Реферат: Падения и находки

Нужно сказать, что научный мир вплоть до конца XVIII в. относился скептически к самой возможности падения с неба камней и кусков железа. Сообщения о подобных фактах рассматривались учёными как проявления суеверий, ведь тогда еще не было известно никаких небесных тел, обломки которых могли бы попадать на Землю. Например, первые астероиды - малые планеты - были открыты только в начале XIX в.

Первая научная работа, утверждавшая космическое происхождение метеоритов, появилась в 1794 г. Её автор, немецкий физик Эрнст Хладни, сумел дать единое объяснение трём загадочным явлениям: пролётам по небу огненных шаров, падениям на Землю оплавленных кусков железа и камня после пролётов и находкам странных оплавленных железных глыб в разных местах Земли. Согласно Хладни, всё это связано с поступлением на Землю космического вещества.

Кстати сказать, одной из таких необычных железных глыб была многопудовая "крица", вывезенная российским академиком Петром Симоном Палласом из Сибири и положившая начало национальной коллекции метеоритов России. Эта железная глыба со включёнными в неё зёрнами минерала оливина получила имя "Палласово железо" и впоследствии дала название целому классу железокаменных метеоритов - палласиты.

Этот метеорит никто не наблюдал при падении. Его космическая природа установлена на основании изучения вещества. Такие метеориты называют находками, и они составляют около половины мировой коллекции метеоритов. Другая половина - падения, "свежие" метеориты, поднятые вскоре после того, как они упали на Землю. К ним относится метеорит Пикскилл, с которого начался наш рассказ о космических пришельцах. Падения имеют для специалистов больший интерес, чем находки: о них можно собрать некоторую астрономическую информацию, а вещество их не изменено земными факторами.

Метеоритам принято давать имена по географическим названиям мест, соседствующих с местом падения или находки. Чаще всего это название ближайшего населённого пункта (например, Пикскилл), но выдающимся метеоритам присваивают более общие имена. Два самых крупных падения XX в. произошли на территории России: Тунгусское и Сихотэ-Алинское.

Сихотэ-Алинский метеоритный дождь

12 февраля 1947 г. на Дальнем Востоке, в западных отрогах Сихотэ-Алинского хребта, в уссурийскую тайгу упало около 100 т космического вешества. Эта масса состояла из смеси железоникелевых кристаллов разного размера, не очень прочно сцепленных между собой. В воздухе она распалась на тысячи кусков, и на землю обрушился настоящий железный дождь. Наиболее крупные обломки весили по несколько тонн. Достигнув земли с большой скоростью, они ударились о грунт и образовали более 100 кратеров и воронок. Самый большой кратер имел диаметр 26,5 м и глубину 6 м. При ударе эти глыбы еще раз разбились на сильно деформированные осколки. Более мелкие продукты атмосферного дробления полностью потеряли в воздухе свою космическую скорость и упали на снег в виде оплавленных синеватых кусков металла, сохраняя все особенности своей структуры. Их до сих пор находят неглубоко в почве в районе падения.

Тунгусский метеорит

Падение Тунгусского метеорита произошло 30 июня 1908 г. Оно сопровождалось явлениями, которые указывали на очень мощное выделение энергии. Огненный шар, видимый на территории протяжённостью в сотни километров; мощные громовые раскаты; воздушная волна, дважды обогнувшая земной шар и зарегистрированная барометрами во многих странах; наконец, небольшое землетрясение, отмеченное сейсмографом в Иркутске, - всё это говорило о чрезвычайном характере космической катастрофы. Падение произошло в глухой тайге в бассейне реки Подкаменная Тунгуска, в 100 км от ближайшего (очень маленького) населённого пункта, и только в 1927 г. первые исследователи сумели туда добраться. Им открылась потрясающая картина: почти все деревья на площади поперечником около 40 км были повалены, причём корни их показывали в одно место. А в эпицентре, где следовало бы ожидать наиболее сильных разрушений, стоял мёртвый "телеграфный" лес: голые прямые стволы с начисто обрубленными ветками. Ни первая, ни многочисленные последующие экспедиции не смогли найти ни одного куска Тунгусского метеорита. И что ещё более удивительно, на месте падения нет метеоритного кратера.

Во времена первых тунгусских экспедиций, руководимых энтузиастом метеоритики Леонидом Алексеевичем Куликом, ещё мало было известно о том, как происходит удар очень крупного метеорита о поверхность планеты. Вулканическая гипотеза происхождения лунных кратеров имела большее число сторонников, чем общепризнанная ныне ударно-метеоритная. А в США бурили дно Аризонского метеоритного кратера, надеясь обнаружить многотонную металлическую глыбу. Сегодня ясно, что мгновенная остановка в грунте огромного тела переводит в тепло колоссальную энергию его движения, происходят испарение "ударника" и самый настоящий взрыв, порождающий круглый метеоритный кратер. При этом крупных осколков метеорита может и не сохраниться. Но ведь на Тунгуске и кратера тоже нет!

Теперь мы знаем, что даже весьма крупные космические тела, влетающие в атмосферу Земли, не всегда достигают её поверхности. В 70-80-х гг. в США действовала так называемая Прерийная сеть фотографических камер, призванная фотографировать падения метеоритов. За десять лет работы удалось зафиксировать только одно падение - метеорит Лост-Сити (1970 г.). Однако к удивлению специалистов на плёнках были отмечены и более яркие болиды, чем тот, что закончился падением метеорита. И всё же после них на Землю ничего не упало - всё вещество "расточилось" в атмосфере.

Конец XX века не принёс окончательного решения Тунгусской проблемы. Самой вероятной гипотезой остаётся предположение, что Тунгусское тело представляло собой ядро или часть ядра небольшой старой кометы. Это ядро много раз прошло мимо Солнца и потеряло почти все свои льды. Остались слипшиеся воедино твёрдые частицы, не очень прочно сцепленные между собой. Влетев в атмосферу Земли, под давлением набегающего потока воздуха тело стало быстро разрушаться. На высоте в несколько километров всё оно рассыпалось в пыль, а отделившаяся ударная волна произвела те разрушения, которые зафиксированы на месте падения: она повалила деревья там, где ударила наклонно, и срубила с них сучья там, где ударила вертикально, т.е. в эпицентре.

Вещество метеоритов

Метеориты делятся на три больших класса: железные, каменные и железокаменные.

Железные метеориты состоят в основном из никелистого железа. В земных горных породах естественный сплав железа с никелем не встречается, так что присутствие никеля в кусках железа указывает на его космическое (или промышленное!) происхождение.

Включения никелистого железа есть в большинстве каменных метеоритов, поэтому космические камни, как правило, тяжелее земных. Главные же их минералы - силикаты (оливины и пироксены). Характерным признаком основного типа каменных метеоритов - хондритов - является наличие внутри них округлых образований - хондр. Хондры состоят из того же вещества, что и весь остальной метеорит, но выделяются на его срезе в виде отдельных зёрнышек Их происхождение пока не вполне ясно.

Третий класс - железокаменные метеориты - это куски никелистого железа с вкраплениями зёрен каменистых минералов.

Вообще метеориты состоят из тех же элементов, что и земные горные породы, но сочетания этих элементов, т. е. минералы, могут быть и такими, какие на Земле не встречаются. Это связано с особенностями образования тел, породивших метеориты.

Среди падений преобладают каменные метеориты. Значит, таких кусков больше летает в космосе. Что касается находок, то здесь преобладают железные метеориты: они прочнее, лучше сохраняются в земных условиях, резче выделяются на фоне земных горных пород.

Происхождение метеоритов и их научное значение

Метеориты являются осколками малых планет - астероидов, которые населяют в основном зону между орбитами Марса и Юпитера. Астероидов много, они сталкиваются, дробятся, изменяют орбиты друг друга, так что некоторые осколки при своём движении иногда пересекают орбиту Земли. Эти осколки и дают метеориты.

Организовать инструментальные наблюдения падений метеоритов, с помощью которых можно с удовлетворительной точностью вычислить их орбиты, очень трудно: само явление очень редкое и непредсказуемое. В нескольких случаях это удалось сделать, и все орбиты оказались типично астероидными.

Интерес астрономов к метеоритам был вызван в первую очередь тем, что долгое время они оставались единственными образцами внеземного вещества. Но и сегодня, когда вещество других планет и их спутников становится доступным лабораторному исследованию, метеориты не потеряли своего значения. Вещество, составляющее крупные тела Солнечной системы, подверглось длительному преобразованию: оно плавилось, разделялось на фракции, вновь застывало, образуя минералы, не имеющие уже ничего общего с тем веществом, из которого всё образовалось. Метеориты же являются обломками мелких тел, которые такой сложной истории не прошли. Один из типов метеоритов - углистые хондриты - вообще представляет собой слабоизменённое первичное вещество Солнечной системы. Изучая его, специалисты узнают, из чего образовались крупные тела Солнечной системы, в том числе и наша планета Земля

Сбор метеоритов и наблюдения метеоров

Редкость и непредсказуемость появления метеоритного вещества на Земле вызывают проблемы при его сборе. До сих пор метеоритные коллекции обогащаются в первую очередь за счёт образцов, собранных случайными очевидцами падений или просто любознательными людьми, обратившими внимание на странные куски вещества. Как правило, метеориты снаружи оплавлены, и поверхность их часто несёт на себе своеобразную застывшую "рябь" -регмаглипты. Только в местах падений обильных метеоритных дождей целенаправленный поиск образцов приносит результат. Правда, в последнее время обнаружены места естественной концентрации метеоритов, самые значительные из них - в Антарктиде.

Если имеются сведения об очень ярком болиде, который мог завершиться выпадением метеорита, следует постараться собрать наблюдения этого болида случайными очевидцами на возможно большей площади. Нужно, чтобы очевидцы с места наблюдения показали путь болида на небе. Желательно измерить горизонтальные координаты (азимут и высоту) каких-нибудь точек этого пути (начала и конца). При этом используются простейшие приборы: компас и эклиметр - инструмент для измерения угловой высоты (это по сути дела транспортир с закреплённым в его нулевой точке отвесом). Когда такие измерения выполнены в нескольких пунктах, по ним можно построить атмосферную траекторию болида, а затем поискать метеорит вблизи проекции на землю её нижнего конца.

Сбор сведений об упавших метеоритах и поиск их образцов являются увлекательными задачами для любителей астрономии, но сама постановка таких задач во многом связана с некоторым везением, удачей, которую важно не упустить. А вот наблюдения метеоров могут проводиться систематически и приносить ощутимые научные результаты. Разумеется, такой работой занимаются и профессиональные астрономы, вооружённые современной аппаратурой. Например, в их распоряжении имеются радиолокаторы, при помощи которых метеоры можно наблюдать даже днём. И всё же правильно организованные любительские наблюдения, которые к тому же не требуют сложных технических средств, до сих пор играют определённую роль в метеорной астрономии. Ведь у профессионалов просто руки не доходят до некоторых видов наблюдений. Так, простой подсчёт числа метеоров какого-нибудь потока, проводимый наблюдателем или, что лучше, группой наблюдателей из года в год, даёт возможность оценить его важные характеристики. Радианты потоков лучше исследовать фотографическим способом. Для этого нужно иметь светосильную фотокамеру (светосила не менее 1 : 2) и достаточно чувствительную фотоплёнку. Методы и задачи таких наблюдений описаны в специальных руководствах.

Любительские наблюдения метеоров имеют давнюю традицию в нашей стране и во всём мире. Существуют объединения метеорщиков-любителей (в том числе международные), издаются специальные журналы. Впрочем, и обычные астрономические журналы публикуют работы любителей, если они выполнены на хорошем уровне. Зоркие глаза энтузиастов и сегодня служат науке.

Химия метеоритов

Огромное значение для познания мира имеет проблема численного соотношения между атомами различных элементов. Каких атомов в мире больше? Этот вопрос очень важен и для решения загадки происхождения элементов - загадки взаимного превращения вещества в мироздании, и для решения важнейшего вопроса всего естествознания - вопроса о происхождении и развитии звездных миров.

В наши дни наука уже сумела найти пути подхода к решению этих больших вопросов. И эти пути также не могут миновать периодический закон. Теория образования элементов, развитая на основе изучения физики атома, приводит к очень важному выводу, что относительная распространенность атомов того или иного элемента во Вселенной определяется зарядом ядра, т. е. его номером в периодической системе элементов Менделеева. Значит, такое свойство элемента, как распространенность в мироздании, определяется строением его атомных ядер, законами их образования и превращения, законами новой, зарождающейся в наше время химии будущего - ядерной химии.

И что самое поразительное, ядерная химия уже открыла существование удивительных, "магических" закономерностей, указывающих на еще не известный периодический закон в строении атомных ядер различных элементов. Этот загадочный закон проявляется в периодической зависимости устойчивости атомных ядер от порядкового номера элемента в периодической системе Менделеева.

Периодическая закономерность в химии ядерных превращений очень сходна с законом периодического изменения химических свойств элементов, который был открыт Менделеевым. Периодический закон Менделеева привел науку к раскрытию тайны строения внешних частей атома.

Но уже и в наши дни ядерная химия приводит к очень интересным и важным результатам. Одним из важнейших является создание теории распространенности химических элементов. Она основана на учении об устойчивости атомных ядер и вероятности их образования.

Эта теория приводит к выводу, что относительное количество атомов каждого элемента в мире зависит от его положения в периодической таблице - от его атомного номера. И распространенность элементов тоже представляет собой очень интересную и странную периодическую зависимость: в мире преобладают атомы с малыми номерами, стоящие в начале периодической таблицы; атомов элементов с четными порядковыми номерами в мире больше (86%), чем их соседей - элементов с нечетными номерами (14%).

Ученые-геохимики изучают состав земной коры, изучают законы, управляющие движением элементов в течение миллионов лет тех геологических эпох, когда образовались залежи железных руд, угольные пласты, золотые россыпи, месторождения алмазов. Им совершенно необходимо знать общие запасы каждого элемента на земном шаре. Они проделали тысячи и тысячи анализов горных пород и минералов. Они нашли замечательные способы оценивать мощность пластов, образованных горными породами, определять, сколько весят горные хребты, какова толщина материков, сколько воды в океане, сколько ее в облаках и тучах, сколько соли во всех морях и сколько в них золота.

Геохимики сумели составить замечательную таблицу, показывающую запасы каждого из химических элементов на Земле.

Это очень интересная таблица. Из нее видно, что львиная доля по составу земного шара приходится всего на шесть наиболее распространенных элементов: железо, кислород, кремний, магний, алюминий, кальций.

Вместе взятые они составляют 94% нашей планеты по весу. Наиболее распространены кислород и железо, их в 1 000 000 000 000 000 раз (1015) больше, чем самых редких элементов, например полония или актиния.

Если сравнить имеющиеся на всей Земле количества железа, кобальта и никеля - элементов, стоящих рядом в восьмой группе периодической системы, то окажется, что земной шар состоит из железа (атомный номер 26) на 36,9%, кобальта (атомный номер 27) на 0,2%, никеля (атомный номер 28) на 2,9%.

В заголовке этого раздела было указано, что речь пойдет о химическом составе метеоритов, а до сих пор речь шла о составе земного шара. Но, во-первых, Земля - тоже небесное тело, и, во-вторых, нужно знать химический состав Земли, чтобы сравнить его с составом метеоритов, прилетающих к нам на Землю из таинственных глубин космического пространства.

Точнейшие химические анализы огромного числа метеоритов, упавших на нашу планету, дали замечательные результаты. Оказалось, что если подсчитать среднее содержание во всех метеоритах наиболее распространенных на Земле элементов: железа, кислорода, кремния, магния, алюминия, кальция,- то на их долю падает ровно 94%, т. е. их в составе метеоритов равно столько же, сколько в составе земного шара.

Кроме того, выяснилось, что в железных метеоритах

железа 91,0%,

кобальта 0,6%,

никеля 8,4%.

Если сравнить эти числа с относительным распространением этих элементов на земном шаре, приведенным выше, то получается совершенно поразительное совпадение: оказывается, что на Земле из этих трех элементов приходится на долю

железа 92%,

кобальта 0,5%,

никеля 7,5%,

т. е. и на Земле и в метеоритах эти элементы находятся приблизительно в одинаковых соотношениях. Эти и многие другие обнаруженные совпадения дали ученым основание сделать вывод: вещество на Земле и вещество в небесном пространстве одинаково. Оно состоит из одних и тех же элементов.

Каждый из элементов и на Земле и в метеоритах имеет почти одинаковый изотопный состав. Например, неоднократно проводившиеся анализы изотопного состава серы, добытой из пепла и лавы многочисленных вулканов, находящихся в различных частях земного шара, показали, что сера одинакова повсюду. Всюду отношение между количествами стабильных изотопов серы -32 и ссры-34 одно и то же. Оно равно 22,200. Изотопный состав серы из метеоритов - единственных представителей Космоса, доступных прямому изучению, совершенно такой же, как и на Земле: S32/S34 = 22,200.

Далее оказалось, что наиболее распространенные элементы одни и те же. Даже соотношение между ними и тут и там одно и то же. Чередование элементов с четными и нечетными порядковыми номерами в периодической таблице также соблюдается одинаково и тут и там. Можно было бы, конечно, привести еще очень много примеров, показывающих большое сходство в поведении химических элементов на Земле и в космическом пространстве, отметить еще очень много общих закономерностей.

Может ли это быть случайным? Конечно, нет.

Откуда бы ни прилетали к нам на Землю случайные гости из Вселенной - быть может, это части комет, принадлежавших солнечной системе; быть может, это обломки малых планет; быть может, это вестники из чужого звездного мира, - важно одно: по своему химическому составу, по соотношению между элементами, по тем химическим соединениям, которые найдены в метеоритах, они сообщают нам, что действие великого закона Менделеева не ограничивается пределами нашей планеты. Он является единым для всей Вселенной, где могут существовать атомы с их электронной оболочкой. Материя всюду едина.