Собиратель небесных камней

Собиратель небесных камней

// Метеориты рассказывают людям о Земле
Авторы: Алёна Лесняк

Металловед из Уральского федерального университета Виктор Гроховский первым расшифровал состав и структуру Челябинского метеорита. За это в 2013 году ученый попал в топ-10 главных людей науки, составленный журналом Nature. Он разгадал уже не один десяток тайн метеоритов и продолжает искать новые загадки.

Суровые уральцы

— Как бы я ни старался уйти в тень, меня всё время оттуда вытаскивают. Я ведь не единственный герой в этой истории про Челябинский метеорит. Его поиском и изучением занималась большая команда ученых. И вообще, я был самым непутевым среди них... — металловед, профессор физтеха УрФУ и член Комитета по метеоритам Российской академии наук Виктор Гроховский перебирает осколки болидов, разложенные на столе в лаборатории Extra Terra Consortium, где исследуют внеземное вещество: фрагменты метеоритов, космическую пыль, лунный грунт — всё, что попадает на Землю из-за ее пределов.

— Почему непутевым? — спрашиваю, неотрывно наблюдая, как он быстро тасует между собой рыжеватые, смолянисто-черные, коричневые, серые с металлическими отблесками и матовые, как старый асфальт, осколки небесных тел.

Фото: Елена Ковалёва

— Да я опаздывал везде! — профессор отстраняется от образцов и стирает ржавую пыль с пальцев. — Я не видел своими глазами самого падения, мне минуты через четыре о нем коллеги по телефону сообщили. И даже извлечение метеорита из озера я проворонил на два часа! В этой истории все заслуги я должен делить с коллегами. Мы вместе наиболее точно предположили, куда он упал, и тут, наверное, сработал опыт, профессионализм команды какой-то. А ещё, нашли в структуре метеорита некоторые необычные включения, но это была просто удача.

После падения Челябинского метеорита в пятницу 15 февраля 2013 года Гроховский целые сутки сидел в лаборатории и вычислял точные координаты местонахождения болида. Для этого он не использовал методик расчёта траектории, не применял никаких приборов, а просто отслеживал в интернете новости и сообщения от очевидцев падения. Потом он по телефону давал наводки поисковым отрядам Метеоритной экспедиции УрФУ и в итоге вывел их на озеро Чебаркуль.

— Вот так народная молва привела нашу экспедицию к нужному месту, — смеётся ученый. — Способов поиска метеоритов уйма, но в каждой ситуации нужно выбирать самый эффективный. Если бы мы не среагировали так быстро и потеряли несколько дней, боюсь, все осколочки собрали бы местные жители, и даже самый главный фрагмент из воды бы вытащили. Ведь у нас на Урале ребята очень предприимчивые и, как говорят, суровые. Они не побоялись бы в одних плавках нырнуть в ледяную весеннюю воду за этим метеоритом.

Фото: Елена Ковалёва

Болид со странностями

— Включения самородной меди! Я обнаружил их на одном крошечном фрагменте Челябинского болида. И именно на том осколке, который привезли в лабораторию самым первым. Больше таких включений на пробах с этого метеорита найти не удавалось… Это было невероятно! — Гроховский аккуратно кладёт мне на ладонь малюсенькую пластинку темно-серого цвета, с одной стороны обмазанную цветным пластилином. — Это первый шлиф, то есть первая проба метеоритного вещества, которую я исследовал в ту ночь, как только участники экспедиции принесли свеженькие осколки. Все в лаборатории были на нервах, хотелось быстрее узнать, что это такое к нам в Чебаркуль свалилось. И я закрепил этот шлиф на том, что под руку попалось, — на пластилине. Обычно ведь на эпоксидную смолу крепят, но ее не было.

Когда электрофонный болид только вторгается в атмосферу и летит на высоте 30–50 километров, люди на земле начинают очень явно слышать шорохи и треск, будто болид пролетает рядом с ними. Причём одинаковые звуки слышат люди, которые находятся очень далеко друг от друга — за десятки километров.

Через пару часов после исследования этого фрагмента Виктор Гроховский сделал подробный доклад о найденном и изученном веществе. Он рассказал, что это каменный метеорит, и в нем, как и во всех болидах такого типа, есть железо, а также минерал оливин — силикат магния и железа — и некоторые сульфиды. А тот неожиданно найденный кусочек самородной меди оказался самым крупным из когда-либо обнаруженных в метеоритах, его размер превышал 100 микрометров (0,1 мм). Выступление ученого записали на видео и выложили в Сеть.

— Когда я объявлял на камеру о результатах анализа, то всё время называл метеорит Чебаркульским и даже табличку с таким названием в кадр поместил… Ох, как меня потом за это отчитывали московские коллеги из Комитета по метеоритам РАН! — смеется Гроховский. — Ведь я до принятия официального названия придумал какое-то свое и внес полный сумбур. Потом еще долго все путались: то ли Чебаркульский, то ли Челябинский метеорит. А вот наши уральские парни из этого выгоду извлекли: они начали торговать освежителями воздуха двух видов. Первый якобы с мягким ароматом Чебаркульского метеорита, а второй — с ядреным запахом Челябинского.

Фото: Елена Ковалёва

— Каждый год на Землю падают тысячи метеоритов, но почему именно этот оказался таким популярным? — задаю вопрос, глядя на большую коллекцию осколков болидов, привезенных Гроховским и его коллегами из разных уголков мира.

— На то есть несколько причин. Во-первых, Челябинский метеорит — один из самых крупных, когда-либо падавших на Землю за последнее время. До вхождения в атмосферу он весил примерно 10 тысяч тонн и в диаметре был около 17 метров. Он стоит в одном ряду со всем известным Тунгусским и с гигантским Сихотэ-Алинским метеоритом, который упал в 1947 году на Дальнем Востоке, — ученый достает из ящика стола папку с таблицами и диаграммами, на которых обозначены параметры разных метеоритов: их масса, состав, результаты структурного анализа. Он быстро перебирает их, собирает в стопку и кладёт рядом с собой — так врач складывает на своём столе амбулаторные карты пациентов. — Во-вторых, впервые вторжение такого мощного небесного тела, как Челябинский болид, произошло в густонаселенной местности. Ну да, падают метеориты постоянно — в степи, в океаны, в пустыни, но кто ж вокруг них там ажиотаж устраивать будет — дикие животные, что ли?

— Всё-таки были ведь с ним и какие-то странности...

— Были. Его сопровождали электрофонные эффекты. Это загадка, над которой до сих пор бьются ученые по всему миру. И болиды с такими эффектами — очень редкое явление. Когда электрофонный болид только вторгается в атмосферу и летит на высоте 30–50 километров, люди на земле начинают очень явно слышать шорохи и треск, будто болид пролетает рядом с ними. Причём одинаковые звуки слышат люди, которые находятся очень далеко друг от друга — за десятки километров. Ну, не может же болид лететь и шуршать одновременно рядом с каждым из этих людей! Создается такой шум абсолютно точно не звуковой волной, потому что источник звука — сам метеорит — находится ещё очень далеко. Скорее всего, у этого явления электромагнитная природа, это похоже на огни святого Эльма, которые появляются на мачтах кораблей перед грозой. Такие электрические разряды, похожие на маленькие молнии могут быть не видны, но зато хорошо слышны. Впрочем, это всего лишь догадки. И дальше с этим разбираться физикам. А я материаловед — точнее, металловед — по образованию, и мне намного интереснее работать со структурой внеземного вещества.

Фото: Елена Ковалёва

Гроховский вытаскивает из стопки бумаг снимки фрагментов Челябинского метеорита, сделанные на электронном микроскопе.

— Вот видите, сколько тут цветовых переходов в структуре — есть что-то светлое, серое и темное, — учёный тычет пальцем в чёрно-белые карточки.

— Это разные сплавы?

— Да, это следы того, что метеорит неоднократно плавился, когда сталкивался в космосе с какими-то массивными небесными телами. Мы обнаружили ударные прожилки — это когда при мощном ударе происходит резкое смещение части вещества, а вместе с ним оплавление и стеклование.

— Наверное, потому, что Челябинский метеорит был покалечен ещё в космосе, он сильно взрывался, будто трескался по швам, когда подлетал к Земле?

— У него изначально были очень низкие механические характеристики. По сути, он представлял собой груду щебня, слепленную в один кусок. И пока непонятно, как он не рассыпался весь, пока только входил в атмосферу. И это предмет моих дальнейших исследований.

Внеземное железо

— Если бы металловеды не вмешались в изучение метеоритов, человечество до сих пор не умело бы создавать некоторые материалы с необычными и очень полезными свойствами — устойчивые к сильной радиации, давлению, скачкам температуры, — говорит Виктор Гроховский. — По подобию структуры внеземных веществ сейчас создаются сплавы для конструирования космической техники, для атомных электростанций и подлодок.

Космос — это очень хитро устроенная лаборатория, где создаются такие вещества, которые просто не могут естественным образом появиться на Земле.

Когда Гроховский был еще студентом, на Землю в рамках космических программ «Аполлон-11» и «Луна-16» доставили первые образцы лунного грунта. Тогда научным руководителем молодого металловеда был доктор технических наук, профессор Уральского политехнического университета Рафаил Минц. Он тут же написал письмо академику Александру Виноградову из Института геохимии и аналитической химии РАН, который в то время руководил исследованиями внеземного вещества. Минц убедил коллегу, что в лунных образцах точно есть металлические соединения — а значит, их необходимо анализировать в лабораториях по изучению металлических сплавов. Виноградов согласился и отправил только что собранный на Луне грунт Минцу, который подключил Гроховского к расшифровке структуры этого вещества.

— Я потом защитил научную работу по структуре лунного железа и понял, что с пути материаловедения я никуда сворачивать не хочу, потому что благодаря космосу этот путь стал ещё более интересным и полезным, — рассказывает Гроховский.

Фото: Елена Ковалёва

По сути, для металловеда земные и внеземные вещества объединяет одно — объектом исследования везде будет структура и ее реакция на самые разные внешние воздействия: температуру, давление, время, радиацию и прочее. Диапазон таких воздействий на материал в космосе значительно шире, чем на Земле, даже если засунуть этот материал сразу во все испытательные приборы. То есть космос — это очень хитро устроенная лаборатория, где создаются такие вещества, которые просто не могут естественным образом появиться на Земле. И когда эти внеземные вещества прилетают на нашу планету в виде метеоритов, небо словно подсказывает людям, как ещё может быть устроена материя и что нужно для того, чтобы ее сотворить.

Космохлор — редкий и красивый изумрудно-зеленый минерал, который впервые был обнаружен в 1897 году немецким геологом Гуго Ласпейресом в составе железного метеорита Толука. Можно встретить и другие имена этого минерала: некоторые ученые называют его хромакмитом и юриитом.

Хаксонит — минерал, который пока удавалось обнаружить только во внеземном веществе. Так же, как и космохлор, он был найден при изучении структуры болида Толука, но распознали его и внесли в классификацию несколькими десятилетиями позже — в 1971 году. Свое имя он получил в честь британского металловеда Говарда Эксона.

— Вообще, люди давно начали извлекать пользу из метеоритов, — улыбается ученый. — В начале XVIII века на Землю упал очень крупный и необычный метеорит, который обнаружили в 1776 году в Мексике. Его назвали Толука. Удалось найти несколько тонн осколков этого болида, некоторые из них были обработаны, по всей видимости индейцами. Они делали из метеоритного материала наконечники для стрел и ножи. Потом вещество забрали в лабораторию ученые и обнаружили, что метеорит состоит преимущественно из железа, но в нем есть неизвестные науке минералы. Тогда исследователи решили, что именно эти редкие минеральные соединения придавали внеземному материалу прочность, твердость и некоторые другие полезные качества, которые высоко оценили индейцы.

Первый неизвестный минерал, найденный в составе метеорита Толука, получил название космохлор. А второму дали имя хаксонит — в честь английского металловеда доктора Говарда Эксона, ученика основателя кафедры металлургии в Оксфордском университете Уильяма Юм-Розери. В начале 1980-х Эксон взял под научное руководство Виктора Гроховского, который приехал в Англию на стажировку.

Чертовски удачливый парень

— Как только я прибыл в Манчестерский университет, где преподавал Эксон, он тут же дал мне фрагмент метеорита Оханск, который в 1887 году свалился на бывшую Пермскую губернию. Англичанин сказал, что выбрал именно этот болид, так как он — «мой земляк». Это очень веселило профессора, — вспоминает уральский ученый. — Эксон совершенно ничего не ждал от исследования Оханского метеорита. Но мне удалось обнаружить в его металле мелкие вкрапления силикатных кристаллов самородного кремния. Я достаточно точно предположил, как они могли образоваться, какая именно реакция происходила в метеорите за пределами Земли и во что все это вылилось. Профессор сильно удивился.

В следующий раз доктор Говард Эксон принес своему практиканту осколок каменного метеорита Ричардтон, который упал в США в 1918 году. И Гроховский снова поразил учителя, установив, что в этом веществе протекал совершенно новый тип реакции.

Фото: Елена Ковалёва

— Я описал неизвестный ранее науке тип превращения — так называемый прерывистый распад в метеоритном металле, где превалирует сплав железа с никелем, — поясняет Виктор Гроховский. — Эта реакция влияет на повышение хрупкости материала, и в природе мы можем наблюдать такой процесс только в завершенном виде. Тут же, в метеорите Ричардтон, реакция была не завершена, и тем самым она давала материалу новые свойства — делала его прочнее. Итоги этого исследования были опубликованы в журнале Nature в 1982 году. Тогда Эксон потряс меня за плечи и воскликнул: «Ты чертовски удачливый парень!»

Было у Гроховского еще одно большое открытие, которое он сделал совместно со своими уральскими коллегами после поездки в Англию. Однажды в Магаданской области на дне холодного ручья старатели во время добычи золота нашли железный метеорит Билибино, который пролежал там несколько тысячелетий. Изучением находки занялись исследователи из Екатеринбурга.

Фосфиды — соединения фосфора с другими химическими элементами. В состав метеоритов часто входят фосфиды меди, никеля, железа, кобальта. Вообще, большинство металлов, которые ученые обнаруживают во внеземном веществе, находятся в связанном с фосфором состоянии.

— Он походил на образец из Сихотэ-Алиня. В каждом метеорите есть металл, и он представляет собой классическую триаду: железо — никель — кобальт, — рассказывает Гроховский. — В Билибино металл был пронизан стержнями фосфидов, этим он очень напоминал бетон с арматурой внутри. А вокруг этих стержней шли круги, как годичные кольца древесины. То есть мы обнаружили, что в метеорите при температуре окружающей среды происходили серьезные структурные изменения, хотя по земной логике там все процессы должны были быть заморожены. Я помню, как эта загадка долго мучила выдающегося металловеда академика Виссариона Садовского. И каков был наш восторг, когда мы с коллегами, покопавшись в этом веществе подольше, предложили вполне логичное объяснение: метеорит лежал на дне ручья сотни тысяч лет и, как губка, напитывался ледяной водой — она шла вдоль стержней фосфидов глубоко внутрь тела метеорита. Кислород в составе воды воздействовал на материал, из которого состоял метеорит, и стимулировал разрастание пустот вокруг зерен металлов. Обычно такие превращения происходят при значительно более высоких температурах. Мы назвали это явление коррозионно-индуцированной миграцией границ зерен.

Фото: Елена Ковалёва

— А вы когда-нибудь обнаруживали в метеоритном веществе какую-нибудь необычную органику? Вот, например, совсем недавно на Марсе нашли предположительно десятиуглеродную карбоновую кислоту, которая напоминает жирные кислоты, входящие в состав клеток живых организмов…

— Был один очень забавный случай! Я собирался изучать фрагменты метеорита Дронино, найденного в 2003 году под Рязанью. Принес осколки метеорита в лабораторию, положил их на стол. Через некоторое время к ним вернулся и увидел, что они мне стол прожгли! Да-да! Прям вот такие дырки сделали! — Гроховский чертит пальцем на столе невидимые кружочки. — В составе этого внеземного вещества было много сульфидов железа, и из-за этого на метеорит напали бактерии, которые способны такие сульфиды перерабатывать и выделять серную кислоту. Конечно, это были земные бактерии. Никакой другой органики и внеземной жизни я ещё не находил. Для наших микроорганизмов метеорит — это что-то вроде деликатеса, ведь всё, что есть на Земле, они уже перепробовали. А тут только камешек с неба свалился — все на него набежали: вкусненький!

Космический ледник

Метеоритную экспедицию на Урале, силами которой в 2013 году был найден Челябинский болид, основал Гроховский — еще в 1986 году. Сначала она была придатком к туристическому отряду Уральского политехнического института «Романтик», а сейчас считается единственным в России молодёжным движением, занимающимся профессиональным поиском метеоритов.

— Недавно наша экспедиция снова прославилась: студенты собрали фрагменты метеорита Аннама, который ночью 19 апреля прошлого года пролетел над Мурманской областью, — хвалится Гроховский. — Сотрудница УрФУ и Финского геодезического института Мария Грицевич разработала методику расчета траектории падения метеорита — точно вычислила, куда приземлился болид и где его нужно искать. Мы туда отправили наших будущих учёных. И всё прошло успешно — они собрали хорошие образцы.

«В Антарктиде лежат десятки, а то и сотни тысяч метеоритов. Там есть и марсианские, и лунные камни...»

— Наверное, нужно много работать с метеоритами, чтобы научиться отличать их от обычных земных камней?

— Ну, это почти как грибы искать. Нужно просто запомнить несколько их главных отличительных черт.

— Каких? — я склоняюсь над столом, на котором разложено множество разных фрагментов внеземного вещества.

Фото: Елена Ковалёва

— Сначала обратите внимание на то, что метеориты всегда оплавлены. У них скругленные, мягкие края. Это потому, что поверхность метеоритов очень сильно нагревалась, когда они летели на Землю, преодолевая атмосферу, — настраивается на менторскую интонацию ученый. — Еще есть почернения, они присутствуют у метеоритов, в составе которых есть железо. Почти во всех оно есть, просто где-то больше, где-то меньше… Так что почернение — это частый признак метеорита. Если болид уже старенький, то можно увидеть, как он окислился, то есть заржавел. — Гроховский поднимает со стола оранжевый, как апельсин, кусочек метеорита. — Вот так примерно сейчас выглядит тот большой 570-килограммовый фрагмент Челябинского метеорита, который увезли в музей. Бедненький, его не защитили вовремя от влаги. Надо было на него бочку спирта вылить сразу, как из озера достали, — металловед подносит ржавый осколок к своему носу и глубоко вдыхает. — Не-е-ет, этот уже без аромата. А вот свеженькое внеземное вещество пахнет как пережжённый песок в литейном цехе — это еще один признак.

Сейчас Виктор Гроховский и его коллеги готовят первую метеоритную экспедицию в Антарктиду. Ученые и студенты отправятся искать внеземное вещество в ледниках уже в декабре этого года.

— В Антарктиде лежат десятки, а то и сотни тысяч метеоритов. Там есть и марсианские, и лунные камни, — рассказывает Гроховский. — Япония, Китай, США уже устраивали такие экспедиции и находили удивительнейшие фрагменты, которые могут перевернуть все современные правила классификации метеоритов. Тридцать лет я мечтал отправиться туда, чтобы собирать внеземное вещество. И вот питерский Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт поддержал эту идею. Там ведь такая богатая коллекция редких образцов! Поискать в леднике вещество — это почти как в космос за ним слетать: можно найти много невероятного.