Quá trình nào gây ra sự hình thành bụi vũ trụ? Sự tàn phá của bụi vũ trụ trên bề mặt Trái đất

Bụi vũ trụ đến từ đâu? Hành tinh của chúng ta được bao quanh bởi một lớp vỏ không khí dày đặc - bầu khí quyển. Thành phần của khí quyển, ngoài các khí đã biết, còn bao gồm các hạt rắn - bụi.

Về cơ bản, nó bao gồm các hạt đất bốc lên dưới tác động của gió. Trong các đợt phun trào núi lửa, người ta thường quan sát thấy những đám mây bụi mạnh mẽ. Toàn bộ "mũ bụi" treo lơ lửng trên các thành phố lớn, đạt độ cao 2-3 km. Số hạt bụi trong một khối lập phương. cm không khí ở các thành phố đạt 100 nghìn mảnh, trong khi ở vùng núi sạch không khí chỉ chứa vài trăm. Tuy nhiên, bụi có nguồn gốc trên cạn tăng lên độ cao tương đối nhỏ - lên đến 10 km. Bụi núi lửa có thể đạt độ cao 40 - 50 km.

Nguồn gốc của bụi vũ trụ

Sự hiện diện của các đám mây bụi ở độ cao vượt quá 100 km một cách đáng kể đã được thiết lập. Đây là những cái gọi là "mây bạc", bao gồm bụi vũ trụ.

Nguồn gốc của bụi vũ trụ vô cùng đa dạng: nó bao gồm tàn tích của các sao chổi đã phân hủy, và các hạt vật chất do Mặt trời phóng ra và mang đến cho chúng ta bởi lực của áp suất ánh sáng.

Đương nhiên, dưới tác động của lực hấp dẫn, một phần đáng kể các hạt bụi vũ trụ này từ từ lắng xuống trái đất. Sự hiện diện của bụi vũ trụ như vậy đã được phát hiện trên các đỉnh núi tuyết cao.

thiên thạch

Ngoài lớp bụi vũ trụ đang dần lắng xuống này, hàng trăm triệu thiên thạch nổ tung trong bầu khí quyển của chúng ta mỗi ngày - cái mà chúng ta gọi là "sao băng". Đang bay với tốc độ vũ trụ hàng trăm km / giây, chúng cháy hết do ma sát với các hạt không khí trước khi chạm tới bề mặt trái đất. Các sản phẩm của quá trình đốt cháy của chúng cũng lắng xuống đất.

Tuy nhiên, trong số các thiên thạch có những mẫu vật đặc biệt lớn đến được bề mặt trái đất. Như vậy, sự rơi của thiên thạch Tunguska lớn vào lúc 5 giờ sáng ngày 30 tháng 6 năm 1908 đã được biết đến, kèm theo một số hiện tượng địa chấn được ghi nhận ngay cả ở Washington (cách nơi va chạm 9 nghìn km) và cho thấy sức mạnh của vụ nổ trong thời gian sự rơi của thiên thạch. Giáo sư Kulik, người đã kiểm tra địa điểm va chạm của thiên thạch với lòng dũng cảm đặc biệt, đã tìm thấy một lớp bụi chắn gió bao quanh nơi va chạm trong bán kính hàng trăm km. Thật không may, thiên thạch đã không được tìm thấy. Một nhân viên của Bảo tàng Anh Kirpatrick đã thực hiện một chuyến đi đặc biệt tới Liên Xô vào năm 1932, nhưng thậm chí không đến được nơi thiên thạch rơi. Tuy nhiên, ông khẳng định giả thiết của Giáo sư Kulik, người ước tính khối lượng của thiên thạch rơi vào khoảng 100-120 tấn.

Không gian đám mây bụi

Giả thuyết của viện sĩ V. I. Vernadsky rất thú vị, người đã cho rằng không phải thiên thạch có thể rơi mà là một đám mây bụi vũ trụ khổng lồ di chuyển với tốc độ cực lớn.

Viện sĩ Vernadsky đã xác nhận giả thuyết của mình bằng sự xuất hiện những ngày này của một số lượng lớn các đám mây phát sáng di chuyển ở độ cao lớn với tốc độ 300-350 km một giờ. Giả thuyết này cũng có thể giải thích thực tế là những cái cây xung quanh miệng hố thiên thạch vẫn đứng vững, trong khi những cây ở xa hơn bị sóng nổ đánh sập.

Ngoài thiên thạch Tunguska, một số miệng núi lửa có nguồn gốc thiên thạch cũng được biết đến. Miệng núi lửa đầu tiên trong số những miệng núi lửa được khảo sát này có thể được gọi là miệng núi lửa Arizona trong "Hẻm núi của quỷ". Điều thú vị là không chỉ các mảnh vỡ của một thiên thạch sắt được tìm thấy gần nó, mà còn cả những viên kim cương nhỏ được hình thành từ carbon từ nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình rơi và nổ của một thiên thạch.
Ngoài những miệng núi lửa này, minh chứng cho sự rơi xuống của những thiên thạch khổng lồ nặng hàng chục tấn, còn có những miệng núi lửa nhỏ hơn: ở Úc, trên đảo Ezel và một số nơi khác.

Ngoài các thiên thạch lớn, khá nhiều thiên thạch nhỏ hơn rơi hàng năm - nặng từ 10-12 gram đến 2-3 kg.

Nếu Trái đất không được bảo vệ bởi một bầu khí quyển dày đặc, mỗi giây chúng ta sẽ bị bắn phá bởi các hạt vũ trụ nhỏ nhất, lao đi với tốc độ vượt quá tốc độ của một viên đạn.

BỤI MỸ PHẨM, các hạt rắn có kích thước đặc trưng từ khoảng 0,001 micromet đến khoảng 1 microns (và có thể lên đến 100 micromet trở lên trong môi trường liên hành tinh và đĩa tiền hành tinh), được tìm thấy trong hầu hết các đối tượng thiên văn: từ hệ mặt trời đến các thiên hà rất xa và chuẩn tinh. Các đặc tính của bụi (nồng độ hạt, thành phần hóa học, kích thước hạt, v.v.) thay đổi đáng kể từ vật thể này sang vật thể khác, ngay cả đối với các vật thể cùng loại. Bụi vũ trụ tán xạ và hấp thụ bức xạ tới. Bức xạ tán xạ có cùng bước sóng với bức xạ tới truyền theo mọi phương. Bức xạ mà hạt bụi hấp thụ được chuyển thành nhiệt năng, và hạt bụi thường bức xạ trong vùng có bước sóng dài hơn của quang phổ so với bức xạ tới. Cả hai quá trình đều góp phần vào sự tuyệt chủng - sự suy giảm bức xạ của các thiên thể bởi bụi nằm trên đường ngắm giữa vật thể và người quan sát.

Các vật thể bụi được nghiên cứu trong gần như toàn bộ dải sóng điện từ - từ tia X đến milimet. Bức xạ lưỡng cực điện từ các hạt siêu mịn quay nhanh dường như đóng góp một phần nào đó vào bức xạ vi sóng ở tần số 10-60 GHz. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đóng một vai trò quan trọng trong đó chúng đo chiết suất, cũng như quang phổ hấp thụ và ma trận tán xạ của các hạt - chất tương tự của hạt bụi vũ trụ, mô phỏng quá trình hình thành và phát triển của hạt bụi chịu lửa trong bầu khí quyển của các ngôi sao và đĩa tiền hành tinh, nghiên cứu sự hình thành các phân tử và sự tiến hóa của các thành phần bụi dễ bay hơi trong các điều kiện tương tự như điều kiện tìm thấy trong các đám mây đen giữa các vì sao.

Bụi vũ trụ, trong các điều kiện vật lý khác nhau, được nghiên cứu trực tiếp trong thành phần của các thiên thạch rơi xuống bề mặt Trái đất, trong các lớp trên của khí quyển Trái đất (bụi liên hành tinh và tàn tích của các sao chổi nhỏ), trong các chuyến bay của tàu vũ trụ đến các hành tinh, tiểu hành tinh và sao chổi (gần hành tinh và bụi sao chổi) và ngoài giới hạn của nhật quyển (bụi giữa các vì sao). Các quan sát từ xa trên mặt đất và không gian về bụi vũ trụ bao phủ Hệ Mặt trời (bụi liên hành tinh, hành tinh và sao chổi, bụi gần Mặt trời), môi trường giữa các vì sao của Thiên hà của chúng ta (bụi giữa các vì sao, hoàn cảnh và tế bào) và các thiên hà khác (bụi ngoài thiên hà), như những vật thể ở rất xa (bụi vũ trụ).

Các hạt bụi vũ trụ chủ yếu bao gồm các chất cacbon (cacbon vô định hình, than chì) và magie-sắt silicat (olivin, pyroxen). Chúng ngưng tụ và phát triển trong bầu khí quyển của các ngôi sao thuộc các lớp quang phổ muộn và trong các tinh vân tiền hành tinh, sau đó bị đẩy ra môi trường giữa các vì sao bởi áp suất bức xạ. Trong các đám mây giữa các vì sao, đặc biệt là các đám mây dày đặc, các hạt chịu lửa tiếp tục phát triển do sự bồi tụ của các nguyên tử khí, cũng như khi các hạt va chạm và dính vào nhau (đông tụ). Điều này dẫn đến sự xuất hiện của vỏ các chất dễ bay hơi (chủ yếu là nước đá) và hình thành các hạt cốt liệu xốp. Sự phá hủy các hạt bụi xảy ra do sự phân tán trong các sóng xung kích phát sinh sau các vụ nổ siêu tân tinh, hoặc sự bay hơi trong quá trình hình thành sao bắt đầu trong đám mây. Phần bụi còn lại tiếp tục phát triển gần ngôi sao đã hình thành và sau đó biểu hiện dưới dạng đám mây bụi liên hành tinh hoặc các hạt nhân sao chổi. Nghịch lý thay, bụi xung quanh các ngôi sao đã tiến hóa (cũ) là "tươi" (mới hình thành gần đây trong bầu khí quyển của chúng), và xung quanh các ngôi sao trẻ thì nó già (phát triển như một phần của môi trường giữa các vì sao). Người ta cho rằng bụi vũ trụ, có thể tồn tại trong các thiên hà xa xôi, ngưng tụ lại trong khối vật chất sau vụ nổ của các siêu tân tinh lớn.

Lít xem tại st. Bụi giữa các vì sao.

Nhiều người trầm trồ thích thú trước cảnh tượng tuyệt đẹp của bầu trời đầy sao, một trong những sáng tạo vĩ đại nhất của thiên nhiên. Trong bầu trời mùa thu trong vắt, có thể nhìn thấy rõ ràng cách một dải sáng mờ gọi là Dải Ngân hà chạy qua toàn bộ bầu trời, có những đường viền bất thường với độ rộng và độ sáng khác nhau. Nếu chúng ta nhìn vào Dải Ngân hà, hình thành nên Thiên hà của chúng ta, qua kính viễn vọng, hóa ra dải sáng này chia thành nhiều ngôi sao sáng mờ, mà bằng mắt thường, chúng kết hợp lại thành một vầng sáng liên tục. Hiện nay người ta xác định rằng Dải Ngân hà không chỉ bao gồm các ngôi sao và các cụm sao, mà còn bao gồm các đám mây khí và bụi.

Bụi vũ trụ xuất hiện trong nhiều vật thể không gian, nơi có dòng vật chất bay ra ngoài nhanh chóng, kèm theo sự nguội lạnh. Nó thể hiện trong bức xạ hồng ngoại những ngôi sao nóng bỏng Wolf-Rayet với gió sao rất mạnh, tinh vân hành tinh, vỏ siêu tân tinh và các ngôi sao mới. Một lượng lớn bụi tồn tại trong lõi của nhiều thiên hà (ví dụ, M82, NGC253), từ đó có một luồng khí mạnh đi ra. Ảnh hưởng của bụi vũ trụ rõ rệt nhất trong quá trình bức xạ của một ngôi sao mới. Một vài tuần sau khi có độ sáng cực đại của nova, một lượng bức xạ dư thừa mạnh trong dải hồng ngoại xuất hiện trong quang phổ của nó, gây ra bởi sự xuất hiện của bụi có nhiệt độ khoảng K. Hơn nữa

Siêu tân tinh SN2010jl Ảnh: NASA / STScI

Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã quan sát sự hình thành bụi vũ trụ ở vùng lân cận của một siêu tân tinh trong thời gian thực, cho phép họ giải thích hiện tượng bí ẩn xảy ra theo hai giai đoạn này. Các nhà nghiên cứu viết trên tạp chí Nature.

Tất cả chúng ta đều được tạo thành từ stardust, các nguyên tố là vật liệu xây dựng nên các thiên thể mới. Các nhà thiên văn từ lâu đã cho rằng lớp bụi này được hình thành khi các ngôi sao phát nổ. Nhưng chính xác thì điều này xảy ra như thế nào và làm thế nào để các hạt bụi không bị phá hủy trong vùng lân cận của các thiên hà, nơi có một thiên hà đang hoạt động, cho đến nay vẫn là một bí ẩn.

Câu hỏi này lần đầu tiên được làm rõ nhờ các quan sát được thực hiện bằng Kính viễn vọng Rất lớn tại Đài quan sát Paranal ở miền bắc Chile. Một nhóm nghiên cứu quốc tế dẫn đầu bởi Christa Gall (Christa Gall) từ Đại học Aarhus của Đan Mạch đã điều tra một siêu tân tinh xảy ra vào năm 2010 trong một thiên hà cách chúng ta 160 triệu năm ánh sáng. Các nhà nghiên cứu đã quan sát với số danh mục SN2010jl trong phạm vi ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại trong nhiều tháng và năm đầu tiên bằng cách sử dụng máy quang phổ X-Shooter.

Gall giải thích: “Khi chúng tôi kết hợp dữ liệu quan sát, chúng tôi có thể thực hiện phép đo đầu tiên về sự hấp thụ các bước sóng khác nhau trong lớp bụi xung quanh siêu tân tinh. “Điều này cho phép chúng tôi tìm hiểu nhiều hơn về loại bụi này so với những gì đã biết trước đây.” Do đó, có thể nghiên cứu chi tiết hơn về các kích thước khác nhau của các hạt bụi và sự hình thành của chúng.

Bụi trong vùng lân cận của siêu tân tinh xảy ra theo hai giai đoạn Ảnh: © ESO / M. Kornmesser

Hóa ra, các hạt bụi lớn hơn một phần nghìn milimét được hình thành trong lớp vật chất dày đặc xung quanh ngôi sao một cách tương đối nhanh chóng. Kích thước của những hạt này lớn một cách đáng ngạc nhiên đối với các hạt bụi vũ trụ, điều này làm cho chúng có khả năng chống lại sự phá hủy của các quá trình thiên hà. Đồng tác giả Jens Hjorth của Đại học Copenhagen cho biết thêm: “Bằng chứng của chúng tôi về các hạt bụi lớn xuất hiện ngay sau một vụ nổ siêu tân tinh có nghĩa là phải có một cách nhanh chóng và hiệu quả để hình thành chúng. điều này xảy ra."

Tuy nhiên, các nhà thiên văn đã có một lý thuyết dựa trên những quan sát của họ. Dựa vào đó, sự hình thành bụi diễn ra theo 2 giai đoạn:

Ngôi sao đẩy vật chất vào không gian xung quanh của nó không lâu trước khi vụ nổ xảy ra. Sau đó, đến và lan truyền sóng xung kích của siêu tân tinh, đằng sau đó một lớp vỏ khí lạnh và dày đặc được tạo ra - môi trường mà các hạt bụi từ vật chất đã phóng ra trước đó có thể ngưng tụ và phát triển.
Trong giai đoạn thứ hai, vài trăm ngày sau vụ nổ siêu tân tinh, vật chất được phóng ra trong chính vụ nổ được thêm vào và quá trình hình thành bụi được đẩy nhanh xảy ra.

“Gần đây, các nhà thiên văn học đã tìm thấy rất nhiều bụi trong tàn tích của các siêu tân tinh nổi lên sau vụ nổ. Tuy nhiên, họ cũng tìm thấy bằng chứng cho một lượng nhỏ bụi thực sự có nguồn gốc từ chính siêu tân tinh. Những quan sát mới giải thích cách giải quyết mâu thuẫn có vẻ như này ", Christa Gall kết luận.

Các nhà khoa học tại Đại học Hawaii đã thực hiện một khám phá giật gân - bụi vũ trụ chứa chất hữu cơ, bao gồm cả nước, xác nhận khả năng chuyển các dạng sống khác nhau từ thiên hà này sang thiên hà khác. Các sao chổi và tiểu hành tinh di chuyển trong không gian thường xuyên mang theo khối lượng stardust vào bầu khí quyển của các hành tinh. Do đó, bụi giữa các vì sao hoạt động như một loại "phương tiện giao thông" có thể cung cấp nước cùng với các chất hữu cơ đến Trái đất và đến các hành tinh khác của hệ Mặt trời. Có lẽ, một thời, dòng chảy của bụi vũ trụ đã dẫn đến sự xuất hiện của sự sống trên Trái đất. Có thể sự sống trên sao Hỏa, sự tồn tại gây ra nhiều tranh cãi trong giới khoa học, cũng có thể phát sinh theo cách tương tự.

Cơ chế hình thành nước trong cấu trúc bụi vũ trụ

Trong quá trình di chuyển trong không gian, bề mặt của các hạt bụi giữa các vì sao bị chiếu xạ dẫn đến hình thành các hợp chất nước. Cơ chế này có thể được mô tả chi tiết hơn như sau: các ion hydro có trong dòng xoáy mặt trời bắn phá lớp vỏ của các hạt bụi vũ trụ, đánh bật các nguyên tử riêng lẻ ra khỏi cấu trúc tinh thể của một khoáng chất silicat, vật liệu xây dựng chính của các vật thể giữa các thiên hà. Kết quả của quá trình này, oxy được giải phóng, phản ứng với hydro. Do đó, các phân tử nước có chứa các chất hữu cơ được hình thành.

Va chạm với bề mặt hành tinh, các tiểu hành tinh, thiên thạch và sao chổi mang một hỗn hợp nước và chất hữu cơ lên bề mặt của nó.

Gì bụi vũ trụ- bạn đồng hành của tiểu hành tinh, thiên thạch và sao chổi, mang các phân tử hợp chất cacbon hữu cơ, nó đã được biết đến trước đây. Nhưng thực tế là stardust cũng vận chuyển nước vẫn chưa được chứng minh. Chỉ đến nay, các nhà khoa học Mỹ lần đầu tiên phát hiện ra rằng chất hữu cơđược mang bởi các hạt bụi giữa các vì sao cùng với các phân tử nước.

Làm thế nào mà nước lên được mặt trăng?

Phát hiện của các nhà khoa học Mỹ có thể giúp vén bức màn bí ẩn về cơ chế hình thành các tảng băng kỳ lạ. Mặc dù thực tế là bề mặt của Mặt trăng hoàn toàn không bị mất nước, một hợp chất OH đã được tìm thấy trên mặt bóng của nó bằng cách sử dụng âm thanh. Phát hiện này chứng minh sự có mặt của nước trong ruột của Mặt trăng.

Mặt khác của Mặt trăng bị bao phủ hoàn toàn bởi băng. Có lẽ cùng với bụi vũ trụ mà các phân tử nước đã va vào bề mặt của nó từ nhiều tỷ năm trước.

Kể từ thời đại của tàu Apollo thám hiểm mặt trăng, khi các mẫu đất mặt trăng được chuyển đến Trái đất, các nhà khoa học đã đi đến kết luận rằng nắng gió gây ra những thay đổi trong thành phần hóa học của bụi sao bao phủ bề mặt của các hành tinh. Khả năng hình thành các phân tử nước trong lớp bụi vũ trụ trên Mặt Trăng lúc đó vẫn còn được tranh luận, nhưng các phương pháp nghiên cứu phân tích có sẵn vào thời điểm đó không thể chứng minh hoặc bác bỏ giả thuyết này.

Bụi vũ trụ - vật mang các dạng sống

Do nước được hình thành với thể tích rất nhỏ và nằm cục bộ trong lớp vỏ mỏng trên bề mặt. bụi không gian, chỉ bây giờ người ta mới có thể nhìn thấy nó bằng kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao. Các nhà khoa học tin rằng một cơ chế tương tự đối với sự chuyển động của nước với các phân tử hợp chất hữu cơ có thể xảy ra trong các thiên hà khác, nơi nó quay quanh ngôi sao "mẹ". Trong các nghiên cứu sâu hơn của mình, các nhà khoa học dự định xác định chi tiết hơn chất vô cơ và chất hữu cơ dựa trên cacbon có trong cấu trúc của bụi sao.

Thật thú vị khi biết! Ngoại hành tinh là một hành tinh nằm ngoài hệ mặt trời và quay xung quanh một ngôi sao. Hiện tại, khoảng 1000 ngoại hành tinh đã được phát hiện bằng mắt thường trong thiên hà của chúng ta, tạo thành khoảng 800 hệ hành tinh. Tuy nhiên, các phương pháp phát hiện gián tiếp chỉ ra sự tồn tại của 100 tỷ ngoại hành tinh, trong đó có 5-10 tỷ hành tinh có các thông số tương tự như Trái đất, tức là có. Một đóng góp đáng kể cho sứ mệnh tìm kiếm các nhóm hành tinh giống như hệ mặt trời được thực hiện bởi kính viễn vọng vệ tinh thiên văn Kepler, được phóng lên vũ trụ vào năm 2009, cùng với chương trình Planet Hunters.

Làm thế nào sự sống có thể bắt nguồn trên Trái đất?

Rất có thể sao chổi di chuyển trong không gian với tốc độ cao có khả năng tạo ra đủ năng lượng khi va chạm với hành tinh để bắt đầu quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn, bao gồm các phân tử axit amin, từ các thành phần của băng. Một hiệu ứng tương tự xảy ra khi một thiên thạch va chạm với bề mặt băng giá của hành tinh. Sóng xung kích tạo ra nhiệt, kích hoạt sự hình thành các axit amin từ các phân tử bụi không gian riêng lẻ được xử lý bởi gió mặt trời.

Thật thú vị khi biết! Sao chổi được tạo thành từ những khối băng lớn hình thành do sự ngưng tụ hơi nước trong thời kỳ đầu tạo ra hệ mặt trời, khoảng 4,5 tỷ năm trước. Trong cấu trúc của sao chổi có chứa carbon dioxide, nước, amoniac và metanol. Những chất này trong quá trình va chạm của sao chổi với Trái đất, ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển, có thể tạo ra đủ năng lượng để tạo ra các axit amin - loại protein xây dựng cần thiết cho sự phát triển của sự sống.

Các mô phỏng trên máy tính đã chỉ ra rằng sao chổi băng giá rơi xuống bề mặt Trái đất hàng tỷ năm trước có thể chứa hỗn hợp prebiotic và các axit amin đơn giản như glycine, là nguồn gốc của sự sống trên Trái đất.

Lượng năng lượng giải phóng trong quá trình va chạm của một thiên thể và một hành tinh đủ để bắt đầu quá trình hình thành các axit amin

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các vật thể băng giá với các hợp chất hữu cơ giống hệt nhau được tìm thấy trong sao chổi có thể được tìm thấy bên trong hệ mặt trời. Ví dụ, Enceladus, một trong những vệ tinh của Sao Thổ, hay Europa, một vệ tinh của Sao Mộc, chứa trong vỏ của chúng chất hữu cơ trộn với nước đá. Theo giả thuyết, bất kỳ cuộc bắn phá vệ tinh nào của thiên thạch, tiểu hành tinh hoặc sao chổi đều có thể dẫn đến sự xuất hiện của sự sống trên các hành tinh này.

Liên hệ với