Meteori koji bljesnu nebom nisu samo dojmljiv prizor, nego i prirodne vremenske kapsule koje padaju na Zemlju. U njima su sačuvani tragovi prvih trenutaka Sunčeva sustava i procesa iz kojih su nastali planeti, uključujući i Zemlju. Upravo tu priču razlaže tim koji vodi Thomas Kruijer iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) u novom preglednom radu objavljenom u časopisu Space Science Reviews. Tekst će ujedno postati poglavlje u budućem sveučilišnom udžbeniku.
Prema Kruijeru, ambicija tih istraživanja daleko nadilazi puko katalogiziranje stijena iz svemira. “Sveti gral, krajnji cilj, jest razumjeti kako nastaju nastanjivi planeti poput Zemlje”, istaknuo je. “Kako nastaje planet po kojem stojimo i hodamo svaki dan i kako nastaje svijet koji na kraju može podržavati život. O tome se i dalje žestoko raspravlja.”
Najstarije stijene na Zemlji u veličini nokta
Meteoriti su u tom nastojanju ključni izvor podataka. Mnogi dolaze iz glavnog asteroidnog pojasa, područja u kojem se i danas nalaze brojna od prvih tijela nastalih u Sunčevu sustavu. Analizom meteorita u laboratoriju, u području poznatom kao kozmokemija, moguće je odrediti starost i kemijski sastav uzoraka starih više od 4,5 milijardi godina.
Kruijer naglašava koliko takvi uzorci mogu biti skromni po veličini, a iznimni po značenju. “Možda je riječ o uzorku veličine vašeg nokta, a stijena koju držite u ruci najstarija je stvar na Zemlji”, rekao je. “Sve te godine ostala je ista i u sebi je sačuvala informaciju o vremenu kada je nastala.”
U pozadini tih meteorita stoji priča o nastanku samog Sunčeva sustava. Plin i prašina iz golemog molekularnog oblaka srušili su se pod vlastitom gravitacijom u spljošteni disk materijala oko mladog Sunca. Taj protoplanetarni disk u početku je bio vrlo vruć, a zatim se postupno hladio i zgušnjavao.
Sitne čestice prašine počele su se lijepiti jedna za drugu i stvarati sve veće nakupine, dok se nisu oblikovala mala tijela promjera od približno 1,6 do 160 kilometara, tzv. planetezimali.
Planetezimali kao građa planeta
Planetezimali se danas smatraju građevnim elementima većih planeta, pa su ključni za razumijevanje i vlastitog planeta. “Ti se planetezimali smatraju osnovnim gradivom većih planeta, pa su zapravo vrlo važni. Da bi se razumjelo kako je nastala Zemlja, treba znati i kako su nastali planetezimali”, pojašnjava Kruijer. “Mislim da smo u nekom smislu slični detektivima ili povjesničarima. Pokušavamo rekonstruirati slijed tih događaja.”
Različite vrste meteorita čuvaju različite dijelove te slagalice. Primitivni meteoriti potječu od planetezimala koji se nikada nisu u potpunosti otopili iznutra. U njima su sačuvane kalcijem i aluminijem bogate inkluzije, za koje se smatra da predstavljaju neke od prvih čvrstih kondenzata iz protoplanetarnog diska. Ondje se nalaze i hondrule, sitne kuglaste strukture koje se mogu relativno precizno datirati i tako pokazuju kada je određeno tijelo nastalo.
Suprotno njima, diferencirani meteoriti potječu od tijela koja su se dovoljno zagrijala da se iznutra otope. U takvim planetezimalima teži materijali poput željeza tonu prema središtu i tvore jezgru, dok lakši silikatni materijali uzlaze prema plaštu. “To je prilično posebno zato što se smatra da i Zemlja ima željeznu jezgru, ali ona je toliko duboko ispod naših nogu da joj nikada ne možemo izravno pristupiti”, rekao je Kruijer. “Proučavanjem željeznih meteorita moguće je zapravo proučavati jezgre planetarnih tijela.”
Uzorci meteorita tako povezuju mikroskopske strukture u stijenama s globalnim procesima stvaranja planeta. Svaki komad materijala nudi drukčiji prozor u neku fazu razvoja Sunčeva sustava, od prvih kondenzata u disku do kasnijeg unutarnjeg preustroja rane populacije malih tijela.
Laboratoriji za vremenske kapsule i uzorci s misija
Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore razvio je čitav niz analitičkih tehnika za proučavanje meteorita i drugog planetarnog materijala. U laboratoriju se vrlo precizno mjere izotopi, starost i kemijski sastav iznimno malih uzoraka, uz oslanjanje na napredne metode obrade podataka i veliko iskustvo u tumačenju kozmokemijskih signala.
Kada je NASA-ina misija OSIRIS-REx kao prva američka misija donijela na Zemlju uzorke s jednog asteroida, dio prikupljenog materijala poslan je upravo u LLNL. Ondje su istraživači proveli niz laboratorijskih analiza, tražeći izotopne potpise i druge kemijske tragove koji otkrivaju uvjete u ranom Sunčevu sustavu i povijest tog asteroida.
Slične metode primjenjuju se i na uzorcima s Mjeseca. Timovi u LLNL-u danas ponovno proučavaju povijesne uzorke koje su na Zemlju donijele misije Apollo kako bi pripremili instrumente i protokole za nove uzorke koji se očekuju u sklopu programa Artemis. “Trenutačno ubrzavamo razvoj svojih znanstvenih mogućnosti uoči Artemisa”, kaže Kruijer. “Kozmokemija je jedno od naših ključnih razvojnih područja. Želimo očuvati i proširiti sposobnost detaljnog proučavanja lunarnog materijala.”
Iste analitičke tehnike važne su i za širu misiju laboratorija. Najnaprednije metode razvijene za proučavanje meteorita i planetarnog materijala izravno se koriste u nuklearnoj forenzici, području u kojem se iz uzoraka nastoji rekonstruirati podrijetlo i povijest nuklearnih materijala. Mjere se isti tipovi izotopnih odnosa i starosti, ali s ciljem da se utvrdi gdje je i kako nastao promatrani materijal.
Od stijena do modela diska
Kruijer sljedeću fazu vidi u čvršćem povezivanju laboratorijskih analiza meteorita s numeričkim modelima protoplanetarnog diska. Tako se precizna mjerenja pojedinih uzoraka mogu izravno usporediti sa simulacijama nastanka planeta i kretanja materijala u mladom Sunčevu sustavu. Novi pregledni rad, koji sažima i povezuje dosadašnje rezultate, zamišljen je i kao uporište za doktorande i istraživače iz srodnih područja.
U vrijeme u kojem se u nekoliko sekundi može dobiti skica nekog znanstvenog područja od sustava umjetne inteligencije, Kruijer upozorava na razliku između takvih sažetaka i pažljivo napisanih pregleda literature. “Umjetnoj inteligenciji može se zadati zadatak da sažme najnovije rezultate na ovom području. To daje okvirnu sliku, ali u znanstvenim radovima postoji mnogo nijansi i vrlo precizan jezik”, kaže. “Dobro strukturiran pregled koji pišu stručnjaci koji razumiju sve te nijanse i dalje je iznimno važan.”
U komadiću meteorita veličine nokta tako se spajaju kozmička prošlost, suvremena laboratorijska tehnologija i teorijski modeli nastanka planeta. Te vremenske kapsule iz rane povijesti Sunčeva sustava ostaju jedan od najkonkretnijih tragova u potrazi za odgovorom na pitanje kako je nastao svijet na kojem živimo.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
