HED-метеориты

Практически общепризнано, что все три подгруппы HED-метеоритов (говардиты, эвкриты и диогениты) имеют общее происхождение и сформировались на поверхности либо в глубине коры астероида Веста, одного из крупнейших астероидов в Солнечной системе, вследствие магматических процессов^[2][3]. На это указывают, в частности, следующие свидетельства:

• метеориты всех этих подгрупп имеют общую линию фракционирования изотопов кислорода и другие химические характеристики, что говорит об их происхождении из общего родительского тела^[1];

• с помощью различных методов радиоизотопного датирования было показано, что возраст кристаллизации материала всех трёх подгрупп составляет от 4,43 до 4,55 млрд лет. Это позволяет предположить, что их общим родительским телом является крупный дифференцированный астероид, который стал геологически неактивным после относительно короткой, но интенсивной магматической эволюции^[1];

• сравнение спектров отражения некоторых классов метеоритов и астероидов Главного пояса выявило совпадение этих спектров у эвкритов и Весты. Впоследствии было обнаружено аналогичное совпадение спектров говардитов и диогенитов со спектром Весты^[1]. Более того, по мере развития спектральных исследований астероидов Главного пояса становилось всё более очевидным, что спектр Весты уникален среди примерно 500 крупнейших астероидов^[3].

На поверхности Весты обнаружены два крупных ударных кратера — Вененейя и Реясильвия (рис. 1), которые образовались в результате сильных соударений с Вестой более мелких астероидов (размером несколько десятков километров). В частности, кратер Реясильвия шириной 450 км и глубиной 25 км образовался при ударном событии около 1 млрд лет назад. Из-за огромной силы этого удара с Весты были выброшены крупные куски вещества, образовавшие более мелкие астероиды семейства Весты, имеющие общий с ней спектральный класс V и близкие параметры орбит^[4]. В результате этого удара Веста потеряла около 1 % своей массы. С этим же событием связывают и происхождение HED-метеоритов^[5]. На поверхности Весты присутствуют специфические агрегаты минералов, аналогичные по составу трём подгруппам HED-метеоритов и отражающие особенности остывания её океана магмы. Состав эвкритов аналогичен составу внешней части коры астероида, диогенитов — основания коры, а говардиты представляют собой в основном ударные брекчии, состоящие из смеси первых двух^[4][6].

Предполагается, что процесс перемещения HED-метеоритов с Весты на Землю выглядит следующим образом:^[7]

1. Соударение Весты с меньшим астероидом привело к выбросу из неё многочисленных обломков и образованию относительно небольших (диаметром 10 км или меньше) астероидов класса V. Они либо были выброшены из Весты в своём нынешнем виде, либо сформировались из более мелких фрагментов. Некоторые из этих астероидов образовали семейство Весты, в то время как другие были рассеяны несколько дальше^[8][9]. Объём выброшенного материала во много раз превышает тот, который требуется для образования всех известных астероидов класса V.
2. Некоторые из наиболее удалённых обломков астероидов оказались в одной из щелей Кирквуда, соответствующей орбитальному резонансу 3 : 1 с Юпитером. Эта область неустойчива из-за сильных гравитационных возмущений со стороны данной планеты, вследствие чего попадающие сюда астероиды выбрасываются на совершенно разные орбиты в течение примерно 100 млн лет. Некоторые из них таким образом попадают на околоземные орбиты, образуя небольшие околоземные астероиды класса V, такие как (3551) Верения, (3908) Нюкта и (4055) Магеллан.
3. Позднее, в результате более мелких ударных событий из этих околоземных объектов были выбиты метеориты, некоторые из которых впоследствии упали на Землю^[10].

Измерение возраста облучения (экспозиции) HED-метеоритов космическими лучами показывает, что большинство HED-метеоритов образовались в результате нескольких отдельных ударных событий такого рода и провели в космосе от 6 до 73 млн лет, прежде чем столкнуться с Землёй^[10].

HED-метеориты состоят из магматических горных пород, похожих на земные (такие, как базальты, долериты, габбро и другие). Подразделяются на три группы: эвкриты, диогениты и говардиты.

Эвкриты — фрагменты базальта, состоящего в основном из бедного кальцием клинопироксена (пижонита) и богатого кальцием плагиоклаза (анортита). Часто содержат акцессорные минералы, такие как хромит, троилит, никелистое железо и минералы кремнезёма. По составу аналогичны верхнему слою коры астероида Веста. На основании минералогических и химических различий эвкриты подразделяются на три типа: некумулятивные, кумулятивные и полимиктовые^[1].

• Некумулятивные эвкриты образовались из верхней коры Весты, затвердевшей из океана магмы после формирования ядра и мантии астероида. К этому типу относится, например, метеорит Штаннерн, упавший в 1808 году в Чехии (рис. 2).
• Кумулятивные эвкриты образовались вследствие гравитационного оседания кристаллизованных минералов (в основном пироксена и плагиоклаза) в магматических камерах, расположенных под ранней корой Весты. Осевшие кристаллы сформировали затвердевшие кумулятивные горные породы, обломки которых, выброшенные при ударном событии, и представляют собой кумулятивные эвкриты. Для них характерно обилие ориентированных, обогащённых магнием кристаллов с низким содержанием несовместимых элементов.
• Полимиктовые эвкриты представляют собой брекчии состоящие более чем на 90 % из эвкритового материала и менее чем на 10 % из диогенитовых обломков^[11]. Это соотношение (9 : 1) служит формальной границей для различения полимиктовых эвкритов и близкородственных им говардитов, которые содержат более близкие друг к другу пропорции эвкритового и диогенитового вещества. Кроме того, в полимиктовых эвкритах обычно присутствуют зональные пироксены внутри базальтовых кластов, в то время как в говардитах пироксены в основном незональные^[1].

Диогениты — фрагменты крупнозернистых кумулятивных горных пород, состоящих в основном из богатых магнием ортопироксенов с небольшим количеством плагиоклаза и оливина^[12], а также хромита, троилита, никелистого железа^[13]. Диогениты могут различаться по концентрации второстепенных и рассеянных элементов^[13]. Большинство известных диогенитов представляют собой брекчии, состоящие из кристаллов диаметром до 5 см. Эти брекчии могут быть как мономиктовыми (состоящими только из обломков одной и той же породы с одинаковым составом), так и полимиктовыми (состоящими из обломков различного состава). Полимиктовые диогениты в свою очередь также делятся на два типа: 1) состоящие из обломков только диогенитового материала, но с различающимся химическим составом; 2) состоящие более чем на 90 % из диогенитового материала и менее чем на 10 % из эвкритовых обломков^[13].

По своему составу диогениты аналогичны нижним слоям коры Весты. Крупнозернистая структура пироксенов указывает на кумулятивное происхождение диогенитов в магматических очагах в более глубоких слоях коры Весты по сравнению с источником эвкритов. Их источником являются интрузивные магматические породы, испытавшие гораздо более медленное охлаждение, чем материал эвкритов, что позволило пироксену в данном случае образовать крупные кристаллы. Названы в честь древнегреческого философа Диогена Аполлонийского, который выдвинул первое известное науке предположение о космическом происхождении метеоритов^[1].

Говардиты — ударные полимиктовые брекчии, состоящие преимущественно из обломков эвкритового и диогенитового материала^[4][14] примерно в равных пропорциях. Иногда содержат тёмные фрагменты хондритового вещества, вероятно, принадлежавшего ранее телам, столкнувшимся с Вестой^[12], а также другие ксенолитовые включения и класты из ударного расплава, указывающие на реголитовое происхождение метеоритов этой подгруппы^[1]. Названы в честь британского химика Эдварда Говарда, одного из первопроходцев метеоритики^[1][15].