Космическая Пыль: Почему Ученым Приходится Пересмотреть Ее Структуру
Космическая пыль — это не просто зрелище завораживающих и красивых Небесных столпов творения. Она служит фундаментом для формирования планет, астероидов и других небесных тел. Однако, в течение многих лет астрохимики спорили о том, как выглядит эта пыль, особенно в терминах ее пористости. Недавняя работа группы ученых из Университета Фридриха Шиллера в Йене под руководством Алексея Потапова предъявила доказательства, что космическая пыль может быть гораздо «мягче» и «пористее», чем считалось ранее.
Почему важно изучать пористость космической пыли? Пористость непосредственно влияет на химические реакции, происходящие в облаках пыли, которые заполняют пространство между планетами и звездами. Поверхность пористой пыли гораздо больше по сравнению с компактной, что делает ее более эффективной в качестве катализатора важных реакций, например, формирования молекул водорода (H2). Более пористая пыль также имеет способность «захватывать» летучие вещества, защищая их от жестких условий космоса и позволяя этим частицам переносить такие хрупкие компоненты, как вода, к местам формирования протопланет, например, к ранней Земле.
При обсуждении пористости космической пыли следует отметить два различных типа. Первый — это «внутренняя» пористость, когда в материале имеются целенаправленные отверстия, напоминающие структуру молекулы фуллерена с большим отверстием. Второй тип — «внешняя» пористость, возникает из-за промежутков между частицами, которые сливаются под действием гравитационных сил.
Авторы основывают свои выводы на четырех отдельных типах наблюдательных данных. Первое — образцы пыли, собранные в ходе различных миссий, таких как Stardust и Rosetta. Второе — удаленные наблюдения спектров пыли в межзвездной среде. Третье — экспериментальное выращивание синтетической пыли в лабораторных условиях. И, finally, четвертое — симуляции как на уровне столкновений частиц, так и на атомарном уровне структуры самой пыли.
Миссия Stardust была запущена в 1999 году с целью сбора образцов из комы кометы Уайлда 2 и их последующего анализа на Земле с помощью современного лабораторного оборудования. Миссия Rosetta, запущенная в 2004 году, имела целью изучение кометы 67P/Чурюмов-Герасименко и окружающей среды, включая пыль в ее коме. Обе миссии обнаружили как «компактную», так и «пористую» пыль, причем некоторые из образцов имели пористость вплоть до 99%.
Исследования поляризации пыли в межзвездной среде позволили установить несколько более низкие пределы для «мягкости» пыли. Данные из одной из исследований ALMA по HL Tau показали, что пористость пыли составляет около 90%, хотя авторы считают, что этот показатель мог быть снижен в результате многократных столкновений пыли. В другом исследовании системы IM Lup наблюдения за рассеянием соответствовали моделям пыли как «фрактальным агрегатам» с относительно маленькими радиусами.
Еще один результат более пористой космической пыли заключается в более частых химических реакциях, которые могли привести к жизни, как объясняет Фрейзер, один из авторов исследования.
Создание космической пыли в лаборатории кажется парадоксальным, но исследователи действительно пытались это сделать, используя лазер для абляции камней и последующей попытки осаждения образовавшихся газа и пыли. В этих лабораторных симуляциях полученное осаждение всегда сильно пористое, что согласуется с данными, собранными в рамках миссий Rosetta и Stardust.
Моделирование также подтвердило уровень пористости, особенно для моделей «соударений», которые способствовали образованию внешней пористости. Атомарное моделирование показало, что наличие внутренних «микропор» в образцах с внутренней пористостью может удерживать молекулы воды, снижая вероятность их субсублимации в межпланетном пространстве.
В конечном итоге,
