В августе 1865 года из космоса на Землю упал 10-килограммовый камень, который с грохотом приземлился в отдаленной деревне Шергати в Индии. После того, как свидетели происшествия обнаружили камень, он перешел во владение местного британского магистрата, который попытался определить источник странного предмета. После более чем столетия изучения фрагментов метеорита — так называемых шерготитов — исследователи в 1980-х годах наконец определили его инопланетное происхождение: наша соседняя планета Марс.

Пока люди не смогут вернуть образцы с Марса, единственные части Красной планеты, найденные на Земле, — это марсианские метеориты, такие как шерготиты. Путешествие этих маленьких марсианских путешественников было жестоким: чтобы марсианские камни попали на Землю, они должны были быть выброшены с поверхности Красной планеты с достаточной силой, чтобы избежать марсианской гравитации. Этот выброс, вероятно, произошел из-за сильного удара о Марс. Камни выдержали огромные температуры и давление этого удара и пролетели сквозь космический вакуум, в конечном итоге разбиваясь о нашу собственную планету.

В течение десятилетий ученые работали над моделированием марсианских столкновений, которые отправляют кусочки Красной планеты на Землю. Теперь исследователи из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения (JPL), которой Калифорнийский технологический институт управляет для НАСА, провели эксперименты по моделированию так называемого «ударного давления», испытываемого марсианскими камнями. Они обнаружили, что давление, необходимое для запуска камня с Марса в космос, намного ниже, чем предполагалось изначально.

Исследование проводилось в лаборатории Пола Азимоу, профессора геологии и геохимии Элеоноры и Джона Р. Макмиллан. Исследование описано в статье, опубликованной в журнале Научные достижения 3 мая и является сотрудничеством с JPL.

Метеориты из различных источников были обнаружены на Земле на протяжении тысячелетий, но их происхождение было известно гораздо позже. Когда орбитальные аппараты НАСА «Викинг» производили измерения состава атмосферы Марса в конце 1970-х годов, Эд Столпер из Калифорнийского технологического института (ныне профессор геологии судьи Ширли Хафстедлер) был одним из первых, кто предположил, что шерготиты происходят с Марса — это было подтверждено позже, когда газы в разреженной марсианской атмосфере соответствует газам, инкапсулированным в метеоритах.

Но это не все, что состав метеорита может рассказать нам о его путешествии. Одним из основных компонентов марсианских пород является кристаллический минерал плагиоклаз. Под высоким давлением, например, при сильном ударе, плагиоклаз превращается в стеклообразный материал, известный как маскелинит. Таким образом, обнаружение маскелинита в породе указывает на тип давления, с которым образец вступил в контакт. За последние пять лет были обнаружены марсианские метеориты со смесью плагиоклаза и маскелинита, что указывает на верхнюю границу давления, которому они подвергались.

В новом исследовании, возглавляемом штатным научным сотрудником Калифорнийского технологического института Цзиньпином Ху, команда провела эксперименты, чтобы разбить содержащие плагиоклаз породы с Земли и наблюдать, как минерал трансформируется под давлением. Команда разработала более точный метод имитации марсианских ударов в экспериментах по восстановлению после шока, используя мощную «пушку» для взрыва камней снарядами, летящими со скоростью, в пять раз превышающей скорость звука. Предыдущие эксперименты с ударным давлением требовали отражения ударных волн через стальную камеру, что дает неточную картину того, что происходит во время столкновения с Марсом.

«Мы не на Марсе, поэтому не можем лично наблюдать падение метеорита», — говорит Ян Лю, планетолог из JPL и соавтор исследования. «Но мы можем воссоздать подобный удар в лабораторных условиях. Сделав это, мы обнаружили, что для запуска марсианского метеорита требуется гораздо меньше усилий, чем мы думали».

Предыдущие эксперименты показали, что плагиоклаз превращается в маскелинит при ударном давлении в 30 гигапаскалей (ГПа), что в 300 000 раз превышает атмосферное давление на уровне моря или в 1000 раз превышает давление, с которым контактирует подводный аппарат при погружении на глубину 3 км. океанская вода.

Это новое исследование показывает, что переход на самом деле происходит при давлении около 20 ГПа — существенное отличие от предыдущих экспериментов. В частности, новый порог давления согласуется с данными других минералов высокого давления в этих метеоритах, указывающих на то, что их ударное давление должно быть менее 30 ГПа. Девять из 10 минералов высокого давления, обнаруженных в марсианских метеоритах, были обнаружены в Калифорнийском технологическом институте в ходе исследований, проведенных минералогом Чи Ма, директором аналитического центра Калифорнийского технологического института и соавтором исследования.

«Было серьезной проблемой смоделировать удар, который может выбрасывать неповрежденные камни с Марса, одновременно подвергая их удару до 30 ГПа», — говорит Азимоу. «В этом контексте разница между 30 ГПа и 20 ГПа значительна. Чем точнее мы сможем охарактеризовать ударное давление, испытываемое метеоритом, тем больше вероятность, что мы сможем определить ударный кратер на Марсе, из которого он образовался».