Большая часть того, что ученые знают о юности Солнечной системе, получена из метеоритов — камней, которые, путешествуя по вытянутым орбитам по Солнечной системе, в какой-то момент пересекаются с движущейся по своей орбите Землей и переживают короткое огненное падение в атмосферу. Среди метеоритов есть один тип — углеродистые хондриты — который дает наилучшее представление о зарождении и ранней эволюции Солнечной системы.
Углеродистые хондриты богаты водой, углеродом и органическими соединениями. Они гидратированы, то есть содержат воду, связанную с минералами в породе. Компоненты «заперты» в кристаллических структурах. Многие исследователи считают, что эти древние породы сыграли решающую роль в доставке воды на молодую Землю.
До столкновения с Землей камни, путешествующие по космосу, называют астероидами, метеороидами или кометами, в зависимости от их размера и состава. Если часть одного из этих объектов умудряется долететь до Земли, эта «везучая» часть терминологически становится метеоритом.
Наблюдая за крупными астероидами с помощью спектрометров, ученые узнали, что многие из них содержат воду и углерод. Модели предсказывают, что большинство метеоритов — более половины — также должны содержать воду и углерод. Но на поверку менее 4% всех метеоритов, найденных на Земле, состоят из углерода и включают гидраты. Почему же наблюдается такая несправедливость?
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy 14 апреля 2025 года, планетологи попытались ответить на давний вопрос: где же все углеродистые хондриты? Острое желание ученых изучить древние породы привело к тому, что в последние годы были запущены космические миссии по доставке образцов с крупных астероидов с хорошо изученными орбитами. Миссии NASA OSIRIS-REx и JAXA «Хаябуса-2» изменили представления исследователей о считавшихся примитивными углеродистых астероидах.
Метеориты, лежащие на земле, подвергаются воздействию дождя, снега, ветра, а также животных, растений и микроорганизмов. Это может значительно изменить структуру космических камней и усложнить анализ. Поэтому миссия OSIRIS‑REx отправилась к астероиду Бенну, чтобы взять оригинальные образцы. Получение этого образца позволило ученым детально разобраться, что же у углеродистого астероида внутри.
Путешествие «Хаябусы-2» к астероиду Рюгу позволило получить образцы породы, богатой водой в форме гидратов и органическими соединениями.
Загадка углеродистого хондрита
Долгое время ученые предполагали, что атмосфера Земли жестко фильтрует углеродистые частицы. Когда объект попадает в атмосферу Земли, он должен выдержать значительное давление и высокие температуры. Углеродистые хондриты, как правило, слабые и более хрупкие, чем другие метеоритные структуры, поэтому у этих объектов меньше шансов долететь до планеты и превратиться из метеороида в метеорит.
Метеороиды обычно начинают свой путь, когда сталкиваются два достаточно крупных астероида. В результате таких столкновений образуются фрагменты горных пород размером от сантиметра до 30 метров. Эти космические крошки проносятся через Солнечную систему и в конечном итоге могут упасть на Землю.
В большинстве своем метеороиды слишком малы, чтобы исследователи могли увидеть их в телескоп, если только они не приближаются к Земле и астрономам не везет.
Но есть и другой способ, с помощью которого ученые могут изучить эту каменную популяцию и, в свою очередь, понять, почему метеороиды и метеориты имеют такой разный состав.
Сети наблюдения за метеорами и шаровыми молниями
Исследователи используют атмосферу Земли в качестве своеобразного детектора космических гостей.
Большинство метеороидов, достигающих Земли, представляют собой крошечные частицы размером с песчинку, но иногда падают тела диаметром до нескольких метров. По оценкам исследователей, около 5000 тонн микрометеоритов ежегодно падают на Землю. Каждый год на планету попадает от 4000 до 10 000 крупных метеоритов размером с мяч для гольфа или больше. Это более 20 «прилетов» в день.
Сегодня цифровые камеры сделали круглосуточное наблюдение за ночным небом доступным. Недорогая высокочувствительная аппаратура и программное обеспечение для автоматического обнаружения ярких вспышек позволяют исследователям следить за большими участками ночного неба, фиксируя попадания метеороидов в атмосферу. Системы наблюдения также позволяют фиксировать все еще остающиеся загадкой для науки шаровые молнии.
Результаты наблюдения в режиме реального времени обрабатываются с помощью методов автоматизированного анализа (или очень целеустремленного и усидчивого сотрудника) и позволяют по крупицам находить поистине бесценную информацию.
Сравнивая все метеороиды, зафиксированные в атмосфере Земли, с теми, которые успешно достигают поверхности в виде метеоритов, ученые могут определить, какие астероиды производят достаточно стойкие обломки, способные пережить пролет через земную атмосферу. И, наоборот, мы можем определить, какие астероиды производят слабые фрагменты, которые нечасто встречаются на Земле в виде метеоритов.
Солнце обжигает камни
Многие фрагменты астероидов даже не долетают до плоскости эклиптики и лежащей на ней орбиты Земли. Углеродистый материал разрушается под воздействием теплового стресса, когда эксцентрическая орбита приближает его к Солнцу.
По мере того, как углеродистые хондриты приближаются к звезде, а затем удаляются от нее, колебания температуры образуют трещины в материале. Этот процесс эффективно фрагментирует и удаляет слабые, гидратированные камни из массы метеороидов вблизи Земли. А ведь все, что остается после такой космической прожарки, затем еще должно пережить воздействие атмосферы.
Только 30–50% оставшихся объектов выживают при прохождении через атмосферу и становятся метеоритами. Чем ближе орбиты камней к Солнцу, тем эти камни закаленнее, тем выше вероятность их выживания при прохождении через атмосферу Земли. Ученые даже придумали название этого феномена — «склонность к выживанию» (survival bias).
Что дальше
В будущем новые научные достижения могут помочь подтвердить эти выводы и точнее определять состав метеороидов и метеоритов. Астрономам нужно усовершенствовать оптические телескопы для обнаружения объектов, идущих на сближение с Землей. Более детальное моделирование того, как эти объекты разрушаются в атмосфере, также может помочь исследователям изучать их. Наконец, в будущих исследованиях можно будет найти более эффективные методы определения состава болидов с помощью экспресс-спектроскопии. Пролет огненного шара длится несколько секунд, но при съемке на хорошую камеру этого достаточно, чтобы понять, из чего состоит космический гость, и стоит ли искать его обломки.
Недавно мы рассказывали об астероиде Дональдджохансон, названный в честь известного палеонтолога.
