Протопланетные диски и метеориты. Астрономия на QWERTY
Привет, Кирилл Масленников, пулковский астроном, ведущий научно-популярного канала.
Сегодня мы ведем репортаж из нашего знаменитого Пулковского музея, музея Пулковской обсерватории. И конкретно вот от метеорита, который у нас тут выставлен и который очень любят посетители. Это очень эффектный экспонат. Но в чем дело? Почему? Объясняю.
Все связано с мировой астрономической новостью, которая сейчас на буквально первых страницах всех научно-популярных таблоидов. Супер телескоп ALMA, это метровый телескоп, антенная решетка на плато Чахнантор в Чили, вместе с очень большим арктическим телескопом тоже в Чили, но в несколько другом месте, получила изображение спутникового диска вокруг экзопланеты. Это первое наблюдение в мире такого типа, и поэтому оно так широко обсуждается.
Чуть-чуть подробностей. Система звезды PDF 70 в созвездии Центавра была открыта примерно 2 года назад. Вообще, вы знаете, что экзопланету сейчас известно больше 4000? Подбирается к 5. И в этом смысле это не так уж удивительно, что вот еще одна эта планета открыта. Здесь есть особенности. Во-первых, это одна из немногих из планет, которая открыта методом прямых изображений.
Здесь просто получены прямые изображения двух гигантских планет масштаба Юпитера, примерно это газовые гиганты вокруг слабого красного карлика. Но что еще более важно: это единственная пока из всех наблюдающихся экзопланет, которая находится на раннем этапе своего развития.
Ну, вы все знаете, что мы более-менее сейчас хорошо представляем себе, как происходит образование планет. Диски полевые вокруг молодых звезд, у них происходят постепенно конденсация, происходит уплотнение, формируются планеты, они собирают на себя все больше и больше вещества. В общем, процесс этот довольно давно описан.
Фишка только в том, что мы теперь наблюдаем у многочисленных реальных протопланетных дисков, которые получает тот же самый телескоп ALMA в миллиметрах и суп миллиметрах на больших длинах волн. Это все хорошо видно, потому что здесь много пыли и оптика идет плохо, а на длинных волнах все видно прекрасно. Вот перед вами целый зверинец таких протопланетных дисков, которых понаблюдаем очень много. И еще больше мы наблюдаем настоящих планетных систем, уже сформировавшихся.
А вот такая планетная система, которая находится вот именно на грани, где уже планеты сформировались, но еще остался протопланетный диск и его остатки, вот такая система одна-единственная. Эта система и есть PDF 70, о которой мы и говорим.
Так вот, в чем, собственно, ново произошло? Этот последний снимок, который сейчас вышел на первой странице всех научных изданий — это прямая фотография. Не просто звезды, замаскированной, она брендирована, чтобы не освещать слишком сильно планеты протопланетного диска. Это то, что вы видите вокруг, и вот вокруг одной из планет теперь ясно зафиксирован тоже свой собственный маленький аккреционный диск.
Это диск, из которого впоследствии образуются ее спутники. Вот это мы видим в первый раз! Жизнь! Это называется. И это как раз и составляет предмет интереса того, что происходит.
Интересно то, что, во-первых, эти планеты обе далеко от своей звезды. Они находятся на расстоянии порядка тридцати-сорока астрономических единиц, то есть это где-то в районе орбиты Урана в нашей солнечной системе. Это первое, что не совсем обычно. Второе: диск есть только у одной из этих планет. Он большой, его размер примерно 1 астрономическая единица, то есть это примерно как размеры до Солнца. Это огромный циркон планетный диск, в котором видны уплотнения, и который в общем постепенно будет образовывать спутники вокруг этого газового гиганта.
И тут вы спросите: "Хорошо, прекрасно, причем здесь этот метеорит и зачем я вообще сюда привел?" Дело вот в чем. Видите, мы теперь достаточно хорошо наблюдаем в большом количестве протопланетные диски, но они все находятся далеко от нас. Вот это в частности звезда, о которой я говорю, она в 400 световых лет примерно. В общем, нет шанса как-то поближе к ней подобраться и получить, и проанализировать, что происходит в этом протопланетном диске.
Нам бы было очень хорошо, если бы у нас был бы свой протопланетный диск, в котором мы могли бы вынимать оттуда образцы, заниматься их анализом, видеть вживую, как происходит процесс конденсации. Но это время давным давно ушло. Он уже давно в далеком прошлом. Протопланетный диск вокруг Солнца, из которого мы все с вами получились, он уже давным давно рассеялся, его уже больше нет.
Вот эти вот предметы, оказывается, позволяют нам связать далекие протопланетные диски, которые мы наблюдаем на больших расстояниях при помощи телескопов, и наш собственный протопланетный диск, от которого остались вот эти вот фрагменты. Вы сами понимаете, что это такое: это метеориты, которые регулярно падают нам на голову. Мы их к части боимся, потому что как бы не свалился какой-то очень большой. Но они дают нам бесценную возможность анализировать химически то, что мы не можем делать в далеких протопланетных дисках.
По чистой случайности именно об этом книжка британского посла химикате на Григорий, очень интересная книжка, называющаяся "Метеориты: ой, морями с теми благами". Она популярная, но на хорошем таком на глубоком популярном уровне. Она должна выйти к концу нынешнего года в Москве. Вот я вам ее рекомендую и хочу по этому поводу рассказать, какая связь между тем, что я рассказал про спутниковый диск в новой системе и вот этим вот метеоритом.
Я вот и сам, знаете, вот ли оно казалось бы профессионал, но вот эта область для меня до последних времен, когда я не взялся за работу над книжкой, была закрыта. И теперь я вижу, какое огромное количество сведений мы можем получить из вот этих вот объектов именно химическими способами. Тут очень много всяких неожиданностей.
Ну, начнем с самого простого. Узнаете, как много их летит на нас? 5 тонн в сутки вещества метеоритного выпадает на Землю, 40 тысяч тонн в год. Спрашивается: куда она все? Почему не видим? Почему все вокруг не завалено метеоритами? По очень простой причине. Для меня само по себе довольно большая. Вот эти 40 тысяч тонн в год, если пересчитать на территорию Пулковского парка, это будет примерно чайная ложка вещества в год. Такое количество метеоритного вещества, попадая на всю Землю, в среднем дает нам эти залы.
Но это все еще не так интересно, гораздо интереснее то, что происходит, когда мы начинаем анализировать химически эти вещества. Например, вот этот метеорит чудесный, он железный. Железных метеоритов, бы фуст ву находится. Но с другой стороны, нам известно, что вообще-то из падающих метеоритов железная занимает всего только шесть процентов. Девяносто три процента приходится на долю каменных метеоритов.
Сразу вопрос: почему же так? Почему железных метеоритов очень мало, но в основном мы находим именно их? А каменные куда-то деваются? По очень простой причине. Железо — это все-таки вещь такая достаточно вечная. Она трудно разрушается, она, упав, лежит практически бесконечно. Каменные метеориты довольно хрупкие, как ни странно. Хотя они сумели долететь до Земли, через плотность на себя довольно быстро разрушаются.
Поэтому каменный метеорит, если вы сразу не подберете, он через несколько десятилетий, столетий, уж точно, он в общем уже практически его и не найдешь. А вот из этих метеоритов, из них очень много сделано, скажем, древнего оружия из метеоритного чистого железа. Тогда еще не умели выплавлять люди. Все эти вещи. В общем, железных метеоритов мы собираем больше, чем каменных.
Получается, химия метеоритного вещества позволяет делать выводы, которые казались бы вообще непонятно откуда берутся. Например, мы точно знаем сейчас, что не было планеты Фаэтон. В некоторых популярных книгах написано, что вот пояс астероидов, которые существуют между орбитами Марса и Юпитера, — это продукт развала некогда существовавшей в РФ планеты Фаэтон. Так вот, не было никакой планеты Фаэтон. И мы это можем сказать достаточно точно.
Знаете почему? По химическому анализу метеоритов. Дело в том, что оказывается, у кислорода есть три изотопа. Отношение двух изотопов друг другу постоянно для каждого небесного тела. На Земле все вещества, включая кислород, атома кислорода, ложатся на определенную линию, описывающую это соотношение.
Для любого другого небесного тела эта линия, хотя имеет такой же наклон, потому что отношения остается такое же, но будет смещена вверх или вниз по вертикальной оси. Так вот, все линии, которые получаются для различных метеоритов, все разные. А это означает бесспорно одну вещь: они все произошли из разных областей протопланетного диска. Они все имеют разное соотношение кислородных изотопов, и значит, они не могут происходить от одного единственного тела.
Видите, какой важный вывод, который получен просто из анализа химических соотношений метеоритов. Еще более головокружительная история связана с тем, как по метеоритам определили точно возраст Земли. Вот это вообще детективная история, которая, странно, связана с какими-то вещами, которые нас непосредственно окружают.
Все началось, представьте себе, с атомной бомбы. В сороковых годах несколько стран, и Советский Союз активно разрабатывали атомное оружие. Люди очень хорошо в это время стали понимать, что происходит с активно радиоактивным ураном, какие у него продукты распада, какое время, за которое распадается и так далее.
С тех пор как закончились эти военные исследования, все эти материалы пошли в науку. Выяснилось, что два изотопа урана, радиоактивные — 238 и 235 — распадаются с образованием свинца. Этот свинец уже не радиоактивный, он вечный. Свинец, который получается от распада урана, дальше существует вечно. Зная, сколько образовалось свинца от распада урана, зная какое количество урана было сначала, какое количество сейчас, можно вычислить возраст этой породы.
На Земле мы прекрасно можем измерить количество урана в земной коре, количество свинца в земной коре. Мы знаем из атомных исследований скорость распада урана, кстати, она очень большая — четыре с половиной миллиарда лет распадается 238 уран с образованием свинца. Это как раз время, которое удобно для измерения таких гигантских временных промежутков.
Единственное, чего мы не знаем, — мы не знаем изначального содержания изотопов в протопланетной туманности. И вот именно это позволяет нам сделать анализ вещества метеоритов. Вот такая интересная история. Этот железный метеорит образовался в ядре протопланеты, потому что там из-за радиоактивных элементов происходило нагревание, расплав железа собирался в центр. Как и на Земле, это, кстати, происходит. У нас тоже металлическое ядро в Земле, а остальные элементы вытесняли на поверхность. Уран ушел в сердцевину протопланеты, и там остался только тот самый свинец, который там изначально присутствовал, когда это все остыло.
Столкновение астероидов содрало кору, и голое железное ядро осталось летать. Вот его кусочек у нас здесь. Кстати, такие ядра существуют и гораздо большего размера. Известен 200-километровый железный чисто астероид Психея, который явно представляет собой ядро протопланеты, с которой содрана кора ударами наветов. Что касается метеоритов, к этому ядру, между прочим, в будущем году ожидается экспедиция НАСА. Космический корабль НАСА полетит к Психее специально, чтобы исследовать это старинное ядро.
Когда вы понимаете, теперь что в таком железе хранится чистый, нетронутый свинец, оставшийся здесь со времен протопланетной туманности. Мы можем его проанализировать, можем установить это соотношение изотопов, но только это страшно трудная задача, потому что там очень мало этого свинца — это тысячная доля грамма.
И вот, кстати, когда происходила вот эта история, когда измеряли количество этого свинца, тут-то и выяснилось, что свинец покрывает нас всех в огромных количествах. Весь мир покрыт, грубо говоря, свинцовыми соединениями. И в первую жизнь происходит потому, что в это время свинец был в автомобильном бензине, его было очень много. Он распространялся повсюду.
Как только начались выборы, и эти измерения, сразу стало ясно, что ничего изменить нельзя, потому что свинец засоряет все вокруг. Именно с этого началась борьба за мотированный бензин, в котором нет свинца. Поэтому то, что вы сейчас заправляете, — это, считайте, прямой результат космических исследований возраста Земли.
Очень часто спрашивают: "Какой смысл вообще того, что вы тут делаете, астрономы?" Вот, пожалуйста, смысл. Например, в том, что мы ездим на не вредном, лишенном свинца бензине. И вот когда были приняты эти длительные меры, когда была создана фантастически чистая лаборатория, куда можно было входить только в специальной одежде, где сохранялся строгий режим влажности и температуры, это фильтровалось в воздух, и все остальное.
Вот только в это время, только после этого удалось измерить соотношение изотопов свинца в таких метеоритах, и они дали точный возраст Земли. Оказался равным 4,5 миллиарда лет с достаточно большой точностью — около одного процента. Вот эта фантастическая история, на мой взгляд, просто головокружительная.
Еще несколько забавных историй. Например, хотя бы я первое, что приходит в голову, — в этой планетной туманности ближайшие к Солнцу область состояла из рубинов и сапфиров. Хотя вы это знаете, но еще много другого. Очень советую вам эту книгу, она очень будет интересна. И к концу года, надеюсь, что она выйдет.
А мы с вами на этом прощаемся: ставьте лайки, до свидания, подписывайтесь на наш канал. [Музыка]