Den afslørende ledetråd til, hvordan meteoritter blev lavet, ved solsystemets fødsel

26. april, 1803 var en usædvanlig dag i den lille by L'Aigle i Normandiet, Frankrig – det regnede med sten.

Over 3, 000 af dem faldt ud af himlen. Heldigvis kom ingen til skade. Det franske videnskabsakademi undersøgte og proklamerede, baseret på mange øjenvidnehistorier og klippernes usædvanlige udseende, at de var kommet fra rummet.

Jorden stødes uophørligt med sten, mens den kredser om Solen, tilføjer omkring 50 tons til vores planets masse hver dag. Meteoritter, som disse klipper kaldes, er lette at finde i ørkener og på Antarktis issletter, hvor de stikker ud som en øm tommelfinger. De kan endda lande i baghaver, skatte gemt blandt almindelige terrestriske klipper. Amatører og professionelle samler meteoritter, og de mere interessante når frem til museer og laboratorier rundt om i verden til udstilling og undersøgelse. De købes og sælges også på eBay.

På trods af årtiers intense undersøgelser foretaget af tusindvis af videnskabsmænd, der er ingen generel konsensus om, hvordan de fleste meteoritter blev dannet. Som astronom og geolog, vi har for nylig udviklet en ny teori om, hvad der skete under dannelsen af ​​solsystemet for at skabe disse værdifulde levn fra vores fortid. Da planeter dannes ud af kollisioner af disse første sten, dette er en vigtig del af Jordens historie.

De mystiske kondruler

Omkring 10% af meteoritterne er rent jern. Disse dannes gennem en flertrinsproces, hvor en stor smeltet asteroide har tilstrækkelig tyngdekraft til at få jern til at synke til dets centrum. Dette bygger en jernkerne ligesom Jordens. Efter denne asteroide er størknet, det kan knuses til meteoritter ved kollisioner med andre objekter. Jernmeteoritter er lige så gamle som selve solsystemet, beviser, at store asteroider dannes hurtigt, og at fuldt smeltede dem engang var rigelige.

De andre 90% af meteoritterne kaldes "kondritter", fordi de er fulde af mystiske, små klippekugler kendt som "kondruler". Ingen terrestrisk sten har noget som en chondrule inde i sig. Det er klart, at kondruler blev dannet i rummet under en kort periode med intens opvarmning, når temperaturen nåede smeltepunktet for sten, omkring 3, 000 grader Fahrenheit, i mindre end en time. Hvad kan være årsagen til det?

Forskere er kommet med mange hypoteser gennem de sidste 40 år. Men der er ikke opnået enighed om, hvordan denne korte opvarmning skete.

Chondrule-problemet er så berømt svært og omstridt, at da vi for et par år siden annoncerede til kollegerne, at vi arbejdede på det, deres reaktion var at smile, ryster på hovedet og kondolerer. Nu hvor vi har foreslået en løsning, forbereder vi os på et mere kritisk svar, hvilket er fint, fordi det er den måde, videnskaben udvikler sig på.

Flyby-modellen

Vores idé er ret simpel. Radioaktiv datering af hundredvis af kondruler viser, at de blev dannet mellem 1,8 og 4 millioner år efter solsystemets begyndelse - for omkring 4,6 milliarder år siden. I løbet af denne tid, fuldt smeltede asteroider, jernmeteoritternes moderlegemer, var rigelige. Vulkanudbrud på disse asteroider frigav enorme mængder varme i rummet omkring dem. Alle mindre genstande, der passerer forbi under et udbrud, vil opleve en kort, intens varmeblæsning.

For at teste vores hypotese, vi deler udfordringen op. Astronomen, Herbst, knækkede tallene for at bestemme, hvor meget opvarmning der var nødvendig, og hvor længe man skulle lave chondruler. Så geologen, Greenwood, brugte en ovn i vores laboratorium i Wesleyan til at genskabe de forudsagte forhold og se, om vi kunne lave vores egne chondruler.

Forsøgene viste sig at være ganske vellykkede.

Vi putter noget fint støv fra jordsten med sammensætninger, der ligner rumstøv, i en lille kapsel, placerede det i vores ovn og cyklede temperaturen gennem det forudsagte område. Der kom en flot syntetisk chondrule. Sag lukket? Ikke så hurtigt.

Der dukkede to problemer op med vores model. I første omgang, vi havde ignoreret det større spørgsmål om, hvordan chondruler kom til at være en del af hele meteoritten. Hvad er deres forhold til tingene mellem kondruler - kaldet matrix? Ud over, vores model virkede lidt for tilfældig for os. Kun en lille del af primitivt stof vil blive opvarmet på den måde, vi foreslog. Ville det være nok til at redegøre for alle de chondrule-pakkede meteoritter, der rammer Jorden?

At lave hele meteoritter

For at løse disse problemer, vi udvidede vores oprindelige model til at overveje flyby-opvarmning af et større objekt, op til et par kilometer på tværs. Når dette materiale nærmer sig en varm asteroide, dele af det vil fordampe som en komet, resulterer i en atmosfære rig på ilt og andre flygtige grundstoffer. Dette viser sig at være netop den slags atmosfære, hvori chondruler dannes, baseret på tidligere detaljerede kemiske undersøgelser.

Vi forventer også, at varmen og gastrykket hærder objektet, der flyver forbi til en hel meteorit gennem en proces kendt som varm isostatisk presning, som bruges kommercielt til fremstilling af metallegeringer. Når kondrulerne smelter til små kugler, de vil frigive gas til matrixen, som fanger disse elementer, når meteoritten hærder. Hvis kondruler og kondritter dannes sammen på denne måde, vi forventer, at matrixen forstærkes i nøjagtig de samme elementer, som kondrulerne er udtømte. Dette fænomen, kendt som komplementaritet, har, faktisk, været observeret i årtier, og vores model giver en plausibel forklaring på det.

Måske er det mest nye træk ved vores model, at den forbinder chondruledannelse direkte med hærdning af meteoritter. Da kun godt hærdede genstande fra rummet kan komme igennem jordens atmosfære, vi ville forvente, at meteoritterne i vores museer var fulde af kondruler, som de er. Men hærdede meteoritter fulde af kondruler ville være undtagelsen, ikke reglen, i rummet, da de dannes ved en relativt tilfældig proces - den varme forbiflyvning. Vi burde hurtigt nok vide, om denne idé holder vand, da den forudsiger, at chondruler vil være sjældne på asteroider. Både Japan og USA har igangværende missioner til nærliggende asteroider, som vil returnere prøver i løbet af de næste par år.

Hvis disse asteroider er fulde af kondruler, som de hærdede meteoritter, der når jordens overflade, så kan vores model kasseres, og søgen efter en løsning på det berømte chondrule-problem kan fortsætte. Hvis, på den anden side, kondruler er sjældne på asteroider, så vil flyby-modellen have bestået en vigtig test.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.