06 июня 2023 Космос в снегах Антарктиды
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 концентрацией континентальной, морской и промышленной пыли.
В недавно опубликованной работе [Chetverikov, Y. O., Ezhov, V. F., Glukhov, M. S., Ivankova, E. M., Loshachenko, A. S., Kalganov, V. D., & Yakubovich, O. V. (2023). Extraterrestrial dust flux monitoring at Antarctic Vostok station: New collection of extraterrestrial spherules fallen from May to September 2017. Meteoritics & Planetary Science.] коллективом российских учёных из СПбГУ, Петербургского института ядерной физики, Казанского Федерального Университета и Института Молекулярных Соединений исследована коллекция частиц из Антарктиды.
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- идентифицированы как микрометеориты (внеземные частицы размером менее 1 мм).
Исследования внеземных материалов могут пролить свет на структуру и состав падающих на Землю частиц. На основании существующих коллекций космических шариков доминирующим источником собранной пыли являются кометы семейства Юпитера, с меньшей частотой встречаются частицы, которые могут быть отнесены к комете Галлея, кометам Облака Оорта и прочим астероидам. Однако до сих пор коллекции микрометеоритов разбросаны по времени падения от нескольких месяцев до одного миллиона лет. Поэтому выделить из сборов частицы отдельного метеорного потока практически невозможно.
В данной работе наши учёные 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 сканирующей электронной микроскопии 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 части 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 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.
