Здесь, на Земле, пыль представляет собой скопление мелких частиц, происходящих из геологических источников, таких как горные породы, а также других материалов, таких как пыльца, грязь, бактерии или загрязняющие вещества. В космосе пыль не будет состоять из пыльцы или бактерий. На протяжении десятилетий астрономы предполагали, что космическая пыль представляет собой разреженное собрание частиц камня и углерода, похожих на крошечные бильярдные шары. Это простая идея, и, согласно новому исследованию, она, вероятно, неверна.

Оказывается, космическая пыль состоит не из миниатюрных камней. Это ерунда.

Всесторонний анализ данных космических миссий, передового компьютерного моделирования и инновационных лабораторных экспериментов доказывает, что первичные частицы пыли пористы, сложны и фрактальны, больше напоминая нежные снежинки, чем твердые зерна.

Пыльные тайны

Космическая пыль когда-то была исключительно раздражающим фактором для астрономов, препятствием, которое скрывало некоторые объекты, которые они хотели наблюдать. Когда появилась инфракрасная астрономия и стало использоваться больше длин волн, ученые поняли, что пыль также может быть полезной. Они обнаружили, что энергия, которую пыль поглощает от звездного света, высвобождается в виде слабого свечения в инфракрасном диапазоне. Это излучение оказалось мощным инструментом, позволяющим астрономам отслеживать общую массу газа и пыли в плотных темных облаках, где рождаются новые звезды и планеты.

Но его полезность выходит далеко за рамки простого трассировщика. Теперь ученые понимают, что эта пыль является одним из самых важных ингредиентов в космосе. Космическая пыль — это больше, чем просто случайный песок. Эти зерна являются фундаментальными строительными блоками скалистых планет, ядер газовых гигантов и более мелких тел, таких как кометы и астероиды. В некоторых случаях пыль даже ускоряет эти процессы, выступая в качестве катализатора.

Но, как оказалось, нам еще многое предстоит узнать о космической пыли.

Аргументы в пользу пористой пыли основаны не на одном открытии, а на следе подсказок, собранных по всей Солнечной системе и глубоко в космосе. Первый и самый убедительный ключ к разгадке – это пыль, которую мы можем потрогать. В последние пару лет, благодаря миссиям Stardust и Rosetta, исследователи получили доступ к образцам первичной пыли. Эти образцы показали очень разнообразные типы зерен, многие из которых были «пушистыми агрегатами»: пористыми комками частиц низкой плотности.

Отдельно ученым также удалось воссоздать рождение пыли в своих лабораториях. В сложных вакуумных камерах они используют мощные лазеры для испарения мишеней из графита или материалов на основе кремния, имитируя оттоки умирающих звезд там, где рождается пыль. Когда испарившиеся атомы охлаждаются и конденсируются в газе низкого давления, они не образуют твердых маленьких сфер. Вместо этого они сначала образуют семена нанометрового размера, которые затем сталкиваются и слипаются, превращаясь в пористые агрегаты случайной формы с пустым пространством до 90% — почти идеальное соответствие пушистым частицам, обнаруженным на кометах.

Почему это важно

Доктор Алексей Потапов из Йенского университета имени Фридриха Шиллера, ведущий автор обзора, объясняет:

«Если эти зерна пористые, это означает, что они имеют гораздо большую площадь поверхности, чем мы думали. Это может радикально изменить наше понимание того, как молекулы формируются и развиваются в космосе».

Довольно много космических моделей, используемых сегодня, связаны с космической пылью. Считается, что образование многих молекул, в том числе молекулярного водорода, связано с космической пылью. Некоторые модели даже предполагают, что сами поверхности зерен, с их необычным атомным расположением, могут действовать как мощные катализаторы, активно стимулируя образование сложных органических молекул, необходимых для зарождения жизни. Если пыль более пористая, чем мы думали, эту модель можно усовершенствовать.

Во-вторых, эта пушистость могла бы решить главную головную боль в теории формирования планет: с чего начать. Чтобы планеты росли, крошечные частицы пыли должны слипаться при столкновении. На протяжении десятилетий модели изо всех сил пытались объяснить, как твердые каменистые зерна могут делать это, не отскакивая друг от друга и не разбиваясь. Но лабораторные эксперименты и моделирование показывают, что пушистые, пористые агрегаты гораздо более липкие. Их открытые структуры могут деформироваться и сцепляться при ударе, рассеивая энергию столкновения и делая гораздо более вероятным, что они сольются, а не распадутся. Это дало бы гораздо лучшее объяснение того, как планеты могут бытьИскусство растет на ранних стадиях.

Профессор Мартин МакКустра из Школы инженерных и физических наук университета Гериот-Ватт объяснил: «Губчатые зерна могут быть легче разрушены ударными волнами и радиацией, когда они путешествуют через межзвездное пространство».

Но, пожалуй, самое важное значение это имеет для воды.

Может ли вода на Земле образоваться из пыли?

Земля сформировалась внутри «снежной линии» нашей Солнечной системы, в регионе, где было слишком тепло для того, чтобы вода могла замерзнуть в твердый лед. Пыль здесь должна была быть сухой до костей. Итак, откуда же взялись наши океаны? Ведущая теория долгое время заключалась в том, что Земля родилась сухой и ее вода была доставлена намного позже шквалом ледяных комет и астероидов, выброшенных из внешней части Солнечной системы.

Пористая космическая пыль предлагает альтернативу.

Пористые силикатные зерна действуют как мощные осушители, способные захватывать молекулы воды в своих сложных структурах. Эти молекулы воды связываются настолько прочно, что могут оставаться запертыми в пылинке даже при высоких температурах. Это означает, что частицы пыли в горячей внутренней области солнечной туманности все-таки не были сухими. Это были губки, несущие скрытый резервуар с водой.

Земля могла быть построена из этой богатой водой пыли с самого начала. Возможно, Земля унаследовала свои океаны не от случайной небесной бомбардировки, а от самой ткани их формирования. Недавний анализ наблюдений JWST уже предоставил дразнящие доказательства того, что вода оказалась в ловушке внутри снежной линии далекого планетообразующего диска. Если это так, то это говорит о том, что скалистые, похожие на Землю планеты по всей галактике могут рождаться со своей собственной водой, что делает потенциально пригодные для жизни миры гораздо более распространенными, чем мы когда-либо думали.

Все это немного спекулятивно. Мы не знаем, произошло ли это на самом деле. Но это одна из интригующих возможностей, открывающихся благодаря нашему новому пониманию космической пыли. Этот пушистый, похожий на губку материал может содержать некоторые ключевые подсказки о том, как формируются планеты и как они засеиваются водой.