на орех, картофелину или смятый куб. Окраска их тоже неодинаковая: одни серого цвета и отражают солнечные лучи, как светлый песок на пляже, другие темные, как кусок угля. У одних поверхности однородные, без изменений яркости, у других угольно-черные области чередуются с ослепительно белыми, будто покрытыми свежевыпавшим снегом. Различия между астероидами огромны, их можно разделить на множество типов – они образуют целую палитру геологически разных миров. Но у всех астероидов есть одна общая черта: они покрыты ударными кратерами.
Как и лунные, кратеры на астероидах бывают самого разного размера: от циклопических до едва заметных. В 2012 году космический зонд NASA Dawn («Рассвет») сфотографировал на поверхности Весты, второго по величине астероида, гигантский ударный кратер Реясильвия, поперечником более 500 километров (около половины Великобритании) и глубиной примерно в двадцать километров. Образование Реясильвии почти полностью изменило облик поверхности Весты. В межпланетное пространство было выброшено около шести миллионов миллионов миллионов килограммов каменных пород. В центре Реясильвии на двадцать пять километров над дном кратера возвышается величайшая из известных гор Солнечной системы, образованная вспучиванием поверхности астероида в ответ на ударное воздействие – точно так же, как вспучивается поверхность воды в луже, когда на нее падает капля дождя.
Бесчисленное количество ударных кратеров, покрывающих астероиды, свидетельствует об огромном числе возможностей выброса вещества с их поверхностей в пространство. Ударное происхождение отразилось и на внутренней структуре самих метеоритов – как мы видим на примере Аллан Хиллс 81005, следы этих катастроф проявляются прежде всего в наличии вулканического стекла. Но хаотические деформации обнаруживаются и во внутренней структуре минералов: изначально идеально прекрасная форма кристаллов искажена разломами; кристаллическая структура нарушена на атомном уровне; сами кристаллы частично оплавлены. В некоторых случаях, когда колоссальное ударное давление перестраивало структуру атомов, минералы преобразовывались в новые экзотические версии самих себя. Так, в некоторых метеоритах, которые возникли при наиболее мощных ударах, находят алмазы, сформировавшиеся за время, меньшее продолжительности фотовспышки.
Космические секундомеры
Время, прошедшее с того момента, как метеорит был выброшен с поверхности своего родительского тела – астероида или Луны – до завершения его межпланетных странствий на Земле, можно измерить при помощи природного изотопного секундомера. Солнечную систему пронизывает постоянный поток высокоэнергетических атомных частиц, называемых «космическими лучами». Они возникают при взрывах, которыми заканчивается жизнь далеких звезд, и несутся в межзвездном пространстве со скоростями, близкими к скорости света. Если какая-то из этих частиц сталкивается с твердым объектом, например с астероидом, – ее существование заканчивается: пролетев сотни световых лет в Галактике, она входит в камень на глубину в один-два сантиметра и останавливается. Но и для камня это столкновение не проходит бесследно.
Большинство космических лучей – это единичные протоны. Несмотря на исчезающе малые размеры и ничтожную массу, благодаря невероятной скорости они могут, подобно микроскопическим кувалдам, наносить довольно сильные удары. При столкновении с атомами, входящими в состав камня, они возбуждают ядерные реакции, в результате которых определенные элементы образуют характерные изотопы, называемые «космогенными нуклидами». Чем дольше камень подвергается воздействию потока космических лучей, тем больше в нем образуется космогенных нуклидов. Они накапливаются в течение тысячелетий.
Большая часть скальных пород, составляющих астероид, лежит достаточно глубоко и надежно защищена от космических частиц, барабанящих по его поверхности, как осенний дождь по крыше. В этих породах космогенные нуклиды образоваться не могут. Но как только ударное событие вырывает кусок камня из недр родительского астероида и выбрасывает его в межпланетное пространство, камень теряет спасительную «крышу» – теперь он полностью открыт космическим лучам. Космогенные нуклиды начинают накапливаться внутри него, как песок в нижней части песочных часов. Отсчет начался. Теперь все время, пока камень странствует в космосе, он открыт потоку космических лучей и в нем откладываются космогенные нуклиды – и чем дольше это продолжается, тем больше их становится.
Упав на земную поверхность, метеорит снова обретает защиту от бомбардировки космическими лучами – плотная азотная атмосфера и мощное магнитное поле Земли, обусловленное процессами, происходящими в ядре планеты, задерживают большую часть космических лучей, не пропускают их к земной поверхности. Образование космогенных нуклидов в метеорите прекращается, и часы, измеряющие время его полета, перестают тикать.
Измерив интенсивность потока космических лучей, пронизывающего Солнечную систему, мы можем вычислить скорость, с которой космогенные нуклиды образуются в небесном камне во время его космических странствий; другими словами, мы можем определить скорость хода изотопного секундомера. А измеряя в лаборатории степень концентрации космогенных нуклидов в метеорите, можно сосчитать, сколько раз за время его полета совершила оборот стрелка космического секундомера. Теперь мы знаем, сколько времени прошло с тех пор, как метеорит покинул родительский астероид, до момента, когда он достиг Земли.
Метеориты не летают по прямой – они обращаются вокруг Солнца по своим орбитам, которые случайно могут пересекать орбиту Земли. А значит, чтобы попасть на Землю, им обычно требуется долгое время. Некоторые каменные метеориты добрались до Земли немногим быстрее, чем за 100 000 лет, но большая их часть летала в космосе от десяти до тридцати миллионов лет. Однако многие железные метеориты оказались еще неторопливее: они оставались на своих околосолнечных орбитах в двадцать раз дольше, чем большинство камней. Некоторые из них, прежде чем попасть на Землю, провели в межпланетном пространстве до 500 миллионов лет и более, из-за чего в них скопилось огромное количество космогенных нуклидов.
Точно неизвестно, почему между временем, проведенным в межпланетном пространстве каменными и железными метеоритами, такая большая разница. Это одна из многих загадок науки о метеоритах. Одно из возможных объяснений заключается в том, что железные метеориты попросту оказываются в космосе более живучими. Имея большую жесткость, куски металла меньше «изнашиваются», не превращаются в пыль, в то время как хрупкие каменные метеориты подвержены эрозии в результате микростолкновений. Они быстрее «ветшают». Вероятно, существует предельное время, в течение которого каменный метеорит может путешествовать в космическом пространстве после того, как он был выброшен из родительского астероида. Потому и выходит, что ни у одного каменного метеорита «космический секундомер» не показывает длительного времени его странствия.
* * *
Подобно Земле, Луне и другим планетам, астероиды во время своего образования были горячими телами. Но, поскольку они так и не объединились и не сформировали тело планетарного масштаба, в их составе среди скальных пород не появилось больших количеств радиоактивных изотопов – горючего, энергия которого разогревает планету. То крошечное, в сравнении с имеющимся у планет, количество радиоактивного топлива, которое астероидам все же досталось при их формировании, очень быстро (в геологической шкале времени практически мгновенно) распалось, предоставив им промерзать на космических сквозняках до самой сердцевины.
Законы
