Meteor je v podstatě přeživší. Začíná jako meteoroid, kus kamene nebo kovu, unášený prázdnotou mezi planetami. Většina z nich po vstupu do naší atmosféry úplně shoří. Někteří jsou ale dostatečně silní, aby přežili ohnivý pád. Prorazí oblohu a přistanou na zemi. Tento zachovalý fragment nazýváme meteorit.
Definice se postupem času rozšířila. Nepoužíváme ho jen pro předměty padající na Zemi. Pokud kámen spadne na jiné velké nebeské těleso, stále tomu říkáme meteorit. Vědci našli podobné fragmenty ve vzorcích vrácených z Měsíce. Dokonce i na Marsu objevil robotický rover Opportunity alespoň jeden meteorit spočívající na povrchu rudé planety.
Obři a zrnka prachu
Velikosti se velmi liší. Největší známý meteorit na Zemi je monstrum zvané Hoaba. Byl objeven v Namibii v roce 1920. Od té doby se s ním nepohnulo. Kámen má průměr 2,7 metru. To je devět stop pevné vesmírné skály. Váží téměř 60 tun. Materiál je slitina železa a niklu. Je to obrovské.
Největší meteorit objevený na Zemi byl nalezen v roce 1920 v Namibii a dostal jméno Hoab meteorit.
Na druhé straně spektra máme mikrometeority. Jsou maličké. Jejich velikost se pohybuje od několika set mikrometrů do přibližně 10 mikrometrů. Pocházejí z vytrvalého oblaku prachu, který vyplňuje meziplanetární prostor. Některé z nich pravděpodobně vdechujete každý den. Jde o mikroskopické pozůstatky kosmických srážek.
Odkud se vlastně meteority berou?
Většina kamenů, které na Zemi najdete, nejsou vesmírnými objekty v tom smyslu, jak byste si mohli myslet. Jsou to fragmenty asteroidů. Přesněji řečeno, pocházejí z vnitřního hlavního pásu. Toto je zóna mezi 2,1 a 3,3 astronomickými jednotkami (AU) od Slunce. Jeden a.u. je vzdálenost od Země ke Slunci. To je přibližně 150 milionů kilometrů.
Jupiter zde hraje špinavý vtip. Jeho gravitace táhne tyto asteroidy. Narušuje jejich oběžné dráhy. Posílá je po trajektoriích, které protínají oběžnou dráhu Země. Tak se sem dostanou.
Ale ne všechno se vytvořilo v této konkrétní zóně. Orbity migrují. Procesy pohybují materiálem v průběhu milionů let. Většina jednotlivých meteoritů, které sbíráme, však pochází z tohoto vnitřního pásu.
Měsíc a Mars jsou vzácní návštěvníci. Pochází z nich méně než jedno procento všech meteoritů. Jejich původ lze vysledovat ke konkrétním dopadům, které vypustily trosky do vesmíru.
Komety jsou něco jiného. Zanechávají za sebou mikrometeority. Jsou to drobná zrnka unášená v horních vrstvách atmosféry. Meteorické studie ukazují, že některé kometární fragmenty jsou odolné. Přežívají v horku. Dostanou se na povrch. Vědci se ale obecně shodují, že nic z komet neskončí v oficiálních sbírkách meteoritů. Materiál je příliš křehký. Obrací se v prach. Nespadne jako kámen.
Proč studovat tyto vesmírné kameny?
Hlavním důvodem pro studium meteoritů je čas. Asteroidy a komety jsou časové kapsle. Zachovávají důkazy z raného období sluneční soustavy.
Jsou pro to dva dobré důvody.
Nejprve se podívejte na ingredience. Raná sluneční soustava sestávala z plynu a jemného prachu. Planety rostly tlačením menších objektů k sobě. Všechno to začalo prachovými koulemi. Vše skončilo kamennými planetami jako Merkur a Venuše. Obři jako Jupiter vyžadovali složitější fyziku. But their moons? Vznikly pravděpodobně prostou agregací. Komety vznikly stejným způsobem.
Asteroidy a komety jsou pozůstatky. Toto jsou fragmenty mezistupňů. Představují těla, která se vytvořila brzy. Od té doby se změnily jen málo.
Za druhé, podívejte se na teplo. Věci se v rané sluneční soustavě ohřívaly. Radioaktivní izotopy se rozpadly. Kolize způsobily tření. Large bodies melted. Jejich vnitřnosti se měnily chemicky i fyzikálně. They reset their clocks.
Malá těla se neroztaví. Účinně vyzařovaly teplo. Jejich vnitřnosti zůstaly chladné. Zachovaly původní prach. Zachovali původní materiál.
Některé meteority obsahují materiál starší než samotná sluneční soustava. Jsou to prastaré relikvie. Přežili, protože byli malí. They remained cold.
Hledejte meteority
Tradičně jsou meteority pojmenovány podle nejbližšího zeměpisného útvaru. Tato konvence pojmenování vznikla kvůli jejich vzácnosti. Po staletí neexistovala žádná systematická snaha je objevit a shromáždit. Problém byl tento: meteority padají víceméně rovnoměrně po celém povrchu Země. Neexistoval žádný zřejmý způsob, jak předpovědět, kde přistanou nebo kde by je mohli najít. Pokud jste viděli padat meteorit nebo našli zvláštní kámen, darovali jste ho muzeu nebo soukromému sběrateli. Tady příběh skončil.
Pak přišla třicátá a čtyřicátá léta. Podnikaví sběratelé začali křižovat prérie Severní Ameriky. Požádali farmáře, aby přinesli neobvyklé kameny vytažené ze země při orbě. Tato strategie byla založena na geologii. Prérijní půdy jsou primárně složeny z jemných sprašových hornin. Je v nich málo velkých kamenů. Sběratelé usoudili, že jakákoliv skála nalezená v této neživé krajině má rozumnou šanci být meteoritem. Byla to hra s nízkou pravděpodobností úspěchu, ale prováděná v obrovském měřítku.
Vyhledejte akumulační zóny
Efektivnější přístup k nalezení meteoritů je hledat místa, kde se v průběhu času hromadí, než místa s malým počtem kamenů. Chcete oblasti se starými povrchy a nízkou mírou zvětrávání. Meteority obsahují minerály, jako je kovové železo, které snadno podléhá zvětrávání. Na povrchu Země většinou dlouho nevydrží. Tekutá voda je jedním z hlavních faktorů ničení.
V pouštních podmínkách, kde je voda vzácná, vydrží meteority mnohem déle. Indeed, in arid regions they tend to accumulate on the surface if the rate of weathering is slower than the frequency of meteorite impacts on Earth. To funguje za předpokladu, že se nahromadí málo větrného písku a nezasype je. Oblasti Sahary v severní Africe a Nullarborská planina v Austrálii se ukázaly jako dobrá místa pro hledání meteoritů. Nejúspěšnější sběratelské snahy však byly provedeny v Antarktidě.
Blue Ice Trap
Antarktidu lze považovat za chladnou poušť. Roční srážky ve formě sněhu jsou ve velké části vnitrozemí poměrně nízké. Extrémní chlad výrazně zpomaluje rychlost zvětrávání. Většina meteoritů, které spadnou na ledový štít, je pohřbena a uchována po dobu 20 000–30 000 let. Někteří jsou zjevně v Antarktidě milion let nebo déle. Led antarktického ledového příkrovu se postupně radiálně pohybuje od jižního pólu na sever směrem k pobřeží.
Na některých místech led naráží na překážku. Zasypaný kopec ho nutí stoupat. Silné, katalytické větry vanoucí po mírně se svažujících ledových příkrovech ze středu kontinentu pískují stoupající led částečkami sněhu a ledu. Ničí ji rychlostí až 5–10 cm (2–4 palce) za rok. To způsobuje, že meteority zůstávají na povrchu.
Oblasti stoupajícího ledu, které se kvůli své barvě nazývají modrý led, lze rozpoznat z leteckých snímků nebo satelitních snímků. Pěšky jsou tmavé meteority relativně snadno rozpoznatelné na pozadí ledu a sněhu. Nevýhodou sběru v Antarktidě jsou drsné podmínky. Týmy sběratelů je musí snášet týdny nebo měsíce, žít ve stanech na ledu. Od 70. let 20. století provádělo několik zemí, zejména Spojené státy a Japonsko, programy vědeckého sběru.
Tyto programy umožnily získat desítky tisíc meteoritů z Antarktidy. To značně zvýšilo počet meteoritů dostupných výzkumníkům. Mezi nimi je jedna třetina všech známých marťanských meteoritů. Jedna třetina známých měsíčních meteoritů. Stejně jako mnoho dalších vzácných nebo unikátních exemplářů.
Protože velké množství antarktických meteoritů se nachází v malých oblastech, nepoužívají tradiční geografický systém pojmenování. Místo toho se identifikátor skládá ze zkráceného názvu místní pamětihodnosti plus čísla označujícího rok nálezu a konkrétního exempláře.
Typy meteoritů
Meteority se tradičně dělí do tří kategorií: kamenité, železné a kamenité železné. Toto jednoduché rozdělení vychází z jejich složení – převahy horninotvorných minerálů nad slitinami niklu a železa. Tomuto seznamu dominují kamenné meteority, které tvoří asi 94 % všech známých exemplářů. Železné meteority tvoří přibližně 5 % a kamenito-železné meteority pouze 1 %.
Ale nenechte se touto jednoduchostí zmást. V každé kategorii je chaotická rozmanitost. Existují podkategorie založené na chemickém složení, mineralogii a struktuře. A tady je háček: klasifikace je převážně kosmetická. Spoléhá na to, co je vidět, ne na tom, odkud skála pochází. Dva kameny stejné kategorie mohou mít zcela odlišná rodičovská těla. Někdy mají kameny z různých kategorií skutečně společný původ.
“Vskutku, většinou spolu nesouvisí.”
Představte si velký asteroid. Pokud taje, těžké kovy se usazují v jádře a lehčí horniny tvoří plášť. Toto je geochemická diferenciace. Když se tento asteroid nakonec zhroutí, pole trosek může obsahovat vzorky z jádra, pláště a chaotické hranice mezi nimi. Jeden vzorek vypadá jako železný meteorit. Druhý je jako kámen. Jsou to příbuzné objekty, oddělené fyzikou a násilím. Skutečným úkolem vědců není pouze tato plemena pojmenovat. Jde o to pochopit, které z nich spolu souvisí a jaké procesy vytvořily tak obrovskou rozmanitost.
Rozdělení kamene: roztavené a neroztavené
V rámci široké kategorie kamenných meteoritů je první skutečné rozdělení mezi achondrity a chondrity. jaký je v tom rozdíl? V teple. Achondrity byly kdysi roztavené. Chondrites – ne.
Chondrity jsou nejběžnějším typem kamenných meteoritů, tvoří asi 87 % sbírek. Jsou možná také nejdůležitější. Představte si je jako sedimentární konglomeráty sluneční soustavy. Nejedná se o jednotlivá, celá plemena. Jedná se o mechanické směsi složek vzniklých ve sluneční mlhovině nebo ještě dříve.
Jejich složení je odrazem složení Slunce. Téměř. Chybí jim vysoce těkavé prvky jako vodík a helium, ale vše ostatní je při starém. Slunce obsahuje více než 99 % hmotnosti Sluneční soustavy. Jeho složení je tedy nejbližší obdobou základní úrovně průměrného složení Sluneční soustavy v době jejího zrodu.
To je důležité, protože nám to poskytuje referenční bod. Pokud se složení meteoritu odchyluje od základní linie Slunce, je tato odchylka vodítkem. Vypráví nám o specifických procesech, které vytvořily jeho mateřské tělo, a materiálech v něm.
Chondrules: zmrzlý déšť stvoření
Chondrity jsou definovány něčím viditelným pouhým okem (nebo alespoň pod silnou lupou). Obsahují chondruly. Jedná se o drobná kulovitá zrnka silikátových minerálů, která ztuhla z roztavených kapiček v rané sluneční mlhovině. Vypadají jako kusy zmrzlého deště.
Nalezení chondrulí znamená, že hornina nebyla vystavena dostatečnému teplu, aby je roztavila a vymazala jejich historii. Tato ochrana je klíčová. Zatímco achondriti vyprávějí příběhy o planetární diferenciaci a vulkanické činnosti, chondriti vyprávějí příběh o původních složkách. Jsou to prvotní stavební kameny.
Vědci studují velikost, tvar a mineralogii těchto chondrul, aby rekonstruovali tepelné prostředí rané sluneční soustavy. Jak bylo horko? Jak dlouho? Docházelo k míchání mezi různými oblastmi mlhoviny? Chondruly obsahují tato data.
To vede k podrobnější klasifikaci samotných chondritů. Dělí se do tří hlavních tříd: regulární, uhlíkaté a enstatitové. Každá třída má další rozdělení do skupin na základě jemných chemických nuancí.
Nejběžnější jsou obyčejní chondriti. Jsou relativně málo upravovány vodou. Uhlíkaté chondrity se vyznačují tím, že obsahují uhlík a často minerály obsahující vodu. Jsou nejmokřejší a chemicky nejsložitější, někdy nesou organické sloučeniny, které jsou starší než život na Zemi. Enstatitové chondrity jsou vzácné a vznikají ve vysoce redukčním prostředí s charakteristickým nedostatkem kyslíku ve srovnání s ostatními.
“Odchylky ve složení meteoritu od tohoto referenčního složení poskytují vodítka o procesech, které ovlivnily tvorbu jeho mateřského tělesa a složek v něm.”
Rozmanitost v rámci těchto skupin je ohromující. Jediný meteorický roj může vytvořit vzorky, které vypadají identicky, ale mají zcela odlišné izotopové podpisy. Izotopy jsou otisky prstů původu. Mohou nám říci, zda hornina pochází z vnitřní sluneční soustavy nebo z vnějších pásů. Mohou odhalit, zda byl zahřátý krátkodobým radioaktivním izotopem, jako je hliník-26.
To je důvod, proč studium chondritických meteoritů je více než jen katalogizace hornin. Toto je rekonstrukce časové osy, kterou nikdo neviděl. Toto je pochopení toho, proč se Země stala kamennou planetou, zatímco Jupiter zůstal plynným obrem. Odpovědi jsou ukryty v chondrulech, zmrazené v čase, připravené ke čtení.
Záhada chondrulů
Meteority dostaly své jméno „chondriti“ kvůli přítomnosti chondrul v nich. Jedná se o drobné kulovité útvary. Jejich velikost je obvykle asi milimetr. Vypadají jako zmrzlé kapky.
Vědci se domnívají, že byly kdysi roztaveny. Vznášeli se ve sluneční mlhovině. Pak rychle vychladly. Experimenty to potvrzují. Při rychlém ohřevu dosáhly špičkové teploty 1 800 °C. Poté došlo k rychlému ochlazení. Při rychlosti až 1000 stupňů za hodinu.
Ale kde se to teplo vzalo? To je otázka milionů dolarů. Chondruly se liší velikostí a složením. To naznačuje, že jejich tvorba byla lokalizovaná. Stalo se to mnohokrát. To byl pravděpodobně nejenergetickejší proces v oblasti pásu asteroidů. Přesný mechanismus jejich vzniku však i přes více než stoletý výzkum stále neznáme.
Žáruvzdorné vměstky: Tepelně odolné
Chondrity také obsahují žáruvzdorné inkluze. Je jich samozřejmě málo. Ale jsou důležité. Jsou bohaté na žáruvzdorné prvky. To jsou prvky, které se jen tak neodpařují. Například vápník a hliník. Odtud zkratka CAI (calcium-aluminium inclusions).
Pohybují se od nepravidelných střepů až po dokonalé koule. Od desítek mikrometrů až po centimetry. Vznikly také při vysokých teplotách. Ale jinak než chondrule. Zahřívání trvalo déle. Některé se rozpustily. Jiné kondenzovaly přímo z horkého plynu do pevných krystalů.
Neexistuje ani shoda na tom, jak vznikly. Stejně jako u chondrulí zůstává příběh původu CAI neúplný.
Matrix: nahraný záznam
Mezi chondrulemi a inkluzemi je matrice. Jedná se o jemnozrnný cement. Drží větší kusy pohromadě. Matrice je bohatší na těkavé prvky. To znamená, že některé z nich vznikaly při nižších teplotách.
Je také bohatý na organické látky. Do 2 % hmotnostních. Izotopy vodíku a dusíku jsou zde zvláštní. Neobvyklý. To ukazuje na mezihvězdný původ. Organická hmota pravděpodobně pocházela z molekulárního mraku, který dal vzniknout sluneční soustavě.
Ale matrice skrývá prastará tajemství. Drobná zrníčka. Od nanometrů po 10 mikrometrů. Jsou starší než Slunce. Tato zrna se vytvořila v umírajících hvězdách miliony let před naší existencí. Jak to víme? Podle izotopů.
Poměr uhlíku-12 k uhlíku-13 ve sluneční soustavě je asi 89 ku 1. Některá zrna z chondrulí vykazují poměr 7 000 ku 1. Nebo 2 ku 1. To nelze v podmínkách naší hvězdy vyrobit. Tato zrna jsou cirkumstelární. Minerály jako diamant, grafit a karbid křemíku. Tohle je hvězdný prach.
Jizvy historie
Few chondrites are pristine. Většina byla změněna. Four processes changed them. Aquothermal alteration (change by water). Thermal metamorphization. Dopad. Brection.
It started soon after formation. Těla rodičů se zahřívala. Some remained moderately heated. Byla tam kapalná voda. The minerals reacted with water. Aquathermal změna vytvořila komplexní nové minerální směsi.
Ostatní se oteplili. The water has boiled away. Thermal metamorphism followed. Mineralogie se změnila. The physical structure has shifted. There was no widespread melting. It is only enough to recrystallize the matrix. Organická hmota a cirkumstelární zrna byly zničeny. V nejintenzivněji zahřátých chondritech samotné chondruly rekrystalizovaly. Při 1000 °C jsou těžko rozeznatelné.
Pak přichází dopad. Srážky asteroidů. Každý hlavní typ meteoritu to dokazuje. From minor cracking to local melting. To pokračuje i dnes.
Brection je poslední zvrat. Těla letěla od sebe. Pak se znovu shromáždili. The solar system is not just a place. Toto je staveniště. And these rocks are fragments.
Podívejte se na chondrita a uvidíte kolizi příběhů. Tyto horniny obsahují důkazy ze dvou samostatných epoch. One era formed the parent body. Ten druhý později změnil to, co se v něm dělo. Právě tato dvojí historie vede vědce k použití dvou překrývajících se způsobů označení těchto meteoritů.
První metoda se dívá na celkový obrázek. Opírá se o základní prvky. Železo. Hořčík. Křemík. Vápník. Hliník. Vědci také kontrolují oxidační stavy. Studují izotopové složení kyslíku. Studují petrologii. To zahrnuje hojnost chondrulí. Kryje přítomnost matrice. Označuje velikost chondrulí. Analyzuje mineralogii.
Když tyto proměnné vynesete do grafu, chondrity nejsou rozptýleny náhodně. Jsou seskupeny. Vznikají jasné skupiny. Shoda je v tom, že tyto definující rysy byly vytvořeny před nebo během vytvoření mateřských těl. Každá skupina pravděpodobně pochází z různých asteroidů nebo ze specifické sady asteroidů. Chemie nám říká, kde začali.
Ale to je jen polovina příběhu.
V rámci těchto skupin nejsou meteority totožné. Liší se stupněm zahřátí nebo impregnace vodou. To vede k druhému klasifikačnímu systému. Říká se tomu petrologický typ. Tyto typy měří rozsah tepelné metamorfózy. Sledují také hydrotermální změny.
“Tyto rozdíly se nazývají petrologické typy; jsou rozepsány v tabulce plné velikosti, kterou si můžete prohlédnout zde”
Tento systém přidává vrstvu detailů do skupin založených na prvcích. Vysvětluje, proč plemena od stejného rodiče mohou vypadat a jednat jinak. Jeden může být nedotčený. Druhý může být spálen nebo pozměněn. Petrologický typ zaznamenává tuto cestu po formaci.
Vysvětlení stupnice petrologického typu
Když rozbijete chondritický meteorit, první, čeho si vědci všimnou, není zlato nebo diamanty. Toto je kód. Jedno jediné číslo, které vypráví životní příběh tohoto plemene. Toto je název systému petrologického typu, klasifikační metoda, která přesně ukazuje, jak moc byl meteorit narušen, zahřát nebo nasycen vodou od zrodu sluneční soustavy.
Stupnice se pohybuje od 1 do 6, i když někteří výzkumníci ji rozšiřují na 7. Toto není náhodné pořadí. Toto je chronologie ničení a uchování.
Vodní faktor: typy 1 a 2
Začněme od začátku. Typ 1: Zde vítězí voda.
Tyto meteority byly nasyceny vlhkostí. Během milionů let bylo mateřské tělo dostatečně teplé, aby led roztál. Do prasklin prosakovala kapalná voda, která reagovala s minerály za vzniku jílů a sulfidů. Primární chondruly – drobné kapičky roztavené horniny, které definují chondrity – jsou vymazány nebo alespoň značně změněny. Pokud hledáte kámen, který mluví o roli vody v raném formování planet, toto je to pravé místo.
Typ 2 je přechodný stav. Voda byla přítomna, ale ne natolik, aby úplně přepsala chemii horniny. Primární textury jsou stále viditelné. Změny jsou, ale jsou mírné. Je rozdíl mezi houbou ponechanou v kbelíku hodinu a houbou ponechanou tam týden.
Tepelný faktor: Typy 3–6
A teď o teplu.
Typ 3 je základní úroveň. Hranice mezi neupravenými a upravenými horninami. Meteorit typu 3 nebyl prakticky ovlivněn vodou. Byl také prakticky nevytápěný. Je prvotní. To je to, co je nejblíže zdrojovému materiálu sluneční mlhoviny. Když se na to podíváte, vidíte prach a taveninu, která je stará 4,6 miliardy let.
Ale jak postupujete na stupnici, věci se připečou.
Typy 4 a 5 odrážejí rostoucí stupně tepelné metamorfózy. Mateřské tělo bylo zahřáté, pravděpodobně v důsledku radioaktivního rozpadu nebo nárazů. Horko skálu „upeklo“. Chondruly se stávají obtížněji rozlišitelné. Minerály matrice rekrystalizují. Textura se mění. Plemeno se stává homogennějším.
Typ 6 je konec řádku pro většinu klasifikací. Toto je vysoké teplo. Skála byla téměř roztavená, ale ne úplně. Hranice mezi různými minerálními zrny se stírají. Chemické podpisy původních složek se začnou míchat. Jedná se o plemeno, které prošlo „mlýnkem na maso“ a ukázalo se, jako by to byl jiný prvek.
“Meteorit, který zažil teploty blízké tání, by byl typu 6. Meteorit, který prošel rozsáhlou hydrotermální variabilitou? Typ 1.”
Okrajové případy: Typ 7 a Boundary
Někteří badatelé tvrdí, že stupnice nekončí na 6. Typ 7? To platí pro horniny zahřáté na částečné roztavení. Chondruly jen tak neerodují; tají, splývají s okolní matricí. Skála je na pokraji vyvřelosti a zcela ztrácí svou chondritickou identitu.
Kde tedy váš vzorek končí?
Pokud je mokrý a vyměněný, je to typ 1 nebo 2. Pokud je suchý a nedotčený, je to typ 3. Pokud byl „pečený“,
Vědci, kteří studují meteority, používají dva hlavní způsoby klasifikace vesmírných hornin. Seskupují je podle chemické rodiny nebo tepelné historie. Nejčastěji se tyto metody navzájem dobře shodují. Někdy tomu tak není.
Vezměme Allendův meteorit. Padl v roce 1969 v Mexiku. Pád byl svědky svědků. To pomáhá: můžete sledovat jeho trajektorii a rychle najít trosky. Vědci to studovali mnoho let.
Klasifikovali to jako CV3. Co to znamená?
Písmena “CV” odkazují na chemickou skupinu. Patří mezi uhlíkaté chondrity CV. Jedná se o vzácný typ. Obsahuje organické sloučeniny a minerály obsahující vodu. Tyto meteority jsou jako časové kapsle z rané sluneční soustavy.
Číslo “3” označuje petrologický typ. Toto číslo se pohybuje od 1 do 6. Ukazuje, kolik tepla hornina vydržela.
- Typy 1 a 2 se nezměnily. Jsou studené.
- Typ 3 je nejméně zpracovaný. Pořád je to primitivní.
- Typy 4 až 6 byly zahřáté a prošly změnami.
Allende je typ 3. Nebyl „vařený“. Zachovala si původní strukturu. Minerály uvnitř jsou neporušené. Díky tomu je cenný pro studium formování sluneční soustavy.
Klasifikační systém pomáhá výzkumníkům porovnávat kameny z různých pádů. Vypráví o historii plemene. Vysvětluje svou cestu.
“Číslo 3 označuje primitivní stav, který zachovává stopy, které se ztrácejí ve vyhřátých horninách.”
Ne každý meteorit do systému bez problémů zapadne. Některé kameny vykazují vlastnosti obou chemických skupin. Některé mají smíšenou tepelnou historii. Vědci se na to musí podívat blíže. Studují minerály. Měří izotopy.
Klíčovým příkladem zůstává meteorit Allende. Ukazuje, jak spolu fungují dvě klasifikační metody. Slouží jako základ. Pomáhá nám porozumět dalším uhlíkatým chondritům.
Proč je to pro nás důležité? Tyto kameny udržují tajemství. Tajemství o vodě. Tajemství o stavebních kamenech života. Jejich klasifikací organizujeme naše hledání odpovědí. Víme, co hledat. Víme, čeho se vyvarovat.
Systém není dokonalý. Toto je nástroj. Užitečný nástroj. Ale nástroje mohou být použity nesprávně. Nebo nepochopeno.
Vypráví klasifikace celý příběh? Ne. Říká jen část. Zbytek vyžaduje kontext. Vyžaduje více dat. Chce to čas.
Pokračujeme v hledání nových kamenů. Pokračujeme ve zpřesňování kategorií. Sluneční soustava není statická. Naše chápání toho také není nezměněno.
Uhlíkaté chondrity skupiny CI
Některé meteority jsou klasifikovány podle stupně, do kterého byly zasaženy nebo zvětralé na Zemi. Taková schémata existují, ale používají se zřídka. Běžnější dělení je založeno na jednoduchém principu: byl meteorit spatřen, nebo byl jednoduše nalezen na povrchu? Toto rozlišení tvoří kategorie „pád“ a „najít“.
Na tomto pozadí vyniká skupina CI uhlíkatých chondritů. Jsou zvláště zajímavé právě proto, že porušují obecně uznávaná pravidla. Technicky řečeno, nazývat je chondrity není úplně správné. Zcela jim chybí chondruly. Pokud někdy byli přítomni, intenzivní výměna vody po nich vymazala všechny stopy. Voda je napadla tak důkladně, že původní stavba zmizela. Jejich elementární složení však vypráví jiný příběh. Porovnejte jejich složení se složením Slunce – náhoda je zarážející.
Ze všech typů meteoritů CI chondrity nejpřesněji odrážejí složení Slunce. Právě tato podobnost je důvodem, proč je klasifikační systémy nadále klasifikují jako chondrity, navzdory nedostatku strukturálních rysů. Jde o pragmatické rozhodnutí. Tyto horniny představují průměrné chemické složení rané sluneční soustavy. Někteří badatelé šli tímto směrem dále. Naznačují, že chondrity skupiny CI mohou pocházet spíše z komet než z asteroidů. Předpokládá se, že komety obsahují nejpůvodnější, nezměněný materiál ve sluneční soustavě. Tato myšlenka má své nevýhody. Věda dosud nemá úplné pochopení podstaty a původu komet. Tato mezera ve znalostech znamená, že by nebylo moudré tuto možnost zcela zavrhnout. To zůstává přesvědčivá hypotéza.
Achondrité
Achondrité vyprávějí úplně jiný příběh. Na rozdíl od chondritů neobsahují chondruly. Jedná se o vyvřelé horniny. Jejich mateřská těla byla vystavena dostatečnému teplu, aby se roztavila a diferencovala. Materiál se rozdělil na vrstvy jádra, pláště a kůry. Když se tato těla zhroutila, jejich úlomky odletěly do vesmíru. Některé z nich nakonec dopadly na Zemi.
Tyto horniny jsou často podobné pozemským vyvřelým horninám. Čediče a gabra ze Země mají podobnosti s určitými achondrity. Hlavním rozdílem je jejich původ. Pocházejí z diferencovaných mateřských těl. Mohl by to být velký asteroid, jako je Vesta, nebo dokonce planeta. Mars poskytuje konkrétní příklad. Některé achondrity byly potvrzeny jako marťanské meteority. Lunární meteority také spadají do této kategorie. Jsou to materiál z kůry z Měsíce nebo Marsu.
Klasifikace achondritů je založena na jejich petrologii a geochemii. Vědci analyzují minerální složení a poměry izotopů. Tato data spojují plemena s konkrétními rodičovskými těly. Například jedinečné podpisy izotopů kyslíku pomáhají identifikovat marťanský původ. Tento proces je pečlivý. Vyžaduje použití pokročilých analytických technik k rozlišení mezi pozemskými a mimozemskými horninami. Navzdory obtížím poskytují achondrité klíčové pohledy na formování planet. Odhalují, jak teplo a tlak formovaly ranou sluneční soustavu.
Achondrité. Název je těžkopádný, ale definice je jednoduchá: jedná se o „nechondritské“ meteority. Nejsou to náhodné vesmírné kameny. Vyprávějí příběh o chaosu, horku a planetárním vývoji. Přestože tvoří relativně malou část celkové hmotnosti meteoritů, jsou extrémně rozmanité.
Jejich mateřská těla nezůstala chladná a primitivní. Roztavily se.
Přemýšlejte o tom chvíli. Plošné tání. Není to jen teplý den ve vesmíru. To je dostatek energie k pohonu geologických procesů, které si obvykle spojujeme se Zemí. Tyto horniny vykazují magmatické rysy – podívejte se pozorně a uvidíte textury identické s pozemskými sopečnými horninami. Uvidíte segregaci. Roztavený kov se oddělí od roztavené silikátové horniny a potenciálně vytvoří jádro. Krystaly křemičitanu jsou tříděny z magmatu. Většina achondritů, které najdeme na Zemi, pochází z asteroidů. Ale malý zlomek? Jsou z Marsu. A další malá skupina? Z Měsíce.
Aubrity a chemické anomálie
Podívejme se na tři nejpočetnější skupiny meteoritů asteroidů. Za prvé: aubrites. Také známý jako enstatitové achondrity.
Pocházejí z mateřských těles, která vznikla za podmínek silné chemické redukce. To je složitý způsob, jak říct, že chemie byla divná. Na rozdíl od Země, kde kyslík čeká, aby se navázal na všechno, tato těla akumulovala elektrony. Výsledek? Prvky existují v méně běžných sloučeninách. Vezmeme vápník. Na Zemi ho najdete v silikátech a uhličitanech. V aubrites? Jeví se jako oldamit (CaS), sulfid. To je připomínka, že sluneční soustava nebyla monolitem. Různé oblasti měly různé chemické vlastnosti.
Násilná historie Vesty
Pak je tu asociace gowerdit-eukrit-diogenit (HED). Ti tři spolu nejsou jen příbuzní. Jsou to bratři a sestry ze stejné rodiny. Asteroid Vesta. Druhý největší člen pásu asteroidů.
Jejich spojení s mezosiderity (skupina kamenito-železných meteoritů) je logické. Když studujete meteority HED, nedíváte se jen na kámen. Vidíte časovou osu. Vesta má komplikovanou historii. Roztála. Rozdělila kov na jádro. Vykrystalizovala. Prošla metamorfózou. Byla vystavena nárazům, které změnily pevnou horninu na brekcii, což je proces, při kterém náraz horninu rozdrtí a zpevní zpět.
Toto je násilný příběh. A máme důkaz.
Hloubka versus povrch: oddělení eukritů
Eukrity jsou rozděleny a rozdíl spočívá v tom, kde a jak rychle vychladly.
Kumulativní eukriti jsou hlubinní potápěči. Jsou podobné suchozemským gabrům. Vznikly v hloubce ve Vsta a krystalizovaly poměrně pomalu. Máte čas. Minerály mají čas růst. K vyřízení.
Čedičové eukrity? Jsou to obyvatelé povrchu. Podobně jako pozemské čediče. Vznikly na povrchu Vesta nebo v jeho blízkosti. Rychle vychladl. Na hlubokou krystalizaci není čas. Pouze rychlá krystalizace.
A pak jsou tu diogenity. Skládá se především z minerálu pyroxen. Tvoří se také v hloubce. Ale liší se od kumulativních eukritů. Gowerditové vše spojují dohromady. Jsou to impaktní brekcie. Cementované úlomky diogenitových a eukritových materiálů. Jsou polem trosek násilné minulosti Vesty.
Uhlíkové žíly ureilitů
Třetí hlavní třída achondritů, odvozená od asteroidů, nás přivádí k ureilitům. Obsahují uhlík.
Představte si silikátovou horninu. Hlavně olivín a pyroxen. Ale protékají jí temné žíly. Tyto žíly mohou tvořit až 10 procent meteoritu. Co je v nich? Uhlík. Grafit. Nějaké diamanty. Železo-nikl kov. Sulfidy.
Křemičitany jasně krystalizovaly z magmatu. Tato část je jasná. Ale jak vznikly? Dochází ke sporům.
Uhlíkaté žilky se zřejmě vytvořily v důsledku rázové redistribuční deformace. Grafit zpočátku krystalizoval spolu se silikáty. Pak jím pohnuly rázové vlny. Vytažen do žil. Toto není jen statické plemeno. Je to dynamický systém, který byl zničen a znovu sestaven.
Za Velkou trojkou
Máte své aubrity. Vaše HED. Vaše ureilitida.
Ale to není celý příběh. Existují také sekundární třídy. Sbírka unikátních vzorků achondritu. Každý z nich odráží variabilitu procesů tání v asteroidech. Žádná dvě rodičovská těla se nechovala úplně stejně. Žádné dvě historie tání nebyly totožné.
Vidíme geologické otisky světů, které již neexistují nebo byly značně změněny. Nauka o achondritech není jen klasifikace. Toto
Tři desítky meteoritů byly identifikovány jako marťanské. Všechny z nich jsou vulkanické horniny. Všichni kromě jedné patří do tří specifických tříd – Shergits, Naklits a Chaginites. Tato jména byla dána dlouho předtím, než někdo měl podezření, že pocházejí z jiné planety. Souhrnně je vědci nazývají SNC (SNC).
Jedním z důkazů planetárního původu SNK je jejich nízký věk – od 150 milionů do 1,3 miliardy let. K udržení dostatečného množství tepla pro pokračující sopečnou činnost až před 1,3 miliardami let, natož později, bylo zapotřebí mateřské těleso o velikosti planety. Vzhledem k tomu, že existují významné geochemické důkazy, že tyto horniny nepocházejí ze Země, jedinými pravděpodobnými kandidáty zůstávají Venuše a Mars, které, jak se zdá, prodělaly nedávnou vulkanickou aktivitu.
Nejpřesvědčivější důkaz marťanského původu pochází z antarktického meteoritu, SNK, nazývaného EETA79001. Tento meteorit obsahuje zachycené plyny (vzácné plyny, dusík a oxid uhličitý), jejichž relativní množství a izotopové složení jsou téměř totožné s těmi, které byly v atmosféře Marsu měřeny dvěma vikingskými landery. Vědci se domnívají, že marťanské meteority jsou úlomky kůry blízko povrchu planety, vymrštěné do vesmíru velkými dopady a nakonec skončí na Zemi. V případě EETA79001 se zdá, že atmosférické plyny byly zachyceny ve sklech vytvořených během velkého dopadu, který odstranil horninu z Marsu. Protože jsou marťanské meteority jedinými vzorky Marsu, které mají vědci na Zemi k dispozici, poskytují jedinečné okno do vývoje této záhadné planety.
Hledání starověkého života v ALH84001
Některé marťanské meteority prošly hydrotermálními změnami v různé míře, což je v souladu s jinými důkazy o kapalné vodě na Marsu, alespoň pravidelně v minulosti. Nejunikátnějším marťanským meteoritem je další antarktický exemplář, ALH84001. Tato hornina, ortopyroxenit, má krystalizační stáří asi 4,5 miliardy let, což je zhruba stejné stáří jako meteority asteroidů (viz „Věk meteoritů a jejich složek“ níže), ale několik jeho vlastností ho jasně spojuje s jinými marťanskými meteority.
Asi před 3,9 miliardami let jím procházely vodné roztoky, které způsobily srážení asociací uhličitanů, magnetitu a sulfidových minerálů. Někteří badatelé interpretovali tyto poněkud neobvyklé asociace jako důkaz života na Marsu. Uvedli také rysy v meteoritu, které interpretovali jako fosilizované bakterie. Tato tvrzení vyvolala značnou kontroverzi, ale také vyvolala důležité diskuse o tom, jak mohl život vzniknout a jak jej lze rozpoznat, i když se liší od života známého na Zemi.
Lunární spojení
V Antarktidě a v horkých pouštích Země byla nalezena řada měsíčních meteoritů. Pravděpodobně by nebyli rozpoznáni jako měsíčního původu, nebýt vzorků měsíční půdy, které vrátily posádky misí Apollo a robotických misí Luna. Meteority, které jsou pravděpodobně úlomky uvolněnými z Měsíce velkými dopady, připomínají různé typy hornin přítomné v měsíčních vzorcích (např. čedičové čediče, brekcie vysokohorského regolitu a brekcie z horského impaktního tání), ale téměř jistě pocházejí z oblastí, které nejsou pokryty různými misemi. Proto jsou stejně jako marťanské meteority důležitým zdrojem nových informací o vzniku a vývoji svého mateřského těla.
Železné meteority
Železné meteority nejsou jen náhodné kousky vesmírného odpadu. To jsou pozůstatky těžkého kovu pohnuté kosmické historie. Přesněji řečeno, jsou to fragmenty hutnějšího kovu, které se oddělily od méně hustých silikátů, když byla jejich mateřská těla alespoň částečně roztavena.
Standardní vysvětlení bylo dlouhou dobu jednoduché. Tyto horniny pocházejí z jader jejich mateřských asteroidů. Představte si planetesimál, který se tak rozžhavil, že se proměnil v polévku rocku a metalu. Těžké železo kleslo do středu. Lehčí křemičitany plavaly ke kůře. Když byla tato tělesa následně rozbita srážkami, fragmenty jádra dopadly na Zemi ve formě železných meteoritů.
Ale obrázek může být složitější.
Někteří výzkumníci naznačují, že kov ne vždy tvořil jedinou masivní nádrž ve středu. Místo toho by se mohla akumulovat lokálně. Představte si texturu připomínající rozinkový chléb. Silikátová hornina je těsto. Kousky kovu jsou rozinky.
“Kov, místo aby tvořil jedinou nádrž, by se mohl lokálně hromadit a vytvářet strukturu připomínající rozinkový chléb, kde kousky kovu fungují jako ‘rozinky’.”
Jak jsme získali rozinkový chléb místo vločkovitého jádra? Rozdíl spočívá v tom, jak se teplo aplikuje.
Pokud by asteroid prošel globálním táním, rozdíl hustoty by způsobil úplné oddělení. Těžké železo jde dolů. Zvedá se lehký kámen. Výsledkem jsou ostré vrstvy. Jádro. Plášť. Kůra.
Pokud asteroid v důsledku dopadu utrpěl lokální tání, příběh se změní. Silná srážka mohla zahřát jen malou oblast. Dost na roztavení kovu. Nestačí rozpustit celé tělo. Kov tvoří kapsy. Neklesá do středu, protože okolní skála zůstává pevná. Zůstane na místě.
Tato teorie vysvětluje, proč některé železné meteority mají chemické podpisy, které nejsou zcela v souladu s původem hlubokého jádra. Vypadají, jako by vznikly narychlo. Ve svých kapsách. Uprostřed ničeho.
To také vyvolává otázky o tom, které asteroidy vytvořily tyto vzorky. Ne každý rodič měl vhodné podmínky. Někteří zůstali chladní. Některé se úplně rozpustily. Ty, které produkovaly asteroidy „rozinkový chléb“, spadaly do specifického okna tepelné energie. Dost na mobilizaci kovu. Nestačí odstranit chaos.
Takže když držíte v rukou železný meteorit, držíte kus jádra. Nebo třeba jen rozinku z poloviny ulomeného kousku chleba. Tento rozdíl je důležitý pro pochopení toho, jak raná tělesa sluneční soustavy zpracovávala své materiály. Dosáhli rovnováhy? Nebo byl jejich proces přerušen?
Ještě dolaďujeme detaily. Metal vypráví příběh. Jen to není vždy lineární.
Železné meteority jsou v podstatě zmrzlé fragmenty planetárních jader. Skládají se především ze dvou minerálů na bázi niklu a železa: kamacitu chudého na nikl a teinitu bohatého na nikl. Poměr těchto dvou minerálů určuje vnitřní strukturu meteoritu.
Vezměme si hexaedrity. Skládají se téměř výhradně z kamacitu. Vzhledem ke své homogenitě nemají žádnou vnitřní strukturu, s výjimkou stop po nárazu. Na druhém konci spektra jsou ataxity. Jedná se o vzácné meteority bohaté na tainit, obsahující až 60 % hmotnosti niklu. Stejně jako hexaedrity jsou téměř monominerální, a proto postrádají strukturní rysy.
Mezi nimi jsou oktahedrity. Krystaly kamacitu v nich tvoří vzájemně propletené destičky uspořádané do oktaedrické konfigurace. Tainit vyplňuje mezery. Pokud je oktahedrit vybroušen, vyleštěn a naleptán zředěnou kyselinou, lze vidět Widmanstättenův vzor. Tato geometrická mřížka dokazuje, že meteorit vznikl pod nízkým tlakem. Odpovídá podmínkám očekávaným uvnitř těles o velikosti asteroidu.
Chemická klasifikace místo strukturní
Dříve byly železné meteority klasifikovány podle obsahu niklu a přítomnosti Widmanstättenových vzorů. Tato metoda je do značné míry zastaralá. Vědci nyní používají chemickou klasifikaci založenou na úrovních gallia, germania a niklu.
Nejběžnější skupiny mají nudné názvy: IAB, IIAB, IIIAB, IVA a IVB. Existuje také mnoho menších tříd a unikátních exemplářů. Pracovní hypotéza je, že většina železných meteoritů pochází z jader asteroidů. Variace v rámci třídy odrážejí měnící se podmínky během tuhnutí jádra.
Obsah galia a germania v roztaveném kovu se během krystalizace příliš nemění. Jsou citlivé na podmínky, ve kterých mateřská planetka vznikla. Podobný obsah galia a germania ukazuje na společný původ. Možná pocházejí ze stejného plemene. Nebo možná jejich mateřská těla vznikla ve stejnou dobu a na stejném místě.
Nikl vypráví jiný příběh. Soustředí se v těch částech kovu, které zůstávají déle roztavené. Díky tomu je hladina niklu užitečným nástrojem pro stanovení krystalizační sekvence v rámci třídy.
Podobné obsahy galia a germania ukazují na společný původ. Možná pocházejí ze stejného plemene. Nebo možná jejich mateřská těla vznikla ve stejnou dobu a na stejném místě.
Anomální původ
Ne vše zapadá do modelu formování jádra. Železné meteority skupin IAB, IIICD a IIE vykazují geochemické vlastnosti odlišné od ostatních tříd. Jejich původ je nejasný. Někteří badatelé se domnívají, že vznikly v důsledku srážkových procesů.
Meteority z kamene a železa
Pallasity: okna do jader asteroidů
Kamenité železné meteority jsou smolařky ve světě meteoritů. Přibližně polovinu tvoří křemičitany, polovinu tvoří kov nikl-železo. Dělí se na dva typy: pallasit a mesosiderit.
Pallasité jsou tam, kde je to krásné. Vidíte síť lesklého kovu se zelenými olivínovými krystaly rozptýlenými uvnitř. Můžete to přirovnat k zasazení vesmírných šperků. Olivínová zrna jsou obvykle široká asi půl centimetru. Když se ale pozorně podíváte na kov, uvidíte vzor Widmanstätten. Tyto geometrické linie se tvoří pouze tehdy, když kov chladne neuvěřitelně pomalu po miliony let.
Jak vznikly? Nenarazili na sebe jen tak náhodou. Vznikly na rozhraní mezi roztaveným kovem a roztavenou horninou. Představte si asteroid, který prošel diferenciací. Těžká slitina niklu a železa se ponořila do jádra a lehčí silikáty se vznášely a vytvořily plášť. Pallasité představují přesně tuto hranici. Jsou přechodovou vrstvou mezi jádrem a pláštěm.
Někteří vědci se domnívají, že pocházejí z vnějších částí jader asteroidů. Jiní naznačují, že to mohou být velké nugety kovu nahromaděné v plášti a obklopené silikáty. Ať tak či onak, jsou vzácné a krásné.
Mezosiderity a spojení s meteority HED
Pak přijdou mezosideriti. Jsou více „špinavé“. Jedná se o nárazové brekcie. To znamená, že se skládají z úlomků hornin svařených dohromady prudkým nárazem.
Jsou blízce příbuzné meteoritům HED, trojici achondritů pojmenovaných po třech asteroidech: gowerity, eukrity a diogenity. Mezosideriti mají společný původ s gowerity. Obsahují fragmenty eukritů a diogenitů. Ale mají něco navíc. Spousta rozházeného nikl-železného kovu.
Kde se tento kov vzal? Nevíme jistě. Hlavní teorie je jednoduchá: je výsledkem brutálního násilí. Těleso s diferencovaným jádrem se srazilo s mateřským tělesem mezosideritů. Jádro se rozštěpilo. Kov smíchaný se silikátovými úlomky. Byl to katastrofální proces. Výsledkem je plemeno, které vypráví příběh o ničení a míšení.
Spojení kamenů s jejich mateřskými asteroidy
Možná se ptáte, jak víme, ze kterého asteroidu tyto kameny pocházejí. Není to magie. Jde o spolupráci chemie a fyziky.
Spojení mezi meteority a asteroidy je založeno na odpovídajících spektrálních signaturách. Když se díváme na asteroidy dalekohledy, vidíme světlo odrážející se od jejich povrchů. Toto světlo má určité vzory v závislosti na přítomných minerálech. Když analyzujeme meteority v laboratoři, vidíme stejné spektrální otisky prstů.
Toto spojení není vždy přímé. Někdy se asteroid od doby, kdy naposledy ztratil svůj fragment, změnil. Vesmírné zvětrávání mění povrch. Ale zápas je pro většinu případů dostatečně silný. Původ goweritu můžeme vysledovat k Vestě. Určité achondrity můžeme spojovat se specifickými rodinami asteroidů.
Tato juxtapozice je důležitá. Promění náhodný kámen ve vaší ruce na exemplář z jiného světa. Můžeme zmapovat geologii asteroidu, aniž bychom na něm kdy přistáli. Musíme jen najít úlomky, které po cestě zanechal.
Pátrání pokračuje. Nové dalekohledy objevují další asteroidy. Na Zemi padají nové meteority. Každý z nich posiluje pouto. Stavíme mapu stavebních kamenů sluneční soustavy. A to teprve začínáme.
Nesoulad povrchu: Proč asteroidy vypadají jinak než jejich meteority
Logika se zdá jednoduchá. Pokud meteority pocházejí ze specifických oblastí pásu asteroidů, pak by jejich zdrojová těla měla mít přesně stejné chemické a mineralogické otisky jako horniny nalezené na Zemi. Teoreticky bychom se mohli jednoduše podívat na světlo odrážené asteroidy – jejich albedo a spektrum odrazivosti – a přímo určit jejich zdroje.
Realita se ukázala být složitější.
Několik přírodních procesů se dostalo do konfliktu, což způsobilo, že porovnání asteroidů se skupinami meteoritů bylo mnohem obtížnější, než kdokoli očekával.
Třídy S a C: dvě hlavní skupiny
Většina asteroidů spadá do dvou širokých kategorií, i když ani jedno spektrum není totožné s druhým.
Asteroidy třídy S jako Gaspra a Ida (pozorované sondou Galileo) nebo Eros (navštívené sondou NEAR Shoemaker) mají mírné albedo. Jejich povrchy obsahují směsi olivínu, pyroxenu a kovového železa. Jedná se o stejné minerály, které se nacházejí v obyčejných chondritech. Problém je v tom, že tyto minerály jsou přítomny i v jiných typech meteoritů, což z nich dělá špatné jedinečné identifikátory.
Asteroidy třídy C, jako je Matilda (navštěvovaná také NEAR Shoemaker) mají nízké albedo. Jejich spektra jsou bez rysů, což ukazuje na přítomnost materiálů, které absorbují světlo. Nejméně polovina z nich vykazuje známky hydratovaných silikátů obsahujících železo. To z nich dělá věrohodné zdroje pro některé uhlíkaté chondrity, ale nepravděpodobné kandidáty na běžné chondrity. Nízké albedo a přítomnost hydratovaných minerálů jednoduše neodpovídají suchému kovovému profilu běžných chondritů.
Záhada třídy S
Když se vědci podívali blíže na asteroidy třídy S, zdánlivá korespondence s obyčejnými chondrity se zhroutila.
Jejich mineralogie se příliš lišila, zejména poměr olivínu k pyroxenu. To vedlo k jejich rozdělení do sedmi podtříd. Podtřída S(IV) vypadala jako nejlepší zápas.
Tato hypotéza získala podporu od mise NEAR Shoemaker. Rentgenový spektrometr změřil elementární složení Erosu, asteroidu S(IV). S výjimkou znatelně nízkého obsahu síry se složení povrchu Erosu dokonale vyrovnalo běžnému chondritu.
Má to ale háček. Spektra povrchů asteroidů třídy S se neshodovala se spektry běžných chondritů. Mezi tím, co nástroje viděly ve světle, a tím, jak měly vypadat vzorky hornin, byl jasný rozpor.
Vesmírné zvětrávání řeší záhadu
Propast mezi teorií a pozorováním byla uzavřena až v roce 2010.
Japonská kosmická loď Hayabusa se vrátila na Zemi z asteroidu třídy S(IV) Itokawa. Doručil více než 1500 prachových částic. Výsledky byly jasné. Povrchy částic vypadaly jako typické asteroidy třídy S. Ale uvnitř? Složení bylo totožné s běžnými chondrity.
Povrchy byly upraveny.
Tato změna je známá jako zvětrávání vesmíru. Je to souhrnné označení pro procesy, které v průběhu času mění chemické a fyzikální vlastnosti těles bez vzduchu.
Co pohání toto zvětrávání?
- Dopady meteoritů a mikrometeoritů.
- Srážka s energetickými částicemi slunečního větru.
- Vystavení slunečnímu záření a galaktickému kosmickému záření.
Tyto síly působí na Merkur, Měsíc, planetární satelity, komety a asteroidy. Účinky můžete vidět porovnáním mladších povrchů kolem kráterů se staršími krajinami. NEAR Shoemaker to pozoroval na Erosu. Galileo to pozoroval na Gaspě a Idě.
Další asociace
Prostorové zvětrávání nejen mate vazby třídy S. Pravděpodobně to ovlivňuje spektra zdrojů asteroidů pro všechny skupiny meteoritů. Navzdory tomu vědci vybudovali přesvědčivé asociace pro jiné skupiny.
Předpokládá se, že skupiny uhlíkatých chondritů CV a CO pocházejí z asteroidů třídy K.
Vesta, velký asteroid hlavního pásu, je zdrojem spojení ovardit-eukrit-diogenit. Spektrální měření také ukazují, že Vesta je zdrojem mezosideritů.
Pro železné meteority jsou nejpravděpodobnějšími zdrojovými tělesy asteroidy třídy M. Nicméně enstatitští chondriti a mezosideriti jsou také spojováni s touto třídou.
Konečně pallasity pravděpodobně pocházejí z asteroidů třídy A.
Mezi nebem a půdou existuje spojení. Je prostě skrytá pod vrstvami kosmického „hluku“ a trosek nárazu.
Hodiny sluneční soustavy začaly tikat přibližně před 4,5 miliardami let. Když se poprvé začaly formovat planety a asteroidy, byly nasazeny radioaktivními izotopy. Tyto nestabilní atomy se rozpadají specifickou, předvídatelnou rychlostí. Tuto rychlost měříme prostřednictvím jejího poločasu rozpadu – doby, kterou potřebuje polovina vzorku k rozpadu.
Některé z těchto radionuklidů žijí déle než naše Slunce. Říkáme jim radionuklidy s dlouhou životností. V přírodě se stále vyskytují. Lze je nalézt v meteoritech a hluboko v zemské kůře. Vědci je používají k datování hornin, protože jejich trvanlivost poskytuje stabilní základ pro měření hlubokého času.
Ale jak přesně získáte konkrétní číslo?
Vysvětlení izochronní metody
Většina geochronologů spoléhá na izochronní metodu. Jedná se o grafickou metodu, která odstraňuje velkou část dohadů. Uvažujme systém rubidium-stroncium jako funkční model.
Je to jednoduché.
Rubidium-87 je mateřský izotop. Stroncium-87 je stabilní dceřiný izotop. Poločas rozpadu Rubidium-87 je obrovský: 48,8 miliardy let. Strontium má také stabilní sourozence, jako je Strontium-86. Tento izotop se nemění. Slouží jako referenční bod.
Když hornina krystalizuje, každý minerál v ní začíná se stejným poměrem stroncia-87 ke stronciu-86. Poměr rubidia-87 ke stronciu-86 se však liší minerál od minerálu. Některé minerály zachycují více rubidia, jiné to ignorují.
Jak čas plyne, Rubidium-87 se rozkládá na Stroncium-87. Poměry se mění. Rychleji se posouvají v minerálech, které původně obsahovaly hodně rubidia.
Pokud vynesete aktuální poměry stroncia-87 ke stronciu-86 proti poměrům rubidia-87 k stronciu-86 pro různé minerály ve stejné hornině, datové body se zarovnají. Tvoří přímku.
Tato čára se nazývá izochrona.
Sklon této čáry označuje věk. Prudší svah? Starší plemeno. Bod, kde přímka protíná osu (kde je obsah rubidia nulový), udává počáteční poměr stroncia v době vzniku.
Vnitřní a generické izochrony
Když použijete minerály ze stejné horniny, jedná se o vnitřní izochronu. Metodu můžete také škálovat. Vezměte několik hornin, které vznikly ve stejnou dobu a na stejném místě, ale měly odlišné výchozí chemické složení. Udělejte jim rozvrh. Obdržíte obecnou izochronu.
Je to elegantní. Je to spolehlivé. To je také nejednoznačné.
Izochrona datuje okamžik. Ale který okamžik přesně?
Datuje počáteční tvorbu minerálů? Nebo je to bod, kde byla hornina později zahřátá, což způsobilo, že se izotopy stroncia smíchaly a homogenizovaly? Topení resetuje hodiny. Bez dalších geologických důkazů nemůžete vždy určit, jakou událost izochrona zaznamenává.
Pokud datové body netvoří přímku, systém je narušen. Byla pobouřena. U meteoritů je to obvykle spojeno s dopadem. Silná srážka rozštěpí horninu a mísí izotopy. Data jsou rozptýlená. Hodiny přestanou fungovat.
Duch krátkotrvajících izotopů
Izotopy s dlouhou životností nám dávají absolutní data. Izotopy s krátkou životností jsou složitější.
Mnoho radionuklidů s krátkou životností mělo poločas rozpadu jen několik milionů let. Zmizely před eony. Již není možné je přímo měřit. Jsou to duchové.
Ale jejich chemické otisky zůstávají. Vědci mohou odvodit jejich původní obsah pomocí izochronní metody pro dceřiné produkty. Porovnáním těchto původních četností v různých meteoritech mohou vědci určit relativní stáří. Který objekt vznikl jako první? Která je později?
Pokud máte absolutní datum z izotopu s dlouhou životností pro jeden objekt, můžete kalibrovat relativní časovou škálu pro zbytek. Proměníte „starší než“ na „X milionů let“.
To se stalo středem intenzivního moderního výzkumu. Je to složité. Proč? Protože radionuklidy s krátkou životností se chemicky chovají úplně jinak. Neposlouchají stejná pravidla jako izotopy s dlouhou životností nebo navzájem. Sladění časové osy je hádankou s chybějícími dílky.
Obraz je však vzhledem k omezením překvapivě jasný.
Žáruvzdorné inkluze a doba tvorby chondrulí
Nejstaršími předměty, které máme, jsou žáruvzdorné inkluze. Nacházejí se v meteoritech. Jejich stáří je stanoveno na přibližně 4 567 milionů let. Toto jsou první pevné látky, které kondenzují ze sluneční mlhoviny.
Obsahují také nejvyšší stopy krátkodobých radionuklidů. Je to logické. Vznikly, když byla sluneční soustava nejmladší a nejradioaktivnější.
Chondruly následují. Ale jejich absolutní stáří je rozmazané. Přesná čísla nemáme.
Co víme, je, že chondruly v běžných a uhlíkatých chondritech obsahují stopy hliníku-26. To naznačuje, že vznikaly po dlouhou dobu. Okno se otevře 1 milion let po vytvoření žáruvzdorných vměstků. Táhne se až 3 miliony let. Některé interpretace prodlužují toto období na 10 milionů let.
Tady je nějaká debata.
Měříme okamžik, kdy chondruly tají a tuhnou? Nebo měříme bod, ve kterém pozdější události zahřívání resetují izotopové hodiny v již vytvořených chondrulách? Pozdější data jsou sporná. Mohou odrážet spíše tepelnou metamorfózu než původní formaci.
Tato metamorfóza byla dokončena v různých časech v závislosti na typu chondritu. U běžných chondritů přestalo 5–55 milionů let po vytvoření inkluzí. V enstatitských chondritech ustal po 9–34 milionech let.
Proč taková variabilita?
Vše se týká fyziky a geometrie. Větší rodičovská těla se ochlazují pomaleji. Udržují teplo déle. Totéž platí pro hlubší oblasti v rámci těchto orgánů. Věkové rozpětí není jen otázkou času. Je to také otázka hloubky a hmotnosti. Meteority, které držíme v rukou, jsou fragmenty složitého chladicího mechanismu, kterému trvalo desítky milionů let, než vymřel.
Máme termíny. Máme metody. Ale přesná sekvence tání a ochlazování v těchto temných prastarých kamenech stále skrývá některá tajemství.
Určení věku prvních plemen
Hodiny pro obyčejné a enstatitské chondrity ukazují nepřesný čas. Přesná data jejich narození neznáme. Konec jejich metamorfózy však stanoví přísný časový rámec. Vznikly nejpozději pět milionů let po objevení se žáruvzdorných vměstků. Enstatitští chondriti se pravděpodobně vytvořili po pouhých dvou milionech let.
Uhlíkaté chondrity představují ještě starší záhadu. Voda jim změnila minerály. Tato změna proběhla rychle. Důkazy naznačují, že vznikly během tří až sedmi milionů let po objevení se těchto inkluzí. To se mohlo stát za méně než jeden milion let.
Achondrité vyprávějí jiný příběh. Jejich magma vykrystalizovalo mezi 4,558 a 4,399 miliardami let. Vesta je zde výjimkou. Jeho mateřské tělo začalo tát před 4,565 miliardami let. To je dříve než většina ostatních.
Železné a kamenito-železné meteority krystalizovaly 10–20 milionů let po vytvoření inkluzí. K oddělení kovu a silikátů však došlo za méně než 1,5 milionu let.
Rychlost je klíčová. Mnoho asteroidů se téměř okamžitě roztavilo, diferencovalo a ztuhlo.
Proč na této rychlosti záleží? Mění naše chápání rané sluneční soustavy. Planety nerostly pomalu, sbíraly se z prachu. Reagovali. Teplo bylo okamžitě k dispozici. Diferenciace nebyla pomalým posunem. Byla to rychlá reakce na místní poměry. Časové měřítko nás nutí přehodnotit míru narůstání. První plemena na sebe nenechala jen tak čekat. Materiál zpracovávali na maximální kapacitu.
Cesta z pásu asteroidů do naší atmosféry není okamžitá. Určení, jak dlouho trvá skále, aby se tato cesta vydala, pomáhá vědcům identifikovat mechanismy odpovědné za doručování vesmírného odpadu na Zemi. Tuto dobu cesty nemůžeme přímo měřit. Můžeme to však odvodit pomocí věku kosmického ozáření. Tento indikátor ukazuje, jak dlouho meteorit zůstal jako malý objekt – o průměru menším než několik metrů – ve vesmíru nebo blízko povrchu většího mateřského tělesa.
Fyzika vesmírného bombardování
Vysokoenergetické galaktické kosmické záření, sestávající převážně z protonů, proniká materiálem meteoroidů do hloubky několika metrů. Pokud je meteoroid menší než tento rozsah, je ozářen skrz naskrz. Tyto protony se srazí s atomovými jádry a vyřadí další protony a neutrony. Tento proces, nazývaný spallation, vytváří mnoho vzácných izotopových druhů. Vznikají stabilní i radioaktivní prvky.
Koncentrace radioaktivních izotopů řídí rychlost bombardování, zatímco stabilní druhy, jako je neon-21, měří celkovou dobu od začátku expozice.
Mezi specifické izotopy patří stabilní vzácné plyny: helium-3, neon-21, argon-38 a krypton-83. Vznikají také radioaktivní izotopy s různým poločasem rozpadu. Patří mezi ně berylium-10 (1,6 milionu let), hliník-26 (730 000 let), chlor-36 (300 000 let), vápník-41 (100 000 let), mangan-53 (3,7 milionu let) a krypton-81 (210 000 let).
Stabilní izotopy se v průběhu času hromadí. Neon-21 například měří celkovou dobu od doby, kdy se meteoroid zotavil z nárazu. Před touto kolizí byl objekt chráněn ve větším tělese.
Věková distribuce podle typu meteoritu
Většina meteoritů má stáří ozáření větší než jeden milion let. Distribuce se výrazně liší v závislosti na typu. U chondritů se počet prudce snižuje s přibývajícím věkem. Většina běžných chondritů je stará méně než 50 milionů let. Uhlíkaté chondrity bývají mladší, často mladší než 20 milionů let. Achondriti jsou seskupeni v rozmezí 20 až 30 milionů let.
Železné meteority vyprávějí jiný příběh. Jejich stáří ozáření pokrývá mnohem širší rozsah a dosahuje dvou miliard let. Vrcholy v těchto distribucích pravděpodobně odrážejí události velkého dopadu, které narušily jejich mateřská těla.
Orbitální dynamika a načasování kolize
Tato věková rozmezí odrážejí dynamický vývoj drah meteoroidů a doby jejich dopadu. Prakticky neexistují žádné meteority se stářím ozáření menším než jeden milion let. To předpokládá, že oběžné dráhy se nestanou křížením Země za méně než milion let.
Počítačové modely podporují tuto časovou osu. Také předpovídají, že doba života na oběžné dráze by se měla snižovat rychleji než věk kosmické expozice. Tento rozpor vedl k nové teorii. Meteority pravděpodobně tráví značný čas jako malé objekty migrujícími v pásu asteroidů. Čekají, až se jejich dráhy protnou s rezonancí.
Rezonance jsou oblasti, kde planety, zejména Jupiter, vyvíjejí silné gravitační poruchy. Tyto síly tlačí meteoroidy na trajektorie, které protínají Zemi.
Pokles počtu starých kamenných meteoritů je v souladu s odhady dopadu. Polovina dané populace je zničena nárazy během 5–10 milionů let. Horní hranice pro většinu kamenných meteoritů je 50 milionů let. Železné meteority žijí déle. Jejich velká síla jim umožňuje přežít ve vesmíru miliardy let. Mechanismy, které vyvrhují tyto horniny, zůstávají klíčovou oblastí výzkumu při pochopení toho, jak sluneční soustava dodává materiál na naši planetu.
Krátkodobé radionulidy a sluneční mlhovina
Víme, že hvězdy se rodí, když se pod vlivem vlastní gravitace zhroutí husté shluky mezihvězdného plynu. Sluneční mlhovina se pravděpodobně vydala podobnou cestou. Meteority poskytují fyzický důkaz obsahující zachovaný materiál vytvořený před a během tohoto kolapsu. Ale tady je háček: stále nevíme, co přesně spustilo kolaps v našem konkrétním koutě Galaxie.
Mohou to být náhodné fluktuace hustoty. Nebo něco konkrétnějšího.
Důkazy ukazují na to druhé. Meteority, zejména jejich žáruvzdorné inkluze, obsahují radionulidy s krátkou životností. Tyto izotopy byly přítomny při formování sluneční soustavy a nebyly přidány později kosmickým zářením. Nejpřesvědčivějším důkazem je vápník-41. Jeho poločas rozpadu je přibližně 100 000 let. Aby byl nyní detekován, musel být v těchto inkluzích zahrnut po několik poločasů od svého vzniku. Za méně než milion let. Toto je okamžik astronomického rozsahu.
Jiné radionulidy s krátkou životností mají delší poločasy, a proto nejsou tak kritické. Ale na jejich poměru záleží. Vědci srovnávají tyto přírodní hojnosti s těmi, které bychom očekávali od hvězdných zdrojů.
Spouště z umírajících hvězd
Při hledání zdroje těchto radionudidů dominují dva hlavní kandidáti. Za prvé, supernovy. Masivní hvězdy, které explodují na konci svého života. Za druhé, asymptotická obří větev (hvězdy AGB). Tyto umírající hvězdy také vyzařují silné, rychle se pohybující větry bohaté na přesně stejné izotopy, jaké vidíme v meteoritech.
Počítačové modely tuto teorii podporují. Když se rázová vlna ze supernovy nebo vítr z hvězdy AGB srazí s molekulárním mrakem, který sám není připraven ke kolapsu, stlačí plyn. Mrak se stává gravitačně nestabilním. Zhroutí se. A co je důležité, větrný materiál nasycený izotopy radionudidů se mísí s tvořícím se oblakem.
V tomto scénáři působí radionudidy v meteoritech jako otisky prstů. Ukazují na specifický hvězdný vítr, který spustil formování Slunce a planet.
Existuje alternativní verze, i když je méně přesvědčivá. Některé modely naznačují, že mladé aktivní Slunce samo produkovalo tyto radionudy prostřednictvím intenzivního záření ve sluneční mlhovině. Má však potíže s vysvětlením přesné absolutní a relativní prevalence, kterou nacházíme. Žádný z modelů není ideální. Ale teorie hvězdného větru má výhodu.
Tepelná historie pásu asteroidů
Jakmile začal kolaps, objevily se jako první pevné látky – tytéž žáruvzdorné vměstky. Vznikly krátkými prudkými událostmi zahřívání asi před 4,567 miliardami let. Tato doba se shoduje s teplotním gradientem rané sluneční soustavy. Merkur je suchý a kamenitý. Jupiter je bohatý na plyn a chladný. Vnitřní systém byl horký. Vnější systém byl studený. Astrofyzikální modely to předpovídají, i když se přesná čísla liší.
Jedním z nápadů pro inkluze je, že se vytvořily v konvektivních proudech na okraji nejžhavější části vnitřní mlhoviny.
Pás asteroidů vypráví jiný příběh. Bylo to klidné místo. Zachoval se tam presolární materiál. Existují minerály obsahující vodu. Těkavé prvky jsou hojně přítomny v chondritických meteoritech. To argumentuje proti rozšířenému vytápění v regionu. To je v souladu se současnými astrofyzikálními modely studené vnější zóny.
Ale úplné ticho tam nebylo. Chondruly se objevují ve většině chondritických meteoritů, s výjimkou CI chondritů. To dokazuje přítomnost lokálních, přechodných teplotních výkyvů. Krátké okamžiky extrémního horka v jinak chladném prostředí.
Proč jsou chondrule důležité
Kdyby byly chondruly vzácné, mohli bychom je ignorovat. Ale nejsou. Tvoří základ obyčejných chondritů, nejběžnějších meteoritů, které padají na Zemi. Jsou také důležitou součástí jiných chondritů. Tato hmota ukazuje, že tvorba chondrul byla ústředním procesem ve vývoji rané sluneční soustavy.
I když se mateřská tělesa těchto meteoritů vytvořila v omezené zóně pásu asteroidů, tato zóna stále představuje asi 10 procent celkového objemu pásu. A další chondritické asteroidy se pravděpodobně vytvořily dále, i když jsou dnes ve vnitřním pásu.
Jak tedy vznikly? Elektrické výboje. Rázové vlny. Srážky mezi roztavenými asteroidy. Výfuky z mladého Slunce. Seznam je dlouhý. Ani jedna z hypotéz zatím nebyla obecně přijata.
Načasování může být klíčem. Věk chondrulí může tyto teorie odlišit. Pokud se vytvořily během 1–10 milionů let od vzniku inkluze, některé modely se rozpadají. Ale pokud se jejich naměřený věk jednoduše odráží, když se znovu zahřály nebo změnily ve svých rodičovských tělech, problém zmizí.
Nahrávání stále probíhá. Radionudids nám dal počáteční datum. Chondruly nám dávají chaotický, složitý střed. Co se stalo potom, je stále částečně skryto prachem 4,5 miliardy let.
Záhada ohřevu asteroidů
Asteroidy se neobjevily jen tak. Začaly vznikat snad milion let poté, co ve sluneční mlhovině zkondenzovaly první pevné materiály. Během pěti až deseti milionů let by se zahřály natolik, že by se roztavily. Některé z nich prošly hydrotermální úpravou. U jiných trvala sopečná činnost až 170 milionů let. Stále přesně nevíme, co toto topení pohánělo.
Vedoucí teorie poukazuje na radioaktivní izotopy s krátkou životností, jako je hliník-26 a železo-60. Rychle se rozpadají a uvolňují intenzivní teplo. Ale nebylo to jen radioaktivitou. Svou roli pravděpodobně sehrály elektrické proudy indukované ranými slunečními větry. Gravitační potenciální energie uvolněná během procesu akrece přidala ještě více tepla. Přesný vztah mezi těmito faktory zůstává záhadou.
Rychlá formace planet
Stalo se tak nejen v pásu asteroidů. Všude se tvořila tělesa velikosti asteroidů. Začaly se slévat do větších fragmentů. Tento proces nakonec vedl ke vzniku kamenných vnitřních planet. Stalo se to rychle.
Měsíc pravděpodobně vznikl, když se těleso velikosti Marsu srazilo s rostoucí Zemí. Nejstarší datované měsíční horniny jsou staré asi 4,44 miliardy let. Důkazy naznačují, že Měsíc vznikl do 30 milionů let poté, co se objevila první pevná tělesa. Mars se formoval ještě rychleji. Jeho nejstarší meteoritové materiály jsou staré 4,5 miliardy let, ale samotná planeta ztuhla asi 13 milionů let poté, co se tyto první pevné látky objevily.
Během 30 milionů let vyrostly z drobných částeček plnohodnotné kamenné planety.
Hmotnostní deficit v pásu asteroidů
Aby se asteroidy vytvořily a vyvinuly v tak krátké době, musela být počáteční hustota hmoty vysoká. Pravděpodobně to připomínalo hustotu v oblastech, kde se nacházejí obří planety. Dnes pás asteroidů obsahuje velmi málo hmoty. Z původního materiálu se dochovala snad jen jedna desetitisícina.
Něco eliminovalo téměř vše. Co vyčistilo tuto oblast od trosek?
Gravitační čištění Jupiteru
Nejpravděpodobnějším viníkem je Jupiter. Vznik obřích planet, zejména Jupiteru, rychle evakuoval velkou část hmoty z této oblasti. Meteority vykazují mineralogické a chemické záznamy, které nejsou v souladu s tím, že jsou součástí planety o velikosti měsíce. To znamená, že Jupiter vznikl rychle. Dorostl do své velikosti dříve, než mohly asteroidy vyrůst v plnohodnotné planety.
Než Jupiter dosáhl své současné hmotnosti, pohybovaly se asteroidy po téměř kruhových drahách. Poté, když Jupiter a Saturn dokončily svou formaci, měnící se rozložení hmot vyslalo pásem vlny gravitační rezonance. Tyto vlny zvýšily excentricitu a sklon oběžných drah asteroidů na průměrné hodnoty, které dnes vidíme.
Na základě stáří asteroidů a jejich současných velikostních omezení by protoplaneta Jupiter měla začít zachycovat obrovské množství vodíku a hélia ze sluneční mlhoviny přibližně do jednoho milionu let od vzniku sluneční soustavy. Tento rychlý růst vyžadoval složitější formační mechanismus než u kamenných planet. To nebyla jen akrece. Byl to dynamičtější proces.
Meteority jako sondy
Tento scénářový model raného vývoje sluneční soustavy je pravděpodobně v některých detailech chybný. Možná v mnoha. Bez vzorků asteroidů a primitivních materiálů poskytovaných meteority bychom neměli pozorovací základnu pro tyto modely. Meteority jsou účinné „sondy chudáka“. Dokud vesmírné mise nevrátí různé vzorky z asteroidů a komet, meteority zůstanou nejpřesnějším zdrojem dat pro pochopení toho, jak se sluneční soustava vyvíjela.
Příběh není dokončen. Nové ukázky přepisují chronologii. Mezery v našich znalostech jsou stejně důležité jako fakta, která máme.
