Каждый день в атмосферу Земли попадает от 5 до 270 тонн космической пыли. При этом, пока одни внеземные частицы – метеороиды – сгорают в атмосфере, другие – микрометеориты и космическая пыль – достигают поверхности. Такие частицы составляют большую часть аккрецированного вещества Земли и являются бесценным кладезем информации для изучения и понимания Космоса. Наиболее подходящим районом для сбора микрометеоритов является Центральная Антарктида, благодаря удалённости от густонаселённых материков и связанной с этим низкой концентрации континентальной, морской и промышленной пыли .
Коллектив российских ученых из Петербургского института ядерной физики НИЦ «Курчатовский институт», Санкт-Петербургского Государственного Университета, Казанского Федерального Университета и Института Молекулярных Соединений исследовал коллекцию частиц, собранных в центре Антарктиды, в районе станции Восток. Результаты опубликованы в журнале Meteoritics & Planetary Science.
Коллекция содержит микрочастицы с фильтров, через которые пропускалась вода растопленного снега, собранного в период с мая по сентябрь 2017 года в чистой зоне недалеко от станции Восток в центральной Антарктиде. Существенная часть частиц- микрометеориты (внеземные частицы размером менее 1 мм).
Исследования внеземных материалов могут пролить свет на структуру и состав падающих на Землю частиц. Так, например, состав существующих коллекций космических шариков позволяет с долей уверенности утверждать, что кометы семейства Юпитера, такие как комета Галлея, и кометы Облака Оорта и прочие астероиды являются доминирующими источниками собранной пыли. Однако до сих пор коллекции микрометеоритов разбрасаны по времени падения от нескольких до одного миллиона лет. Поэтому выделить из сборов частицы отдельного метеорного потока практически невозможно.
В этой работе наши ученые предлагают альтернативный метод отбора проб, который сосредоточен на сборе свежевыпавшего снега. Многолетнее и непрерывное накопление информации позволит в будущем детализировать и систематизировать данные о структуре, составе и динамике прохождения отдельных метеорных роев, давая представление о строении и особенностях эволюции родительских тел метеороидов – комет и астероидов, в результате распада которых образуются метеорные потоки.
Морфологию и элементный состав собранных частиц изучали посредством СЭМ в МРЦ по направлению «Нанотехнологии» Научного парка СПбГУ. Среди всего многообразия частиц для детального наблюдения были выбраны сферические частицы. Такая форма частиц типична для микрометеоритов и сферулы легко обнаруживаются в общей массе пыли на фильтре, содержащей значительную долю искусственной пыли деятельности человека. Коллекция пыли содержит 197 сферул. 95% проанализированных сферул состоят из оксида железа (Рис. 1.). Диаметры сферических частиц варьировались от 0,5 до 117 мкм.
Рис. 1. Типичные примеры изображений сферул оксида железа с электронного микроскопа. (а) частица с кратерами на поверхности; (б) сферическая частица с 1,64% Ni и типичным для шариков оксида железа рельефом поверхности;
(в) эллиптическая частица; г) частица с открытой внутренней полостью; (e) измельченная полая частица;
(е) дробленая частица с ядром внутри; (ж) – частица с рельефом из остроугольных зерен; (з) частица с узором «параллели»;
(i) частица с рисунком «меридианов».
Анализ собранного материала, метеорологических данных, антропогенных и природных источников свидетельствует о внеземном происхождении значительной доли частиц. В 5% сферул обнаружен никель, что считается индикатором их метеоритного происхождения.
Собранные частицы имеют неравномерное распределение во времени с кратковременным и интенсивным пиком сбора 27-28 июля 2017 года (Рис. 2.). В сборах 27 и 28 июля выявлено большинство шариков (105) из 21 дневных проанализированных коллекций. Среднее количество сферул в сборах 27 и 28 июля – 53 шт./коллекция, тогда как в остальных сборах среднее количество сферул – 4,2 шт./коллекция.
Рис. 2. Распределение собранных сферул по размеру (а) и дате сбора (б).
В статье даются две возможные независимые причины пиков выпадения: (1) прохождение Земли сквозь метеорные потоки и (2) влияние магнитных бурь на состояние атмосферы и траекторию движения внеземных частиц с низких околоземных орбит. Из-за нагрева атмосферы частицами солнечного ветра во время магнитной бури давление на высотах около 100 км значительно возрастает. Частицы, движущиеся по низким круговым и эллиптическим орбитам «врезаются» в авроральное кольцо «приподнятой» атмосферы и падают на Землю.
Исходя из приведенных в статье оценок, из-за длительного осаждения микронной пыли при одновременном входе в верхние слои атмосферы частицы разного размера будут достигать поверхности Земли в широко разнесенные во времени периоды — до нескольких недель. Однако частицы, обнаруженные в два соседних дня максимального сбора 27-28 июля 2017 г., имеют широкий диапазон размеров от 3 до 38 мкм.
Это противоречие может быть разрешено только при учете возможности ускоренного осаждения частиц, являющихся ядрами конденсации водяного пара. По спутниковым наблюдениям и лидарным измерениям с соседней станции Конкордия (560 км от станции Восток), устойчивые и протяженные полярные стратосферные (перламутровые) облака образуются в полярную зиму над Антарктидой на высоте 15–20 км. Переохлажденный пар в облаках кристаллизуется на пылевых частицах, создавая вокруг частиц ледяную корку. Размеры и массы таких осадков уравниваются, а разница в скоростях их выпадения становится не столь значительной.
НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ
Нет комментариев