Метеориты предлагают нам множество загадок. Среди них способ, благодаря которому огромное количество крохотных сферул оказалось включенными в состав метеоритов крупнейшего семейства – хондритов. Эти образования, также называемые хондрулами, были впервые описаны британским минерологом Генри Сорби в 1877 году. Он предположил, что хондрулы – каким-то образом сконденсировавшийся материал молодой Солнечной системы. Облако газа и пыли, или протопланетный диск, почему-то создало благоприятные для этого условия. С тех пор стоит вопрос, как же это произошло. Ответ предлагает сотрудник Чикагского университета Лоренс Гроссман. В течение длительного времени считалось, что хондрулы образовались из жидких капель, которые, очень быстро остывая, создавали небольшие сферические образования. Хорошая теория, вот только откуда взялась жидкость?

В исследовании Гроссмана реконструируется последовательность конденсации материалов из облака пыли и газа, давшего рождение как Солнцу, так и планетам нашей системы. По полученным результатам нельзя заключить, что именно конденсация стала причиной появления хондрул. Вместо этого Гроссман предлагает удивительную гипотезу – рождение хондрул при столкновениях планетезималей, древних протопланет, которые на заре Солнечной системы часто притягивались и разрушались, так и не дав родиться полноценной планете. Большая часть хондрул, а может и все они, имеют предшественниками некоторые твердые образования. Возможно, они рождались при расплавлении этих предшественников. При ударе планетезималей они нагревались настолько, что практически полностью плавились – вот и жидкость, и твердый предшественник.

Стоит заметить, есть и более экзотические гипотезы плавления уже образовавшегося твердого вещества, чтобы оно потом остыло и создало хондрулы. Например, это могли быть разряды молний в плотном газопылевом диске, процессы в атмосфере молодого Юпитера, или же, наоборот, совершенно банальные удары между частицами пыли на больших скоростях. Следующей проблемой, после плавления твердых тел, является химический состав хондрул. В них присутствует оксид железа. В целом хондрулы состоят их песка и похожих соединений кремния. Они плавятся при очень высокой температуре и затем быстро остывают при образовании хондрул. Однако оксид железа образуется при температурах, примерно на 1000 градусов меньших, чем плавление песка. Так что он должен был попасть в хондрулы уже после их образования. Но наблюдаемое количество оксида железа не может быть объяснено диффузией. Его проникновение в уже готовые хондрулы шло очень медленно при типичных для протопланетного диска температурах. Откуда же тогда в расплавленных и остывших хондрулах взялся оксид? Удары между ледяными планетезималями могли создать условия с очень высокими температурой и давлением и с высокой концентрацией водяных паров. Эти условия одновременно идеальны для рождения хондрул и для окисления железа. Для подтверждения своей гипотезы Гроссман обратился к известному специалисту, Джею Мелошу из Университета Пердью. Он взял на себя обязанность проверить теорию с физической точки зрения и провести независимое дополнительное моделирование.

Образование различных минералов при остывании материала в протопланетном диске – основная работа Гроссмана в течение последнего десятилетия. При температурах в 1800 градусов почти никакие минералы, находимые в хондрулах, еще не кристаллизуются. Когда температура падает до 400 градусов, почти все минералы уже остывают достаточно для образования твердых частиц. Однако Гроссман обратил особенное внимание на те минералы, которые рождаются в ходе охлаждения на первые 200 градусов. Это – оксид кальция, алюминия и титана, некоторые силикаты. Все они находятся в метеоритах и хондрулах. Однако для попадания оксида железа в силикаты при высокой температуре необходимы дополнительные условия. Например, добавление водяных паров и давления предоставляет нужные условия. Источником повышенного давления логично предположить ударные волны от столкновения планетезималей. При этом рождаются практически те же хондрулы, что мы находим в метеоритах. Их химический состав практически идентичен, но незначительно отличается изотопный состав.

Отправной точкой в исследовании Гроссмана стали результаты, полученные Конелом Александром, сотрудником Института Карнеги. Он открыл небольшие включения обычной соли в кристаллах оливина, богатых хондрулами. При кристаллизации оливина из жидкости с температурой около 2000 градусов, большая часть соли должна быстро испариться, и лишь небольшое ее количество успеет кристаллизоваться. Однако, несмотря на чрезвычайную летучесть соли, в кристаллах оливина ее очень много. Это возможно только при очень большом давлении или очень большой концентрации пыли. По результатам Александра, при кристаллизации оливин терял не более 10% соли. Этот удивительный результат хорошо объясняет теория Гроссмана. В обычных условиях протопланетного диска почти вся соль испарилась бы – в нем нет ни нужного давления, ни концентрации пыли. А вот при столкновении двух планетезималей давление грандиозно, а запас пыли от разрушенных предшественников планет более чем достаточен для рождения запасов оливина.