Древнейшие в Солнечной системе минералы рассказали, каким было Солнце до рождения Земли

Исследованные кристаллы образовались в протопланетном диске позже Солнца, но раньше Земли.

Иллюстрация Field Museum, University of Chicago, NASA, ESA, E. Feild (STScl).

Кристаллы хибонита под микроскопом имеют характерный голубой цвет.

Иллюстрация Andy Davis, University of Chicago.

Уникальное исследование позволило зафиксировать следы солнечной активности в метеоритах, образовавшихся раньше нашей планеты. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy группой во главе с Левке Кёпом (Levke Kööp) из Чикагского университета.

Сегодня практически все специалисты считают, что Солнце, планеты и другие тела Солнечной системы сформировались из одного и того же протопланетного диска. Множество таких дисков обнаружено у других звёзд.

Наблюдения за подобными системами показывают, что новорождённые светила чрезвычайно активны. Они порождают куда больше звёздного ветра и корональных выбросов, чем их "остепенившиеся" собратья. Естественно предположить, что и Солнце на заре времён вело себя подобным образом. Но прямых доказательств тому до сегодняшнего дня не было.

"Солнце было очень активно в ранней жизни: оно чаще продуцировало и испускало более интенсивный поток заряженных частиц. Я думаю о моём сыне: ему три, он тоже очень активен", – сравнивает Филипп Хек (Philipp Heck) из Чикагского университета, соавтор исследования.

"Машиной времени" для астрономов служат метеориты, сформировавшиеся раньше Земли. Особенно специалистов интересуют небесные камни, содержащие кальций и алюминий. В них встречаются включения изотопов (например, бериллия-10), которые могли быть порождены ядерными реакциями с энергичными протонами солнечного ветра.

Однако въедливые специалисты предложили альтернативные механизмы накопления в метеоритах этих веществ. Необходимы были дополнительные решающие свидетельства.

Их получила группа Кёпа, изучая кристаллы хибонита (hibonite) в метеоритах. Они образовались, когда протопланетный диск только начал остывать.

"Это, вероятно, первые минералы, образовавшиеся в Солнечной системе", – предполагает Хек.

Кристаллы хибонита под микроскопом имеют характерный голубой цвет.

"Самые большие минеральные зерна из древних метеоритов всего в несколько раз больше диаметра человеческого волоса. Когда мы смотрим на группу этих зёрен под микроскопом, зёрна хибонита выглядят как маленькие светло-голубые кристаллы. Они довольно красивы, – говорит соавтор исследования Энди Дэвис (Andy Davis) из Чикагского университета. – Эти кристаллы содержат такие элементы, как кальций и алюминий".

Исследователи обнаружили в хибоните возрастом более 4,5 миллиарда лет гелий и неон. Это инертные газы, они не вступают практически ни в какие химические реакции, поэтому механизм их появления в метеоритах не мог быть химическим. Это газы, а не твёрдые частицы, поэтому они не могли "прилипнуть" к комку вещества за счёт гравитации. Единственный правдоподобный механизм их образования связан с ядерными реакциями. Энергичные протоны солнечного ветра врезались в атомы кальция и алюминия, создавая неон и гелий.

Эти газы в метеоритах искали не раз, но не находили. Однако это не обескуражило исследователей.

"Если в прошлом люди этого не видели, это не значит, что их [газов] там не было, это может означать, что у них просто были недостаточно чувствительные инструменты для поиска", – отмечает Кёп.

В новом исследовании группа использовала масс-спектрометр уникальной чувствительности и внушительных габаритов (с автомобильный гараж). Лазер испарил образец, и прибор определил его химический состав.

"У нас был сильнейший сигнал, чётко демонстрирующий присутствие гелия и неона. Это было потрясающе", – признаётся Кёп.

Приняв во внимание физические и химические свойства образца, астрономы сделали вывод, что он образовался на значительном удалении от Солнца. Тем не менее он содержит следы ядерных реакций с энергичными протонами. Это значит, что поток солнечного ветра тогда был гораздо интенсивнее, чем сейчас.

"Как будто вы знали кого-то только как спокойного взрослого. У вас, конечно, были основания полагать, что он когда-то был активным ребёнком, но никаких доказательств тому не было. Но если бы вы могли подняться на чердак и найти старые сломанные игрушки и книги с порванными страницами, это было бы доказательством того, что этот человек когда-то тоже был энергичным малышом", – говорит Хек.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других важных "известиях из прошлого", принесённых метеоритами. Так, они рассказали об осколках погибшей планеты, возрасте марсианских вулканов , магнитном поле в ранней Солнечной системе и химическом составе поверхности юной Земли.