Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Космическая пыль

Что космическая пыль может рассказать о Солнечной системе и Земле

22.02.2021 04:17:58 | Автор: admin

Вот так под микроскопом выглядят микрометеориты
Каждый год на квадратный метр поверхности Земли приходится около 10 частичек внеземного вещества космической пыли. Это означает, что пыль везде. На улицах, в вашем доме, возможно, даже на вашей одежде, говорит Мэтью Гендж, ученый из имперского колледжа Лондона. Он специализируется как раз на гостях из космоса микрометеоритах.

Круглые и разноцветные, микрометеориты отличаются друг от друга. Но до 1870 года их никто не замечал, пока экспедиция HMS Challenger не обнаружила их на дне Тихого океана. На суше обнаружить нечто подобное сложнее, поскольку гостей из космоса быстро прячет обычная пыль.

В течение веков ученые считали, что странные объекты со дна морей и океанов расплавленные частицы с поверхности более крупных метеоритов, в момент их прохождения через поверхность. Но на самом деле это не всегда так большая часть космической пыли попадает к нам не с поверхности метеоритов, а с космических скал, которые находятся в миллионах километров от Земли. Эти частицы оставляют крохотные сообщения, которые расшифровывают ученые. Гендж один из них, он занимается этим уже в течение 30 лет.

Он начал работать в тот момент, когда ученые узнали, что в Антарктиде много микрометеоритов. Около 10% пыли, встречающейся во льдах Антарктиды попала к нам из космоса. Поэтому Гендж занялся изучением этой пыли, ее состава и морфологии. Специалистов по микрометеоритам немного, это небольшое и тесное сообщество. Но Гендж несколько выделяется дело в том, что он смог научиться интерпретировать информацию, которую несет космическая пыль. Причем не столько о происхождении пыли, сколько о Земле в разные моменты истории нашей планеты.


Космическая пыль в сосуде. Ее собрали в Антарктиде в 2006 году

Сейчас Гендж изучает образцы пыли у себя дома, поскольку работа в лаборатории еще не восстановлена из-за пандемии. Он взял собранную пыль, микроскоп, чего вполне достаточно для работы.

Почему именно космическая пыль


Астрономы обычно уделяют максимум внимания звездам и галактикам. Все потому, что они очень заметны, это во-первых, и дают массу информации о космосе, во-вторых. Но пыль, хотя и совсем незаметна, может дополнить наши знания о космосе и том, что нас окружает. Ведь частички космического вещества содержат огромное количество информации о том, откуда они и как попали к нам. Пыли в космосе огромное количество, а на Землю она попадает гораздо чаще, чем метеориты.

Откуда к нам попадает пыль


Несмотря на то, что ученые уже очень давно знают о космической пыли, до 1990-х астрономы почти ничего не знали о том, что является генератором пыли в Солнечной системе. Французские ученые, например, считали, что пыль приходит к нам с комет. Но в итоге удалось понять, что микрометеориты (т.е. пыль) попадает к нам с астероидов. Большая их часть по составу схожа с метеоритами типа углистые хондриты.


Ну а что можно узнать при помощи микрометеоритов?


Они дают информацию, которую сложно или невозможно получить при изучении обычных метеоритов. Кроме того, попадание метеорита на нашу планету случайность. Для этого нужно, чтобы от астероида откололся кусок, потом этот кусок двигался бы по орбите, отличной от орбиты астероида, и все факторы сошлись бы таким образом, чтобы метеорит упал на Землю.

С пылью все похоже и, в то же время, немного иначе. Да, для того, чтобы частица пыли оторвалась от поверхности какого-либо объекта, нужно внешнее воздействие. Но потом пыль движется под действием солнечного света. Этот процесс называется эффектом Пойнтинга-Робертсона. Эффект был впервые описан в 1903 году известным британским физиком Джоном Генри Пойнтингом, который объяснил его в рамках эфирной теории электромагнетизма. Правильное объяснение эффекта с точки зрения общей теории относительности дал Говард Перси Робертсон в 1937 году.


Мэтью Гендж во время изучения космической пыли у себя дома в Лондоне
Так вот, космическая пыль по спирали движется к Солнцу. Траектория движения пересекает орбиты планет, так что вероятность захвата пыли какой-либо планетой, включая Землю, достаточно высокая. В целом, эта вероятность гораздо выше вероятности попадания метеорита на Землю. Кроме того, космическая пыль, микрометеориты, попадает к нам из всех уголков Солнечной системы, так что информации можно извлечь очень много.

В целом, один метеорит дает большое количество информации о небольшом количестве объектов. А космическая пыль дает небольшой объем информации о многих объекта. Ну а все это в комплексе предоставляет ученым огромный массив данных.

А куда еще падает космическая пыль?


Конечно же, не только на Землю. Она попадает на Венеру, Марс, Юпитер и другие объекты. Что касается Земли, то есть предположение, что космическая пыль один из факторов, который привел к появлению жизни. Микрометеориты все время приносят на нашу (и другие) планету аминокислоты основу жизни. Конечно, чтобы из аминокислот возникла жизнь, нужно много больше, чем просто увеличение концентрации аминокислот. Тем не менее, это один из важных факторов. И, к слову, микрометеориты основной источник органических веществ для Марса.


Кроме того, космическая пыль играет важное значение для цепочек питания (трофические цепи) глубоководных биосистем. Некоторые регионы океана настолько сильно удалены от суши, что организмы, которые живут там, нуждаются в ином источнике некоторых элементов. Это может быть, например, железо и именно микрометеориты приносят железо этим организмам.

Что она позволяет узнать о Солнечной системе?


Состав различных областей системы. Так, во время ее формирования состав разных слоев менялся. И чем больше времени проходит, тем сильнее изменения. Когда ученые исследуют метеориты и микрометеориты, они стараются понять, в каком месте диска Солнечной системы образовался объект и как меняется состав и структура слоев этого диска.

Каждая планета формировалась в уникальных условиях, поэтому они отличаются друг от друга. Понимание этих условий помогает понять, как могут выглядеть планеты из других звездных систем и каков принцип их образования.

А что космическая пыль помогает понять о Земле?


В первую очередь, это атмосферный состав планеты в разные эпохи. Когда очень горячий объект проходит через атмосферу, он с ней взаимодействует. Изучая этот объект, можно определить особенности атмосферы в определенный период времени.

Одно из исследований, опубликованных в Nature, раскрывает результаты изучения микрометеоритов, пыли, выпавшей на Землю 2,7 млрд лет назад. Эти объекты нашли в песчанике в Австралии и изучили. В итоге удалось понять, какой была атмосфера в тот период времени.

Кусок раскаленного металла, помещенный в атмосферу, поглощает кислород. И это отличный инструмент для измерения состава верхних слоев атмосферы Земли. Если ученые смогут изучить микрометеориты на Марсе, то получат изрядный объем данных об атмосфере этой планеты в прошлом.


Но пока что мы изучаем историю Земли. Так, до изучения микрометеоритов из австралийского песчаника считалось, что 2,7 млрд лет назад кислорода в атмосфере было очень мало. Но, изучив эти объекты мы поняли, что нет его было много.

Правда, на изучение космической пыли нужно очень много времени. Ученый, о котором говорилось выше, до сих пор исследует образцы, собранные им в 2006 году, настолько это долгий процесс. Сбор образцов, к слову, занял всего 5 минут.

Что касается Антарктики, то там удалось собрать около 6 кг пыли, и в этом объеме оказалось около 3000 самых разных микрометеоритов.

Подробнее..

Микрометеориты как ученые космическую пыль взвешивали

14.04.2021 10:21:24 | Автор: admin


Далеко не все небесные тела так опасны, как о том говорят плоды массовой культуры. Конечно, есть астероиды колоссальных размеров, которые способны стереть жизнь с лица Земли, но они так же далеко, как человечество до полного взаимопонимания друг друга. Иногда новостную ленту, наполненную политикой, склоками и междоусобицами, прерывает сообщение о падении на Землю какого-то объекта. Ярким тому примером является метеорит Челябинск, упавший в 2013 году на территории одноименной области. Но далеко не все падающие на поверхность Земли космические объекты так популярны и, самое главное, так заметны. Подавляющее большинство это очень маленькие и безобидные метеороиды, появление которых в нашей атмосфере называют падающими звездами, а точнее метеорами. На протяжении последних 20 лет ученые из НЦНИ (Национальный центр научных исследований, Франция) изучали микрометеориты, совершившие аварийную посадку на Земле. Почему исследования проводилось в Антарктиде, каких размеров были найденные объекты, и сколько микрометеоритов насчитали исследователи? От этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

Основа исследования


Каждый год на нашу планету падает весьма немалое число различных объектов, которые классифицируют в зависимости от размеров, массы, происхождения и т.д. Однако в этом вопросе существует много споров. К примеру, по мнению одних ученых метеоритами стоит называть тела размером свыше 2 мм, а микрометеоритами от 10 мкм до 2 мм. При этом по стандартам IAU (International Astronomical Union) к метеоритам относятся тела от 30 мкм до 1 м, а микрометеориты это объекты с субмиллиметрыми размерами.


Метеорит Гоба

Что касается массы, то тут все чуть проще. Тяжелый метеорит, легкий микрометеорит. Маса большинства микрометеоритов колеблитсья от 109 до 104 грамм, тогда как масса самого крупного метеорита Гоба составляет 66 тонн. Несмотря на это, именно микрометеориты составляют большую часть внеземного материала, попадающего на Землю.

Проблема каких-либо измерений, связанных с микрометеоритами, заключается, как бы иронично это не звучало, с их малыми размерами. Субмиллиметровые частицы крайне сложно отслеживать в момент вхождения в атмосферу, а искать на поверхности еще сложнее. Именно по этой причине полевые наблюдения проводились на территории антарктической станции Конкордия, расположенной на Куполе С (Антарктида; 750600 ю. ш. и 1231958 в. д.). Условия тут далеки от курортных, ибо температура может опускаться до -80 C, а ночь длиться 4 месяца подряд.


Изображение 1

Самыми важными аспектами такой локации для данного исследования являются регулярность осадков и невероятная чистота снега, которые в совокупности позволяют контролировать условия сбора образцов и параметры воздействия, т.е. природные факторы, влияющие на образцы.

За время исследования было найдено 1280 нерасплавленных микрометеоритов (uMM от unmelted micrometeorites) и 808 космических сфер (CS от cosmic spherules) диаметром от 30 до 350 мкм.


Изображение 2

Стоит отметить, что распределение космической пыли по размерам в диапазоне диаметров 10-1000 мкм до входа в атмосферу осуществлялось посредством инфракрасных наблюдений Зодиакального облака*, детекторов пыли в космос и радиолокационных наблюдений.
Зодиакального облака* состоит из космической пыли, которая пронизывает пространство между планетами внутри планетных систем, таких как Солнечная система.
При входе в атмосферу часть потока испаряется, а другая часть сохраняется в виде расплавленных и нерасплавленных частиц. Сложные физико-химические процессы, происходящие при входе в атмосферу, были описаны с помощью модели CABMOD-ZoDy (Sources of cosmic dust in the Earth's atmosphere и Cosmic dust fluxes in the atmospheres of Earth, Mars, and Venus), которая была усовершенствована для учета измеренного распределения массы.

Результаты исследования



Изображение 3: сверху гистограммы распределений размеров uMM (синий) и CS (красный); снизу кумулятивное количество и массовые распределения uMM (синий и серый) и CS (красный и оранжевый).

На графиках выше представлено распределение по размерам uMM и CS из полного набора данных. uMM и CS демонстрируют максимальный поток по количеству частиц при Deq = 50 мкм (эквивалентный диаметр Deq = (a b b)1\3).


Изображение 4: сверху распределение по размерам для uMM (слева) и CS (справа), представленное как поток массы с использованием ячеек в 30 мкм для диаметра; снизу распределения массы для uMM (слева) и CS (справа), выведенные из полного набора данных и построенные с логарифмическими ячейками по массе.

Сумма масс частиц относительно параметра воздействия в выбранных расплавах составляет 2.7 мкг/м2 в год для uMM и 5.2 мкг/м2 в год для CS. Эти значения, скорректированные по Q (эффективность сбора микрометеоритов), обеспечивают абсолютный поток массы в диапазоне диаметров от 30 до 240 мкм.

Если же ограничить анализ образцов исключительно расплавами снега из этого региона, то общий поток массы частиц размером от 30 до 240 мкм составляет 7.7 мкг/м2 в год. Принимая во внимание нижний предел диаметра в 12 мкм и верхний предел в 700 мкм, предполагаемые глобальные значения равны: 3.0 1.0 мкг/м2 в год для uMM и 5.7 1.5 мкг/м2 в год для CS. Экстраполируя эти данные на всю поверхность Земли, поток uMM составляет 1600 500 тонн в год.

Что касается процентного соотношения по габаритам, то примерно 75% uMM и CS, найденных вокруг станции Конкордия, были от 30 до 100 мкм. Однако такого размера микрометеориты составляют лишь 30% от общего потока массы. uMM и CS диаметром от 100 до 200 мкм составляют от 15% до 20% от общего числа найденных частиц, при этом они представляют около половины общего потока. А частицы с диаметром > 200 мкм попадались крайне редко, но их вклад в общий поток весьма внушителен и составляет около 20%.


Изображение 5: слева изменение отношения между измеренным и номинальным входным потоком для различных диапазонов процентилей и вероятности восстановления в зависимости от параметра воздействия; справа P30, P20 и P10 это вероятности (в зависимости от параметра воздействия) того, что номинальный входной поток оценивается с погрешностью менее 30%, 20% или 10% соответственно.

Распределение массы uMM и CS достигает своего максимума при Deq = 100 мкм и Deq = 120 мкм соответственно. Эти габариты соответствуют массе 0.8 мкг для uMM и 2.7 мкг для CS. Для масс более 10 мкм uMM частицы вносят в общий поток вклад в 10 раз больший, чем CS.


Изображение 6: распределение CS и uMM из разных коллекций образцов, собранных в данном регионе в ходе различных исследований.

Из графика показано распределение внеземных частиц на околоземной орбите, полученное в результате столкновений этих частиц с панелями спутника LDEF (от Long Duration Exposure Facility).


Long Duration Exposure Facility

Измерения размеров кратеров, вызванных высокоскоростными столкновениями субмиллиметровых частиц с панелями, были использованы для определения распределения размеров внеземных частиц до входа в атмосферу. Важно отметить, что наземные распределения могут существенно отличаться от доатмосферного распределения ввиду потери массы более крупными частицами в момент их вхождения в атмосферу.

Сравнение результатов данного исследования с данными предыдущих трудов показало незначительные расхождения, которые могли быть вызваны несколькими факторами: разная область сбора образцов, разная скорость накопления снега, вариативность потока частиц и т.д. Однако, несмотря на расхождения, данный труд характеризует глобальный поток частиц примерно на том же уровне, что и исследования 2004 года, когда образцы собирались в трех местах вокруг гор Ямато (Антарктида).

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог


В ходе данного исследования были собраны образцы микрометеоритов в районе станции Конкордия (Антарктида). Эта локация была выбрана не просто так, а по причине высокой степени чистоты снежного покрова, что позволяет лучше контролировать сбор образцов. Также важную роль сыграла регулярность выпадения осадков, что позволяет более точно оценивать параметр воздействия окружающей среды на собираемые образцы. Всего из снега было собрано 1280 uMM (нерасплавленные микрометеориты) и 808 CS (сферические объекты) частиц.

Анализ четырех расплавов (забор снега для выявления частиц) позволил установить общий поток массы, переносимый частицами в диапазоне диаметров от 30 до 240 мкм: 2.7 мкг/м2 в год для uMM и 5.2 мкг/м2 в год для CS. Экстраполяция этих данных на глобальный поток частиц, охватывающий диапазон диаметров 12700 мкм, показывает, что на Землю падает примерно 1600 тонн uMM и 3600 тонн CS частиц в год. Соответствующий поток углерода, переносимый этими частицами, составляет от 20 до 100 тонн в год.

Около 25% потока, достигающего поверхности Земли в неизмененном виде, переносится частицами с высокой концентрацией углерода, что указывает на кометы, как их источник. Анализ данных с помощью расширенной модели CABMOD-ZoDy показал, что большая часть приходящего на Землю потока внеземных частиц происходит от комет семейства Юпитера. Именуются они так, поскольку их текущие орбиты в первую очередь определяются гравитационным влиянием Юпитера. Также моделирование показало, что общий поток частиц до вхождения в атмосферу составляет около 15000 тонн в год.

Вышеописанные результаты лишний раз подтверждают, что именно микрочастицы являются основным источником веществ внеземного происхождения на Земле. Другими словами, хоть крупные метеориты и выглядят внушительно, и приземляются эффектно, их годовой поток составляет всего лишь 10 тонн.

Какого бы размера ни были упавшие на нашу планету объекты, они оказывают определенное влияние на ее развитие, учитывая переносимые ими вещества. Подобного рода исследования позволяют лучше оценить степень этого влияния.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята.

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru