Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества - Пол Стейнхардт
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
У первого в истории природного квазикристалла, открытого несколькими годами ранее, икосаэдрита, имеется шесть различных направлений, вдоль которых можно наблюдать знаменитую запрещенную симметрию пятого порядка. А вот второй природный квазикристалл имел только одно такое направление. И тут была запрещенная симметрия десятого порядка.
Как показано ниже на верхнем снимке, структура заполнена маленькими десятиугольными кольцами атомов. Дифракционная картина, представленная на нижнем левом снимке, подтверждает симметрию десятого порядка вдоль одного направления. Но по другим направлениям наблюдается периодичность, как в обычном кристалле, о чем свидетельствуют расположенные на равных расстояниях ряды дифракционных пятен на нижнем правом снимке.
Обнаружение квазикристалла совершенно нового типа намного превосходило все, что мы с Лукой смели вообразить. Связавшись по “Скайпу”, мы радовались этой несказанной удаче.
И снова Лука представил доказательства в Международную минералогическую ассоциацию в заявке об открытии нового минерала. Там быстро проголосовали за и приняли предложенное нами название декагонит.
Декагонит был новым природным минералом, однако специалисты по квазикристаллам уже знали этот материал. Квазикристалл с такими же составом и симметрией синтезировал Ан-Пан Цай с коллегами в 1989 году, через два года после того, как был создан первый в мире безупречный образец синтетического квазикристалла.
Никто не ожидал найти этот десятиугольный квазикристалл в природе. Но это достижение Луки стало возможным благодаря крошечному обломку давно утраченного зерна № 126. Представьте только, что мог бы обнаружить мой блестящий коллега, если бы в Air Express не поступили так небрежно с остальной частью образца.
Удивительное зерно № 126а
Верится с трудом, но Луке удалось выжать третье открытие из остатков зерна № 126. Один из его срезов оказался настолько важным, что заслужил собственное обозначение. Мы назвали его зерном № 126А, и в нем содержалась масса новых данных о метеорите Хатырка.
С самого начала нашего исследования мы искали образец, в котором металлический алюминий находился бы в непосредственном контакте и химически реагировал бы с силикатами, обычно обнаруживаемыми в углистых хондритах. Лучшим примером, найденным к тому времени, было зерно № 125, которое изучали Чейни и Линкольн. К сожалению, контакты минеральных зерен в нем были нарушены в процессе эпоксидной фиксации.
Неожиданный сюрприз поджидал нас в зерне № 126A, которое изображено на снимке вверху.
На первый взгляд кажется, что это еще один пример “собачьего завтрака”, как Гленн когда-то насмешливо окрестил невнятные изображения, восстановленные со сломанного жесткого диска Луки.
Это изображение тоже выглядит беспорядочным. Но на микроскопическом уровне оно содержит невероятно информативные детали. Исследование этого маленького кусочка “собачьего завтрака” заняло у нашей команды – Чейни, Линкольна, Луки и меня – более двух лет. По ключевым вопросам мы обращались за советом к коллегам по нашей экспедиции – Крису Андроникосу и Гленну Макферсону. Под конец мы даже привлекли в команду еще более узкоспециализированных экспертов из Калтеха.
В образце сразу обнаруживается множество примеров металлических минералов, представленных белесым и светло-серым материалом. Силикатные и оксидные минералы выглядят темно-серыми. Но самое важное: на этом изображении видно, что эти два типа материала химически реагировали друг с другом.
Лучший пример этого продемонстрирован на увеличенном снимке небольшого фрагмента “собачьего завтрака”, который я называю “индейкой” (см. фото вверху). Голова и клюв птицы находятся в верхнем левом квадранте, а пухлое круглое тело индейки – посередине.
“Индейка” – это область, где металл и силикат расплавились и вступили в реакцию друг с другом из-за удара, вероятно, того самого сильного столкновения, которое, по данным цюрихского изотопного теста, произошло сотни миллионов лет назад. По всей границе между металлом и силикатом есть тонкий слой, полный загадочных круглых бусинок, которые оказались почти чистым железом. Здесь присутствует также изящная композиция неметаллических кристаллов шпинели – оксидов, содержащих алюминий и магний.
То был первый пример подобной конфигурации минералов, обнаруженный нами в образцах Хатырки. Шпинель и шарики железа были продуктами быстрой химической реакции с выделением тепла, которая происходила, когда алюминий в окружающем металле вступал в контакт с кислородом, магнием и железом, содержащимися в силикате. Атомы алюминия соединились с магнием и кислородом в силикате, образовав шпинель; железо, высвободившееся из силиката, сконденсировалось и образовало шарики.
Но что вызвало эту химическую реакцию? И как достичь в этом вопросе уверенности?
“Индейки” и пушки
Я решил, что надо попробовать найти ответы экспериментальным путем. Железные бусинки встречались в образцах с Луны, которые подвергались ударам на ее поверхности. Поэтому я подумал: не могут ли столкновения в открытом космосе быть причиной появления железных бусинок в Хатырке, несмотря на кардинальное отличие от лунного грунта по химическому составу?
В надежде найти способ проверить свою идею, я в течение нескольких следующих месяцев беседовал с различными экспертами, писавшими о железных бусинках, обнаруженных в лунных образцах. Они, в свою очередь, подсказывали мне других экспертов, которые отправляли меня к третьим, – обычный случай трудоемкого и времязатратного поиска информации, характерного для всего нашего исследования.
Как-то в разговоре с профессором инженерии из Калтеха прозвучало знакомое мне имя. Он сказал, что его коллега, геофизик по имени Пол Азимов, когда-то изучал образование железных бусинок в результате высокоскоростных ударов. В яблочко!
Мой младший сын Уилл изучал геофизику в Калтехе. Во время учебы он познакомил меня с Полом, профессором, которым он всегда восхищался. Пол был худощав, жилист и полон энергии. А еще он был блестящим ученым, творческим и очень любопытным. Как только у него появилась идея для эксперимента, он молниеносно начал действовать.
Пол (на фото ниже) имел доступ к исследовательской лаборатории Калтеха с редкой установкой – специализированной лабораторной пушкой. В длину она около пяти метров и работает почти как обычная пушка 20-миллиметрового калибра. С задней стороны, которую называют казенной частью, она заряжается порохом и снарядом двухмиллиметровой толщины из редкого твердого металла тантала. На другом конце пушки располагается особым образом сконструированная мишень, которая состоит из стопки синтетических или натуральных материалов, помещенных в контейнер из нержавеющей стали диаметром около трех дюймов со стенками такой же толщины. Конкретные материалы, используемые в стопке, напрямую зависят от проводимого эксперимента. Контейнер со стопкой материалов крепится нейлоновыми винтами к дальнему концу пушки, а вся конструкция мишени заключена в большую прямоугольную коробку-ловушку.
Когда пушка стреляет, снаряд летит примерно втрое быстрее звука и порождает ударную волну, которая проходит через стопку в мишени и длится меньше миллионной доли секунды. На ее пике ударное давление достигает величины, которое вещество Хатырки испытывало в космосе. Сила удара разрывает нейлоновые винты, и стальная камера летит в прямоугольную коробку-ловушку в задней части установки, откуда ее
