Звездная пыль на сапогах

В нашей жизни ее столько, что кажется – спасения нет. И правильно кажется! Пыль в ее всевозможных проявлениях находится не только на Земле, но и в космосе.

2569 0 0

отправить по e-mail

Пыль космоса живет своей жизнью

В ясную безлунную ночь мы все наблюдали явление «падающих звезд» - это в верхних слоях атмосферы сгорает... космическая пыль. Летящие с громадной скоростью песчинки полностью испаряются при сильном нагреве в момент взаимодействия с газовой оболочкой нашей планеты. Частицы космического вещества очень малы. Их размер колеблется в среднем от нескольких молекул до 0,1 мм. Наша домашняя пыль примерно такой же величины, жаль только, она не исчезает так красиво.

В некоторых случаях сгорание происходит менее энергетично, когда частицы «ныряют», входя под небольшим (3–5 градусов) углом в атмосферу на высоте 90–120 километров. Сбавляя скорость, они снова выходят в космическое пространство, попадают на земную орбиту и уже потом, сделав один или несколько оборотов, сгорают в атмосфере Земли.

Кстати, такой метод «выныривания» применялся в конце 60-х – начале 70-х годов при возвращении с Луны американских экспедиций программы «Аполлон» и советских автоматических станций. Космический аппарат по касательной входил в атмосферу Земли, «протыкал» ее и снова, потеряв скорость, выходил в космическое пространство. Затем, пролетев небольшое расстояние у Земли, он с гораздо меньшей
скоростью снова входил в атмосферу (уже под большим углом) и совершал посадку.

Космическую пыль условно делят на межпланетную и межзвездную. Наибольший интерес представляет вторая, поскольку у нее есть одна отличительная особенность – наличие тугоплавкого ядра и оболочки из летучих элементов. Такая пыль представляет собой примесь твердых микроскопических частиц в межзвездном газе. Ее размер – от 0,01 до 0,2 мкм, а полная масса составляет около 1% от массы газа. Химический состав пылинок определяется составом газа, из которого они сконденсировались: углерод, кремний, графит, водяной лед и т.д.
Интересно, что не вся пыль подвержена исчезновению: наиболее мелкая фракция (размером в миллиардную долю метра) огибает молекулы воздуха и, не особенно нагреваясь, выпадает на поверхность планеты.

Непосредственно на Земле космическая пыль исследуется с 40-х годов прошлого века – в осадочных отложениях, преимущественно морских. В океанических осадках пыль представлена микроскопическими зернами никеля, железа и группы платины. Любопытно отметить, что она присутствует в осадочных геологических отложениях любых возрастов – значит, поток космического вещества на Землю никогда не прерывался.

Схема строения атмосферы: 1 – уровень моря; 2 – г. Эверест, 8848м ; 3 – кучевые облака; 4 – мощно-кучевые облака; 5 – грозовые облака;
6 – слоисто-дождевые облака; 7 – перистые облака; 8 – самолет; 9 – максимальная концентрация озона; 10 – перламутровые облака; 11 – стратостат; 12 – радиозонд; 1З – метеоры; 14 – серебристые облака; 15 – полярные сияния; 16 – американский самолет-ракета Х-15; 17, 18, 19 – радиоволны, отражающиеся от ионизованных слоев; 20 – звуковая волна, отражающаяся от теплого слоя; 21 – первый искусственный спутник; 22 – межконтинентальная баллистическая ракета; 23 – геофизические исследовательские ракеты; 24 – метеоспутники; 25 – космические корабли «Союз-4», «Союз-5»; 26 – радиоволна и космические ракеты, уходящие за пределы атмосферы; 27, 28 – диссипация (ускальзывание) атомов Н и Не; 29 – траектория солнечных протонов; 30 – проникновение ультрафиолетовых лучей.

Откуда в Солнечной системе такое обилие пыли, которая миллиарды лет сталкивается с небесными телами? Казалось бы, большие планеты и их спутники уже должны были «вычерпать» ее всю. Однако многочисленные наблюдения говорят об обратном. Значит, существует источник постоянного «пополнения» космической пыли, выпадающей на Землю.

Понятно, что мелкие частицы должны появляться в результате дробления более крупных фрагментов. Первоначально оставшиеся с момента образования Солнечной системы планетезимали, а затем крупные астероиды, сталкиваясь между собой, образуют тела меньшего размера. Те, в свою очередь, дробясь, порождают мелкие
астероиды – источники небольших метеоритов.

Вещество других планетных систем нашей галактики составляет менее одного процента выпадающей на Землю космической пыли. Не стоит думать, что такие частицы состоят из каких-то аномальных, неизвестных на Земле элементов. Все наблюдения показывают идентичный состав вещества в нашей и соседних галактиках – кремний, железо, магний, углерод и др.ПЛАНЕТЕЗИМАЛЬ – небесное тело на орбите вокруг протозвезды, которое образуется в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из пыли протопланетного диска. Притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формируют более крупное тело, пока под действием силы тяжести его фрагменты не начинают уплотняться. Уплотняющееся вещество увеличивает температуру в центре, которая плавит его, и образуется протопланета.
Из-за большей плотности малых космических тел вероятность «встреч» в поясе астероидов существенно выше. Все эти столкновения приводят к образованию больших количеств космической пыли, состав которой соответствует исходному
материалу более крупных тел. Одна из разновидностей космической пыли – метеорная. Это фрагменты метеорита, среди которых есть оплавленные (те, что отделились от него при плавлении поверхности во время движения) и непереплавленные (отбившиеся при падении на твердую поверхность Земли).
Тонкие изотопные исследования упавших метеоритов показывают, что лишь небольшое их число имеют возраст, практически совпадающий с возрастом Солнечной системы (около 4,5 миллиардов лет) – то есть лишь малая часть космического вещества «не переработалась» при космических столкновениях.

Тонкие изотопные исследования упавших метеоритов показывают, что лишь небольшое их число имеют возраст, практически совпадающий с возрастом Солнечной системы (около 4,5 миллиардов лет) – то есть лишь малая часть
космического вещества «не переработалась» при космических столкновениях.

Немногие знают, что Земля, помимо Луны, имеет еще два спутника, состоящих из пыли. Как у любых двух крупных гравитационно взаимодействующих тел, в системе Земля – Луна имеются две особые точки (точки Лагранжа, или либрации), которые могут удерживать вблизи себя тела различных размеров. Скажем, в системе Солнце – Юпитер много астероидов диаметром 100 километров и более (они названы именами
героев Троянской войны).

Главный пояс астероидов (белый цвет) и троянские астероиды (зеленый цвет)

Точка L2 в системе Солнце – Земля, располагающаяся далеко за пределами орбиты Луны

Три из пяти точек Лагранжа расположены на одной оси

Схема пяти лагранжевых точек в системе двух тел

В середине прошлого века возникла идея проверить области, в которых располагаются эти стабильные точки. После трудоемких десятилетних поисков польский астроном Кордылевский в 1961 году объявил об открытии двух облаков мелкой космической пыли, находящихся на 60 градусов правее и левее линии, соединяющей Землю и Луну. Увидеть их нелегко: для этого требуется прозрачная
темная ночь и ряд дополнительных условий (например, непроецирование на относительно яркие объекты, такие как Млечный Путь). Перемещаясь вокруг Земли, эти облака сохраняют для земного наблюдателя ориентацию «сбоку» от Луны.

Размеры облаков Кордылевского немного больше диаметра Земли, а масса каждого
из них – приблизительно 20 тысяч тонн. Ничтожная величина, если учитывать, в каком объеме распылено это вещество: на кубический километр облака в среднем приходится одна пылинка.

Луна – не единственный спутник Земли

На заре космической эры считалось, что космическая пыль вполне способна причинить значительные неприятности искусственному спутнику Земли. Безусловно, космические аппараты, как и небесные тела без атмосферы, подвержены воздействию пыли. Однако скоро выяснилось, что большой угрозы мелкие частицы не представляют. При длительных пилотируемых полетах, например, отмечалось всего лишь помутнение иллюминаторов, вызванное потоком микрометеоритов.

Однако в таких полетах учитывается вероятность столкновения с метеороидами размером не менее сантиметра – космонавты даже проводят специальные тренировки на случай разгерметизации из-за пробоя обшивки орбитальной станции.

Опасность катастрофического столкновения минимальна даже при прохождении пояса астероидов. Другое дело – близкий пролет комет, когда плотность пылевых частиц в десятки тысяч раз выше, чем в окружающем межпланетном пространстве. В 1986 году европейская станция «Джотто» получила серьезные повреждения при максимальном сближении во время пролета кометы Галлея (самое обидное – была выведена из строя телекамера, из-за чего не удалось получить снимки поверхности ядра с высоким разрешением).

Из пыли появляются планеты

Но если не рисковать, развитие любой науки застопорится.

В январе 2004 года состоялся любопытный научный эксперимент: с помощью уникального пористого геля с борта американской межпланетной станции «Стардаст» была собрана кометная пыль вблизи ядра кометы Вильда-2. Перед конструкторами стояла сложнейшая задача – погасить громадную (до 20 километров в секунду!) скорость, с которой частицы, извергнутые с поверхности кометы, сталкиваются с аппаратом. Но проблему решили: был создан аэрогель – особый субстрат (самое пористое из всех веществ на Земле!), в котором мельчайшие фрагменты кометы застревали почти в неизменном виде. Через два года возвращаемый отсек зонда совершил посадку в Австралии и доставил на Землю 0,002 грамма пылевого кометного вещества, которое до сих пор активно анализируется в самых оснащенных лабораториях.

Комета Вильда-2

Stardust перед запуском

Так к необъятному числу земной пыли прибавилось ничтожное, но чрезвычайно информативное количество пыли внеземной, исследование которой дало неоценимые сведения о составе и эволюции всей Солнечной системы. Мы абсолютно защищены от негативного воздействия космической пыли, но ее подробное изучение
помогает пролить свет на происхождение и развитие нашего небесного окружения.

1 / 3