Ağır çekimde bir asteroit çarpmasının incelenmesi

Araştırmacılar ilk kez bir asteroit çarpmasında malzemeye ne olduğunu canlı ve atomik ayrıntılarla kaydettiler. Jena Üniversitesi’nden Falko Langenhorst ve DESY’den Hanns-Peter Liermann’dan oluşan ekip, laboratuarda kuvars mineraliyle bir asteroit çarpmasını simüle etti ve DESY’nin X-ışını kaynağı PETRA ile izlerken onu elmas bir örs hücresinde ağır çekimde takip etti. III.

Gözlem, bir asteroidin çarptığı malzemede karakteristik lamellerin oluşumuyla ilgili onlarca yıllık bir gizemi çözen kuvarsta bir ara durumu ortaya koyuyor. Kuvars, Dünya yüzeyinde her yerde bulunur ve örneğin kumun ana bileşenidir. Analiz, geçmiş etkilerin izlerinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olur ve tamamen farklı malzemeler için de önem taşıyabilir. Araştırmacılar bulgularını şu şekilde sunuyor: Doğa İletişimi.

Asteroit çarpmaları, büyük kraterler yaratan ve bazen Dünya’nın ana kayasının bazı kısımlarını eriten felaket olaylarıdır. Langenhorst, “Yine de, kraterleri Dünya’da tespit etmek genellikle zordur, çünkü erozyon, ayrışma ve levha tektoniği onların milyonlarca yılda yok olmasına neden olur” diye açıklıyor.

Bu nedenle, darbenin gücü nedeniyle karakteristik değişikliklere uğrayan mineraller, genellikle bir darbenin kanıtı olarak işlev görür. Örneğin, kuvars kumu (kimyasal olarak silikon dioksit, SiO₂) böyle bir darbeyle kademeli olarak cama dönüşür ve kuvars taneleri daha sonra mikroskobik lamellerle çaprazlanır. Bu yapı ancak bir elektron mikroskobu altında ayrıntılı olarak incelenebilir. Örneğin, ABD’nin Arizona eyaletindeki nispeten yeni ve belirgin Barringer kraterinden elde edilen materyallerde görülebilir.

Liermann, “60 yılı aşkın bir süredir, bu katmanlı yapılar bir asteroit etkisinin göstergesi olarak hizmet etti, ancak şimdiye kadar hiç kimse bu yapının en başta nasıl oluştuğunu bilmiyordu” diyor. “Artık bu onlarca yıllık gizemi çözdük.”

Bunu yapmak için araştırmacılar, malzemelerin laboratuvarda yüksek basınç altında çalışılmasına izin veren teknikleri değiştirmek ve ilerletmek için yıllarını harcadılar. Bu deneylerde, numuneler genellikle sözde elmas örs hücresinde (DAC) iki küçük elmas örs arasında sıkıştırılır. Aşırı basınçların – Dünya’nın iç kesimlerinde veya bir asteroit çarpmasında olduğu gibi – kontrollü bir şekilde üretilmesine izin verir.

karakteristik lamel

Ekip, deneyleri için, ölçüm sırasında basıncın çok hızlı bir şekilde değiştirilebildiği dinamik bir elmas örs hücresi (dDAC) kullandı. Bu cihazla, bilim adamları kristal yapılarındaki değişiklikleri araştırmak için PETRA III’ün yoğun X-ışını ışığını onların içinden geçirirken, küçük kuvars tekli kristalleri daha güçlü ve daha güçlü bir şekilde sıkıştırdı.

Liermann, “İşin püf noktası, simüle edilmiş asteroit etkisinin X-ışını ışığıyla takip edilebilecek kadar yavaş ilerlemesine izin vermek, ancak çok yavaş olmamaktır, böylece bir asteroit çarpmasına özgü etkiler yine de meydana gelebilir” diyor. Saniye ölçeğindeki deneyler doğru süre olduğunu kanıtladı.

Bu çalışmalar üzerine doktora tezini yazan birinci yazar Christoph Otzen, “Yaklaşık 180.000 atmosferlik bir basınçta, kuvars yapısının aniden rosiait benzeri dediğimiz daha sıkı bir geçiş yapısına dönüştüğünü gözlemledik” diyor. “Bu kristal yapıda, kuvars hacminin üçte biri kadar küçülür. Karakteristik lameller, tam olarak kuvarsın, bizden önce hiç kimsenin kuvarsta tanımlayamadığı bu yarı kararlı faza dönüştüğü yerde oluşur.”

Rosiaite oksitli bir mineraldir ve çeşitli malzemelerden bilinen kristal yapısının adaşıdır. Silikadan oluşmaz, ancak bir kurşun antimonattır (kurşun, antimon ve oksijenden oluşan bir bileşik).

Düzensizliğe düşmek

Otzen, “Basınç ne kadar yükselirse, numunede rosiait benzeri bir yapıya sahip silis oranı o kadar artar” diye açıklıyor. “Fakat basınç tekrar düştüğünde, rosiyait benzeri lameller tekrar orijinal kuvars yapısına dönüşmezler, ancak düzensiz bir yapıya sahip cam lameller halinde çökerler. Bu lamelleri ayrıca asteroit çarpmalarının birikintilerinden kuvars tanelerinde de görüyoruz.”

Lamellerin miktarı ve yönü, etki hakkında sonuçlar çıkarılmasına izin verir. Örneğin, darbe basıncının ne kadar yüksek olduğunu gösterirler. Langenhorst, “On yıllardır, bu tür lameller asteroit etkilerini tespit etmek ve analiz etmek için kullanıldı,” diye belirtiyor, “Fakat bunların oluşumunu ancak şimdi doğru bir şekilde açıklayabilir ve anlayabiliriz.”

Çalışma için, araştırmacılar teknik olarak mümkün olan en yüksek basınçları kullanmadılar. Langenhorst, “En yüksek basınç aralığında, malzemenin eridiği veya buharlaştığı kadar çok ısı üretilir” diye açıklıyor. “Katılaşarak tekrar kayaya dönüşen erimiş malzeme şimdilik bize pek yararlı bilgiler vermiyor. Ancak önemli olan, minerallerin katı halde karakteristik değişikliklere uğradığı tam olarak basınç aralığıdır ve bu vakada incelediğimiz şey de budur. ”

Cam oluşumu için model?

Sonuçlar, asteroit etkilerinin incelenmesinin ötesinde bir öneme sahip olabilir. Langenhorst, “Gözlemlediğimiz şey, buz gibi tamamen farklı malzemelerde cam oluşumu için bir model çalışma olabilir” diye belirtiyor. “Bu, hızlı sıkıştırma sırasında bir ara adımda bir kristal yapının yarı kararlı bir faza dönüştüğü ve daha sonra düzensiz cam yapıya dönüştüğü genel yol olabilir. Bunu daha fazla araştırmayı planlıyoruz, çünkü malzeme araştırmaları için büyük önem taşıyabilir. .”

PETRA III’ün DESY’de planlanan dünyanın en iyi X-ışını mikroskobu PETRA IV’e dönüştürülmesiyle, bu tür çalışmalar gelecekte daha da gerçekçi bir şekilde mümkün olacaktır. Liermann, “200 kat daha yüksek bir X-ışını yoğunluğu, bu deneyleri 200 kat daha hızlı yapmamıza izin verecek, böylece bir asteroit çarpmasını daha da gerçekçi bir şekilde simüle edebiliriz” diyor.