучать? Если не изучать, не задаваться этими вопросами, не финансировать научные исследования, то мы, конечно, не выживем. Жизнь в любом случае уцелеет. Солнце ещё будет светить 4,5 млрд лет. Но останемся ли мы под этим солнцем или вымрем, как динозавры, — большой вопрос. Время подумать у нас ещё есть. Но тянуть я бы не советовал.