Дмитрий Вибе: Марс а натюрель

В комментариях к колонке про астробиологию было высказано сомнение в марсианском происхождении некоторых метеоритов. Я решил разобраться в этом вопросе подробнее.

Межпланетная экспедиция - долгое, затратное и рискованное мероприятие. А уж попытки организовать полёт в оба конца и вовсе можно пересчитать по пальцам одной руки. По сути, лунный грунт и по сей день остаётся единственным примером масштабной доставки на Землю внеземного вещества.

Точнее, это единственный пример управляемой доставки. В неуправляемом режиме внеземное вещество валится на Землю практически непрерывно. По большей части это мелкие пылинки, но иногда попадаются и крупные образцы. Фактически метеорит - это проба межпланетного вещества, которая сама летит в руки, не требуя никаких дополнительных затрат.

То, что дёшево, хорошо не бывает. Чтобы привезти на Землю лунный грунт, понадобились определённые усилия, однако мы не только уверены в том, что это лунный грунт, но даже точно знаем, в каком именно месте Луны взята проба. В случае же с метеоритами достоверно известно лишь то, что мы имеем дело со внеземным веществом. О его источнике можно судить только по косвенным признакам. Иногда удаётся примерно восстановить параметры орбиты метеорита до столкновения с Землёй. Но пути малых тел Солнечной системы меняются со временем, так что, даже узнав, по какой траектории метеорит летел непосредственно перед столкновением, мы вряд ли сможем проследить её вплоть до места рождения данного космического тела.

Размеры метеоритов (к счастью для нас) невелики, поэтому, казалось бы, логично предположить, что они родственны той или иной межпланетной мелочи. Однако состав и структурные свойства некоторых метеоритов показывают, что в прошлом они входили в состав более крупных тел. На этой особенности основан один из вариантов классификации метеоритов, разделяющий их на недифференцированные и дифференцированные.

Первые - это метеориты, с которыми ничего не происходило со времени формирования Солнечной системы или, по крайней мере, со времени образования больших планет, пресловутый "строительный мусор", не затронутый или почти не затронутый последующими событиями. Вторые предположительно побывали частью целого, успевшего разделиться на железное ядро и каменистую оболочку (мантию). Среди дифференцированных метеоритов есть и железные (остатки ядра), и каменные (остатки мантии), и железо-каменные (промежуточная область). Дифференцированных тел в Солнечной системе не то чтобы много, но они есть: планеты, их спутники, крупные астероиды.

Изначально в качестве источника дифференцированных метеоритов рассматривались только астероиды (если не считать легенд о Фаэтоне): понятно, что раздробить на образцы проще именно небольшое тело. Однако в 1970-е годы гипотеза об астероидном происхождении постепенно вступила в противоречие со свойствами "клана" дифференцированных метеоритов, в который входят шерготтиты, наклиты и шассиньиты (группы метеоритов часто называют по характерному представителю, а его имя, в свою очередь, основано на названии города, ближайшего к месту падения или находки). По первым буквами английских названий их называют SNC-метеоритами.

Общность химического и изотопного состава SNC-метеоритов указывает на то, что они происходят из одного источника. Мало того, SNC-метеориты отличаются от других базальтовых метеоритов относительной молодостью: первые оценки указывали, что их возраст не превышает 1,3 млрд лет (сейчас наметился некоторый разброс, но суть не изменилась). Трудно представить себе, что магматические породы могли образовываться на астероидах когда-либо, за исключением первых сотен миллионов лет их существования. Приходится допустить, что источником SNC-метеоритов является не астероид, а какое-то более крупное тело.

Крупных тел с базальтовым вулканизмом в Солнечной системе не так много. Меркурий маломассивен, так что выбросить с него вещество просто. Но для доставки этого вещества на Землю преодолевать придётся не притяжение Меркурия, а притяжение Солнца, что сложнее. Венера массивна и окутана плотной атмосферой; с неё вряд ли что-то могло улететь. Те же проблемы связаны и с потенциальным выбросом вещества в космос с поверхности Земли. Луну (и Меркурий) можно отбросить по химическому составу.

В общем, как говаривал Шерлок Холмс, когда вы отбрасываете все невозможные варианты, верным приходится считать единственный оставшийся, каким бы невероятным он ни казался. Поэтому если в конце 1970-х годов в статьях об SNC-метеоритах их источник именовали просто "родительским телом", то к началу 1980-х годов к родительскому телу всё чаще добавляли "вероятно, Марс".

Ключевым моментом стала статья Дональда Богарда и Пратта Джонсона, опубликованная в журнале Science в 1983 году. Они исследовали газовые пузырьки в шерготтите EETA79001, найденном в Антарктиде, надеясь уточнить возраст метеорита, и попутно измерили относительное содержание изотопов аргона и ксенона. (Кстати, заключённая в метеорите атмосфера родительского тела - ещё один довод против астероидов.) Выяснилось, что эти отношения: 1) в пределах ошибок согласуются с содержанием изотопов благородных газов в атмосфере Марса; 2) не согласуются с их содержанием где бы то ни было ещё в Солнечной системе.

Казалось бы, все доводы указывают на единственно возможный источник. Однако идея о марсианском происхождении SNC-метеоритов долго пробивала себе дорогу. Саму статью Богарда и Джонсона редакция Science, даже получив положительные отзывы рецензентов, не выпускала в свет четыре месяца. Причин было как минимум две. Во-первых, неясно было, как можно выбросить вещество с Марса, причём не просто выбросить, а выбросить в относительно неразрушенном состоянии. Во-вторых, если возможен выброс вещества с Марса, почему на Земле нет метеоритов с Луны? Первый лунный метеорит был найден в том же 1983 году, так что второе возражение снялось. А вот с первым возражением всё было не так просто.

Принципиальное объяснение предложил в 1984 году Джей Мелош: согласно его "модели скалывания", при падении крупного метеорита на Марс (или на Луну) незначительная часть вещества способна приобрести скорость выше скорости убегания, не испытав значительных повреждений. Однако в то время предпочтительной считалась двухэтапная "доставка" вещества с Марса на Землю: сначала с Марса выбрасывается фрагмент поперечником в пару десятков метров, а потом он раскалывается на мелкие куски при столкновении с другим астероидом. И на Землю выпадают уже эти вторичные (а то и третичные) осколки.

Чтобы выбить с Марса двадцатиметровую глыбу, на планету должен упасть крупный астероид, оставляющий после себя кратер диаметром в десятки километров. Разброс свойств шерготтитов показывает, что они порождены несколькими столкновениями. Так часто за последний миллиард лет крупные астероиды на Марс не падали. Однако в 2002 году Джеймс Хед, Джей Мелош и Борис Иванов опубликовали модель, в которой будущие SNC-метеориты выбрасываются с Марса в "готовом" виде, без последующего дробления. В этом случае выброс возможен и при образовании кратера поперечником всего в несколько километров. Добиться согласия со статистикой кратеров позволяют и другие варианты, например модель почти касательного столкновения, предложенная в 2004 году Натальей Артемьевой и Борисом Ивановым.

Есть и другие доказательства. Например, часть осколков, не достигших скорости убегания, должна упасть на поверхность Марса. Именно такой отдельно лежащий булыжник - Bounce Rock - попался на пути марсохода Opportunity. Детальный анализ показал, что и по структуре, и по химическому составу этот булыжник очень сходен с шерготтитами.

Подводя итог, можно сказать, что на марсианское происхождение SNC-метеоритов (и примкнувшего к ним метеорита ALH84001) указывают несколько независимых свидетельств: возраст, структура, химический и изотопный состав. Причём изотопный состав не только не единственный, но и хронологически не первый признак. Точного ответа на вопрос, как именно SNC-метеориты попали с Марса на Землю, ещё долго не будет получено. Однако представьте себе, что в лесу под Первоуральском вы встретили сумчатое животное с торчащими ушами, вытянутой мордочкой, мощными задними ногами и длинным хвостом, передвигающееся прыжками. Будете ли вы смеяться над предположением, что это кенгуру, только потому, что кенгуру не мог доскакать до Первоуральска из Австралии?