Стеклянные сферы, выпавшие в виде осадков в Хиросиме, схожи по составу с ранней Солнечной системой, а не с Землей

Изучать условия формирования Вселенной в облаке газа и пыли, породивших наше Солнце и планеты, довольно сложно. Та скудная информация об этом этапе, которая у нас есть, заключена в материалах, образовавшихся 4,5 миллиарда лет назад, когда зарождалась Солнечная система. Эти материалы по своему составу не похожи ни на что другое на Земле — за некоторыми возможными исключениями.

В исследовании, опубликованном в журнале Earth and Planetary Science Letters, рассказывается, что крошечные стеклянные элементы, созданные атомным огненным шаром, который уничтожил японский город Хиросима в 1945 году, отличаются от большинства материалов, образовавшихся на Земле. Сверхгорячая среда, в которой они сформировались, имеет некоторое сходство с солнечной туманностью, из которой образовалось наше Солнце.

6 августа 1945 года американский самолет B-29 Superfortress сбросил атомную бомбу над Хиросимой. Когда бомба взорвалась на высоте полкилометра над городом, она создала огненный шар диаметром 260 метров с температурой более 6000 °C. Взрыв уничтожил большую часть города, и погибло около 140 000 жителей.

Материалы, такие как стекло, бетон и металл, испарились и смешались с воздухом и водой из реки Ота внутри перегретой плазмы, созданной бомбой. Когда огненный шар быстро остыл, капли, образовавшиеся из этих материалов, начали опадать вниз.

Исследователи впервые обнаружили эти осадки более 80 лет спустя на пляжах Хиросимского залива  — они выглядели, как крошечные стеклянные камни и бусины. Основываясь на уникальном химическом составе и месте находки, ученые назвали осадки хиросимитами по аналогии с тектитами — каплями расплавленного материала, который образуется в результате теплового удара метеорита.

Чтобы лучше понять, как образовались хиросимиты, авторы исследования использовали рентгеновскую спектроскопию, электронные микрозонды и масс-спектрометрию для изучения формы, химического и изотопного состава 20 шарообразных хиросимитов.

Наиболее примечательным оказалось отличие изотопного соотношения кремния и кислорода в хиросимитах по сравнению с материалами, обычно встречающимися на Земле. Фактически, единственные материалы с подобной смесью изотопов — это небольшие стекловидные фрагменты, найденные в метеоритах, известных как хондриты. Считается, что эти фрагменты сформировались в облаке горячего газа, из которого и образовались наше Солнце и планеты Солнечной системы.

Почти все процессы на Земле и в Солнечной системе демонстрируют фракционирование изотопов, зависящее от массы. Фракционирование изотопов в живых организмах подразумевает, что содержание одного из изотопов в отдельном соединении увеличивается за счет уменьшения его содержания в другом. А вот фракционирование, не зависящее от массы, довольно редко встречается в Солнечной системе, потому что для его запуска нужны специфические процессы.

Фрагменты, обнаруженные в метеоритах — это единственный известный естественный пример фракционирования, не зависящего от массы. Ученые долго спорили, почему это происходит. Одна из теорий утверждает, что близлежащая сверхновая в первые дни существования Солнечной системы повлияла на изотопный состав. Другая идея заключается в том, что уникальные химические реакции в солнечной туманности ответственны за уникальный состав камня.

Новое исследование показало, что хиросимиты образовались в условиях разделения изотопов или их фракционирования безотносительно массы. Таким образом, налицо сходство между хиросимаитами и хондритами, то есть можно с уверенностью предположить, что во время атомного взрыва и формирования Солнечной системы происходили одни и те же химические реакции.

Это не означает, что взрыв в Хиросиме воссоздал такие же условия, какие были в начале существования Солнечной системы. Хотя оба случая происходили в условиях высокой температуры и при участии некоторых схожих элементов, взрыв в Хиросиме произошел в атмосфере Земли, а не в космическом вакууме, и при гораздо более высоком давлении. Тем не менее, эти два события могут иметь достаточно общего, чтобы сделать возможными одни и те же химические реакции.

Авторы работы в настоящее время проводят лабораторные эксперименты, чтобы попытаться воссоздать эти условия и дополнительно проверить свою теорию. Если она верна, то изучение хиросимитов окажется доступным способом исследовать условия, существовавшие в ранней Солнечной системе.