Когда космический камень проходит сквозь атмосферу Земли и падает на поверхность, он генерирует ударные волны, которые могут вызывать сжатие и трансформацию минералов в коре планеты. Поскольку эти изменения зависят от давления, развиваемого в ходе столкновения, эксперты могут использовать знания о строении земных минералов для изучения истории метеоритов, начиная от момента столкновения и вплоть до исходных условий формирования этих камней в космосе.

«Если сравнить обычный минерал с минералом, испытавшим столкновение с метеоритом, то второй из них отличается уникальными особенностями, — сказала Арианна Глисон (Arianna Gleason), ученый из Национальная ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США. – Снаружи они частично сохраняют свою исходную кристаллическую форму, но внутри они становятся разупорядоченными и демонстрируют восхитительные пересекающиеся линейные структуры, называемые ламелями».

Плагиоклаз, наиболее распространенный минерал в земной коре, является одним из самых удобных минералов для получения информации о падениях метеоритов. Однако давление, при котором этот минерал теряет его кристаллическую форму и становится разупорядоченным – а также особенности протекания этого процесса, называемого аморфизацией – до сих пор остаются предметом дискуссий.

В новом эксперименте ученые лаборатории SLAC произвели физическое моделирование столкновений с метеоритами, чтобы понять поведение плагиоклаза под действием ударных волн. В результате проведенных опытов удалось выяснить, что аморфизация начинается при более низких давлениях, чем считалось ранее. Также эксперименты показали, что после снятия воздействия материал частично закристаллизовывается обратно с восстановлением формы, демонстрируя таким образом эффект памяти, который потенциально может быть использован в технологии материалов. Эти результаты могут помочь уточнить модели, позволяющие получать информацию о столкновениях с метеоритами, включая определение скорости метеоритов и давление, развиваемое ими при падении на Землю.

Для проведения своих экспериментов Глисон и ее коллеги использовали инструмент Matter in Extreme Conditions (MEC) рентгеновского лазера Linac Coherent Light Source (LCLS) лаборатории SLAC. Сначала исследователи подвергали образец плагиоклаза воздействию мощного оптического лазера, чтобы пустить через него ударную волну. По мере того как ударная волна распространялась по образцу, исследователи облучали его сверхбыстрыми импульсами рентгеновского лазера LCLS в различные моменты времени. Некоторые из этих рентгеновских лучей потом рассеивались на детекторе и формировали дифракционную картину.

«Так же как каждый человек имеет свой неповторимый набор отпечатков пальцев, атомная структура каждого минерала уникальна, — говорит Глисон. – Дифракционная картина выявляет эти «отпечатки пальцев», позволяя нам отслеживать изменения структуры атомов в образце в ответ на воздействие давления, вызываемого ударной волной».

Исследователи также могли также настроить оптический лазер на разные энергии, чтобы посмотреть, как будет изменяться дифракционная картина при различных давлениях.