Потрібно сказати, що науковий світ аж до кінця XVIII ст. ставився скептично до самої можливості падіння з неба каміння і шматків заліза. Повідомлення про подібні факти розглядалися вченими як прояви забобонів, адже тоді ще не було відомо жодних небесних тіл, уламки яких могли б потрапляти на Землю. Наприклад, перші астероїди - малі планети - були відкриті тільки на початку XIX ст.
Перша наукова робота, що стверджувала космічне походження метеоритів, з'явилася в 1794 р. Її автор, німецький фізик Ернст Хладни, зумів дати єдине пояснення трьом загадковим явищам: прольотах по небу вогняних куль, падінням на Землю оплавлених шматків заліза та каменю після прольотів і знахідкам дивних оплавлених залізних брил в різних місцях Землі. Згідно Хладни, все це пов'язано з надходженням на Землю космічного речовини.
До речі сказати, однією з таких незвичайних залізних брил була багатопудова "криця", вивезена російським академіком Петром Симоном Палласом з Сибіру і поклала початок національної колекції метеоритів Росії. Ця залізна брила з включеними в неї зернами мінералу олівіну отримала ім'я "Палласово залізо" і згодом дала назву цілому класу железокаменних метеоритів - палласіти.
Цей метеорит ніхто не спостерігав при падінні. Його космічна природа встановлена на підставі вивчення речовини. Такі метеорити називають знахідками, і вони становлять близько половини світової колекції метеоритів. Інша половина - падіння, "свіжі" метеорити, підняті незабаром після того, як вони впали на Землю. До них відноситься метеорит Пікскілл, з якого почалася наша розповідь про космічних прибульців. Падіння мають для фахівців більший інтерес, ніж знахідки: про них можна зібрати деяку астрономічну інформацію, а речовина їх не змінено земними чинниками.
Метеоритам прийнято давати імена за географічними назвами місць, що є сусідами з місцем падіння або знахідки. Найчастіше це назва найближчого населеного пункту (наприклад, Пікскілл), але видатним метеоритів привласнюють більш загальні імена. Два найбільші падіння XX ст. сталися на території Росії: Тунгуське і Сіхоте-Алінський.
Сіхоте-Алінський метеоритний дощ
12 лютого 1947 на Далекому Сході, в західних відрогах Сіхоте-Алінський хребта, в уссурійську тайгу впало близько 100 т космічного вешества. Ця маса складалася із суміші железонікелевих кристалів різного розміру, не дуже міцно зчеплених між собою. У повітрі вона розпалася на тисячі шматків, і на землю обрушився справжній залізний дощ. Найбільш великі уламки важили по кілька тонн. Досягнувши землі з великою швидкістю, вони вдарилися об грунт і утворили понад 100 кратерів і воронок. Найбільший кратер мав діаметр 26,5 м і глибину 6 м. При ударі ці брили ще раз розбилися на сильно деформовані осколки. Більш дрібні продукти атмосферного дроблення повністю втратили в повітрі свою космічну швидкість і впали на сніг у вигляді оплавлених синюватих шматків металу, зберігаючи всі особливості своєї структури. Їх і досі знаходять неглибоко в грунті в районі падіння.
Тунгуський метеорит
Падіння Тунгуського метеорита сталося 30 червня 1908 р. Воно супроводжувалося явищами, які вказували на дуже потужне виділення енергії. Вогненна куля, видимий на території протяжністю в сотні кілометрів; потужні громові гуркіт; повітряна хвиля, двічі обігнув земну кулю і зареєстрована барометрами в багатьох країнах; нарешті, невеликий землетрус, зазначене сейсмографом в Іркутську, - все це говорило про надзвичайний характер космічної катастрофи. Падіння сталося в глухій тайзі в басейні ріки Подкаменна Тунгуска, в 100 км від найближчого (дуже маленького) населеного пункту, і лише в 1927 р. перші дослідники зуміли туди добратися. Їм відкрилася приголомшлива картина: майже всі дерева на площі поперечником близько 40 км були повалені, причому коріння їх показували в одне місце. А в епіцентрі, де слід було б очікувати найбільш сильних руйнувань, стояв мертвий "телеграфний" ліс: голі прямі стовбури з начисто обрубаними гілками. Ні перша, ні численні наступні експедиції не змогли знайти жодного шматка Тунгуського метеорита. І що ще більш дивно, на місці падіння немає метеоритного кратера.
За часів перших тунгуських експедицій, керованих ентузіастом метеоритики Леонідом Олексійовичем Куликом, ще мало було відомо про те, як відбувається удар дуже великого метеорита об поверхню планети. Вулканічна гіпотеза походження місячних кратерів мала більше число прихильників, ніж загальновизнана нині ударно-метеоритна. А в США бурили дно Арізони метеоритного кратера, сподіваючись виявити багатотонну металеву брилу. Сьогодні ясно, що миттєва зупинка в грунті величезного тіла переводить в тепло колосальну енергію його руху, відбуваються випаровування "ударника" і самий справжній вибух, який породжує круглий метеоритний кратер. При цьому великих осколків метеорита може й не зберегтися. Але ж на Тунгусці і кратера теж немає!
Тепер ми знаємо, що навіть дуже великі космічні тіла, влітають в атмосферу Землі, не завжди досягають її поверхні. У 70-80-х рр.. в США діяла так звана Прерійная мережа фотографічних камер, покликана фотографувати падіння метеоритів. За десять років роботи вдалося зафіксувати тільки одне падіння - метеорит Лост-Сіті (1970 р.). Однак на подив фахівців на плівках були відзначені і більш яскраві боліди, ніж той, що закінчився падінням метеорита. І все ж після них на Землю нічого не впало - вся речовина "Розточчя" в атмосфері.
Кінець XX століття не приніс остаточного рішення Тунгуської проблеми. Найімовірнішою гіпотезою залишається припущення, що Тунгуське тіло являло собою ядро або частина ядра невеликої старої комети. Це ядро багато разів пройшло повз Сонця і втратило майже всі свої льоди. Залишилися злиплі воєдино тверді частинки, не дуже міцно зчеплені між собою. Влетівши в атмосферу Землі, під тиском набігаючого потоку повітря тіло стало швидко руйнуватися. На висоті кількох кілометрів всі воно розсипалося на порох, а відокремилася ударна хвиля справила ті руйнування, які зафіксовані на місці падіння: вона повалила дерева там, де вдарила похило, і зрубала з них сучки там, де вдарила вертикально, тобто в епіцентрі.
Речовина метеоритів
Метеорити поділяються на три великі класи: залізні, кам'яні та залізокам'яні.
Залізні метеорити складаються в основному з нікелістого заліза. У земних гірських породах природний сплав заліза з нікелем не зустрічається, так що присутність нікелю в шматках заліза вказує на його космічне (або промислове!) Походження.
Включення нікелістого заліза є в більшості кам'яних метеоритів, тому космічні камені, як правило, важче земних. Головні ж їх мінерали - силікати (олівіни і піроксени). Характерною ознакою основного типу кам'яних метеоритів - хондритів - є наявність всередині них округлих утворень - хондр. Хондри складаються з того ж речовини, що й увесь інший метеорит, але виділяються на його зрізі у вигляді окремих зерняток Їх походження поки не цілком ясно.
Третій клас - залізокам'яні метеорити - це шматки нікелістого заліза з вкрапленнями зерен кам'янистих мінералів.
Взагалі метеорити складаються з тих самих елементів, що й земні гірські породи, але поєднання цих елементів, тобто мінерали, можуть бути і такими, які на Землі не зустрічаються. Це пов'язано з особливостями освіти тіл, що породили метеорити.
Серед падінь переважають кам'яні метеорити. Значить, таких шматків більше літає в космосі. Що стосується знахідок, то тут переважають залізні метеорити: вони міцніші, краще зберігаються в земних умовах, різкіше виділяються на тлі земних гірських порід.
Походження метеоритів та їх наукове значення
Метеорити є осколками малих планет - астероїдів, які населяють переважно зону між орбітами Марса і Юпітера. Астероїдів багато, вони стикаються, дробляться, змінюють орбіти один одного, так що деякі осколки при своєму русі іноді перетинають орбіту Землі. Ці осколки і дають метеорити.
Організувати інструментальні спостереження падінь метеоритів, за допомогою яких можна з задовільною точністю обчислити їх орбіти, дуже важко: саме явище дуже рідкісне й непередбачуване. У декількох випадках це вдалося зробити, і всі орбіти виявилися типово астероїдними.
Інтерес астрономів до метеоритів було викликане в першу чергу тим, що довгий час вони залишалися єдиними зразками позаземного речовини. Але й сьогодні, коли речовина інших планет і їх супутників стає доступним лабораторному дослідженню, метеорити не втратили свого значення. Речовина, що становить великі тіла Сонячної системи, піддалося тривалого перетворення: воно плавилося, поділялося на фракції, знову застигала, утворюючи мінерали, що не мають уже нічого спільного з тією речовиною, з якого усе владналося. Метеорити ж є уламками дрібних тіл, які такої складної історії не пройшли. Один з типів метеоритів - вуглисті хондрити - взагалі являє собою слабоізмененное первинна речовина Сонячної системи. Вивчаючи його, фахівці дізнаються, з чого утворилися великі тіла Сонячної системи, в тому числі і наша планета Земля
Збір метеоритів і спостереження метеорів
Рідкість і непередбачуваність появи метеоритної речовини на Землі викликають проблеми при його збиранні. До цих пір метеоритні колекції збагачуються в першу чергу за рахунок зразків, зібраних випадковими очевидцями падінь або просто світ людьми, обратившими увагу на дивні шматки речовини. Як правило, метеорити зовні оплавлені, і поверхня їх часто несе на собі своєрідну застиглу "брижі"-регмагліпти. Тільки в місцях падінь рясних метеоритних дощів цілеспрямований пошук зразків приносить результат. Правда, останнім часом виявлено місця природної концентрації метеоритів, найзначніші з них - в Антарктиді.
Якщо є відомості про дуже яскравому боліді, який міг завершитися випаданням метеорита, слід постаратися зібрати спостереження цього боліда випадковими очевидцями на якомога більшій площі. Потрібно, щоб очевидці з місця спостереження показали шлях боліда на небі. Бажано виміряти горизонтальні координати (азимут і висоту) будь-яких точок цього шляху (початку та кінця). При цьому використовуються найпростіші прилади: компас і екліметр - інструмент для вимірювання кутової висоти (це по суті справи транспортир з закріпленим у його нульової точці схилом). Коли такі виміри виконані в декількох пунктах, по них можна побудувати атмосферну траєкторію боліда, а потім пошукати метеорит поблизу проекції на землю її нижнього кінця.
Збір відомостей про впали метеоритах і пошук їх зразків є захоплюючими завданнями для любителів астрономії, але сама постановка таких завдань багато в чому пов'язана з деяким везінням, удачею, яку важливо не упустити. А ось спостереження метеорів можуть проводитися систематично і приносити відчутні наукові результати. Зрозуміло, такою роботою займаються і професійні астрономи, озброєні сучасною апаратурою. Наприклад, в їх розпорядженні є радіолокатори, за допомогою яких метеори можна спостерігати навіть удень. І все ж правильно організовані любительські спостереження, які до того ж не вимагають складних технічних засобів, до цих пір грають певну роль у метеорної астрономії. Адже у професіоналів просто руки не доходять до деяких видів спостережень. Так, простий підрахунок числа метеорів якого-небудь потоку, що проводиться спостерігачем або, що краще, групою спостерігачів з року в рік, дає можливість оцінити його важливі характеристики. Радіанти потоків краще дослідити фотографічним способом. Для цього потрібно мати светосильную фотокамеру (світлосила не менше 1: 2) і досить чутливу фотоплівку. Методи і завдання таких спостережень описані в спеціальних довідниках.
Аматорські спостереження метеорів мають давню традицію в нашій країні і в усьому світі. Існують об'єднання метеорщіков-аматорів (в тому числі міжнародні), видаються спеціальні журнали. Втім, і звичайні астрономічні журнали публікують роботи аматорів, якщо вони виконані на хорошому рівні. Пильні очі ентузіастів і сьогодні служать науці.
Хімія метеоритів
Величезне значення для пізнання світу має проблема чисельного співвідношення між атомами різних елементів. Яких атомів у світі більше? Це питання дуже важливе і для вирішення загадки походження елементів - загадки взаємного перетворення речовини у всесвіті, і для вирішення найважливішого питання всього природознавства - питання про походження і розвиток зоряних світів.
У наші дні наука вже зуміла знайти шляхи підходу до вирішення цих великих питань. І ці шляхи також не можуть минути періодичний закон. Теорія освіти елементів, розвинена на основі вивчення фізики атома, призводить до дуже важливого висновку, що відносна поширеність атомів того чи іншого елемента у Всесвіті визначається зарядом ядра, тобто його номером в періодичній системі елементів Менделєєва. Значить, така властивість елемента, як поширеність у всесвіті, визначається будовою його атомних ядер, законами їх утворення і перетворення, законами нової, що зароджується в наш час хімії майбутнього - ядерної хімії.
І що саме вражаюче, ядерна хімія вже відкрила існування дивних, "магічних" закономірностей, що вказують на ще не відомий періодичний закон в будові атомних ядер різних елементів. Цей загадковий закон проявляється в періодичній залежності стійкості атомних ядер від порядкового номера елемента в періодичній системі Менделєєва.
Періодична закономірність в хімії ядерних перетворень дуже схожа з законом періодичної зміни хімічних властивостей елементів, який був відкритий Менделєєвим. Періодичний закон Менделєєва привів науку до розкриття таємниці будови зовнішніх частин атома.
Але вже і в наші дні ядерна хімія призводить до дуже цікавих і важливих результатів. Одним з найважливіших є створення теорії поширеності хімічних елементів. Вона заснована на вченні про стійкість атомних ядер та ймовірності їх утворення.
Ця теорія приводить до висновку, що відносна кількість атомів кожного елемента в світі залежить від його положення в періодичній таблиці - від його атомного номера. І поширеність елементів теж являє собою дуже цікаву і дивну періодичну залежність: у світі переважають атоми з малими номерами, що стоять на початку періодичної таблиці; атомів елементів з парними порядковими номерами в світі більше (86%), ніж їх сусідів - елементів з непарними номерами ( 14%).
Вчені-геохімік вивчають склад земної кори, вивчають закони, що керують рухом елементів протягом мільйонів років тих геологічних епох, коли утворилися поклади залізних руд, вугільні пласти, золоті розсипи, родовища алмазів. Їм абсолютно необхідно знати загальні запаси кожного елемента на земній кулі. Вони виконали тисячі і тисячі аналізів гірських порід та мінералів. Вони знайшли чудові способи оцінювати потужність пластів, утворених гірськими породами, визначати, скільки важать гірські хребти, яка товщина материків, скільки води в океані, скільки її в хмарах і хмарах, скільки солі у всіх морях і скільки в них золота.
Геохіміки зуміли скласти чудову таблицю, що показує запаси кожного з хімічних елементів на Землі.
Це дуже цікава таблиця. З неї видно, що левова частка за складом земної кулі припадає лише на шість найбільш поширених елементів: залізо, кисень, кремній, магній, алюміній, кальцій.
Разом узяті вони складають 94% нашої планети за вагою. Найбільш поширені кисень і залізо, їх у 1 000 000 000 000 000 разів (1015) більше, ніж самих рідкісних елементів, наприклад полонію або актинія.
Якщо порівняти наявні на всій Землі кількості заліза, кобальту та нікелю - елементів, що стоять поруч у восьмій групі періодичної системи, то виявиться, що земна куля складається з заліза (атомний номер 26) на 36,9%, кобальту (атомний номер 27) на 0,2%, нікелю (атомний номер 28) на 2,9%.
У заголовку цього розділу було зазначено, що мова піде про хімічний склад метеоритів, а до цих пір мова йшла про склад земної кулі. Але, по-перше, Земля - теж небесне тіло, і, по-друге, потрібно знати хімічний склад Землі, щоб порівняти його зі складом метеоритів, які прилітають до нас на Землю з таємничих глибин космічного простору.
Найточніші хімічні аналізи величезного числа метеоритів, що впали на нашу планету, дали чудові результати. Виявилося, що якщо підрахувати середній вміст у всіх метеоритах найбільш поширених на Землі елементів: заліза, кисню, кремнію, магнію, алюмінію, кальцію, - то на їх частку падає рівно 94%, тобто їх у складі метеоритів одно стільки ж, скільки у складі земної кулі.
Крім того, з'ясувалося, що в залізних метеоритах
заліза 91,0%,
кобальту 0,6%,
нікелю 8,4%.
Якщо порівняти ці числа з відносним поширенням цих елементів на земній кулі, наведеними вище, то виходить зовсім вражаючий збіг: виявляється, що на Землі з цих трьох елементів припадає на частку
заліза 92%,
кобальту 0,5%,
нікелю 7,5%,
тобто і на Землі і в метеоритах ці елементи знаходяться приблизно в однакових співвідношеннях. Ці та багато інших виявлені збіги дали вченим підстави зробити висновок: речовина на Землі і речовина в небесному просторі однаково. Воно складається з одних і тих же елементів.
Кожен з елементів і на Землі і в метеоритах має майже однаковий ізотопний склад. Наприклад, неодноразово проводилися аналізи ізотопного складу сірки, видобутої з попелу і лави численних вулканів, розташованих в різних частинах земної кулі, показали, що сірка однакова всюди. Усюди відношення між кількостями стабільних ізотопів сірки -32 і ссри-34 одне і те ж. Воно дорівнює 22,200. Ізотопний склад сірки з метеоритів - єдиних представників Космосу, доступних прямому вивчення, абсолютно такий же, як і на Землі: S32/S34 = 22,200.
Далі виявилося, що найбільш поширені елементи одні й ті ж. Навіть співвідношення між ними і тут і там одне й те саме. Чергування елементів з парними і непарними порядковими номерами в періодичній таблиці також дотримується однаково і тут і там. Можна було б, звичайно, навести ще дуже багато прикладів, які показують велику подібність у поведінці хімічних елементів на Землі і в космічному просторі, відзначити ще дуже багато загальних закономірностей.
Чи може це бути випадковим? Звичайно, немає.
Звідки б не прилітали до нас на Землю випадкові гості з Всесвіту - можливо, це частини комет, що належали сонячній системі, може, це уламки малих планет, може, це вісники з чужого зоряного світу, - важливо одне: за своїм хімічним складом , за співвідношенням між елементами, з тих хімічних сполук, які знайдені в метеоритах, вони повідомляють нам, що дія великого закону Менделєєва не обмежується межами нашої планети. Він є єдиним для всього Всесвіту, де можуть існувати атоми з їх електронною оболонкою. Матерія всюди єдина.