Το Catching Stardust, ένα νέο βιβλίο της Natalie Starkey, διερευνά τη σχέση μας με κομήτες και αστεροειδείς.
(Εικόνα: © Bloomsbury Sigma)
Η Natalie Starkey συμμετέχει ενεργά στην έρευνα διαστημικής επιστήμης για περισσότερα από 10 χρόνια. Έχει συμμετάσχει σε διαστημικές αποστολές δειγματοληπτικής επιστροφής, όπως η NASA Stardust και η JAXA Hayabusa, και κλήθηκε να είναι συν-ερευνητής σε μια από τις ομάδες οργάνων για την πρωτοποριακή αποστολή κομήτη της ESA Rosetta.
Το νέο της βιβλίο, "Catching Stardust", εξετάζει τι ανακαλύπτουμε για τους κομήτες και τους αστεροειδείς - πώς μαθαίνουμε γι 'αυτούς και τι πρέπει να μοιράζονται οι σκονισμένοι, παγωμένοι βράχοι σχετικά με την προέλευση του ηλιακού συστήματος. Διαβάστε εδώ τις ερωτήσεις και απαντήσεις με τη Starkey για το νέο της βιβλίο εδώ.
Ακολουθεί ένα απόσπασμα από το Κεφάλαιο 3 του «Catching Stardust». [Καλύτερες στενές συναντήσεις του κομήτη]
Κομήτες και αστεροειδείς στη Γη
Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 50 ετών, τα όργανα του διαστήματος έχουν εξελιχθεί ολοένα και περισσότερο καθώς οι άνθρωποι έχουν επιδιώξει έναν ποικίλο αριθμό διαφορετικών αντικειμένων στο Ηλιακό μας Σύστημα για την εικόνα, τη μέτρηση και το δείγμα. Οι άνθρωποι έχουν τοποθετήσει με επιτυχία ένα πλήρως λειτουργικό rover στον πλανήτη Άρη για να περιπλανηθούν στην επιφάνειά του, να τρυπήσουν και να συλλέξουν δείγματα για να αναλύσουν το φορτίο των επιστημονικών οργάνων. Ένα εξελιγμένο επιστημονικό εργαστήριο στάλθηκε επίσης στο διάστημα σε μια δεκαετία ταξίδι για να καλύψει και να προσγειωθεί σε έναν ταχύτατο κομήτη για να πραγματοποιήσει αναλύσεις των πετρωμάτων, των παγωμένων και των αερίων του. Και για να αναφέρουμε μερικά από τα πιο πρόσφατα κυριότερα σημεία της εξερεύνησης του διαστήματος. Ωστόσο, παρά αυτές τις προόδους και τα καταπληκτικά επιτεύγματα, τα καλύτερα και πιο εύκολα ελεγχόμενα επιστημονικά όργανα υπάρχουν στη Γη. Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα όργανα της Γης δεν μπορούν να σταλούν στο διάστημα πολύ εύκολα - είναι πολύ βαριά και ευαίσθητα για να εκτοξευτούν πάνω σε έναν πύραυλο και χρειάζονται σχεδόν τέλειες συνθήκες για να εκτελέσουν με ακρίβεια και ακρίβεια. Το διαστημικό περιβάλλον δεν είναι ένα φιλικό μέρος, με σημαντικά άκρα στη θερμοκρασία και την πίεση, συνθήκες που δεν είναι κατάλληλες για ευαίσθητα και, μερικές φορές, εργαστηριακά όργανα.
Το αποτέλεσμα είναι ότι υπάρχουν συχνά πολλά πλεονεκτήματα για την επαναφορά δειγμάτων διαστημικών πετρωμάτων στη Γη για προσεκτική, προσεκτική και ακριβή ανάλυση, σε αντίθεση με την προσπάθεια εκτόξευσης προηγμένων εργαστηριακών οργάνων στο διάστημα. Το κύριο πρόβλημα, ωστόσο, είναι ότι η συλλογή πετρωμάτων στο διάστημα και η επιστροφή τους με ασφάλεια στη Γη δεν είναι ούτε απλή εργασία. Στην πραγματικότητα, η επιστροφή δείγματος από το διάστημα έχει επιτευχθεί μόνο μερικές φορές: από τη Σελήνη με τις αποστολές Απόλλωνα και Λούνα τη δεκαετία του 1970, από τον αστεροειδή Ιτοκάβα με την αποστολή Hayabusa και από τον κομήτη 81P / Wild2 με την αποστολή Stardust. Παρόλο που εκατοντάδες κιλά βράχου φεγγαριού έχουν επιστραφεί στη Γη, οι αποστολές Hayabusa και Stardust επέστρεψαν μόνο ελάχιστα ποσά δείγματος βράχου - θραύσματα μεγέθους σκόνης για να είναι ακριβή. Ωστόσο, τα μικροσκοπικά δείγματα είναι σίγουρα καλύτερα από κανένα δείγμα, καθώς ακόμη και τα μικρά πετρώματα μπορούν να κρατήσουν τεράστια ποσότητα πληροφοριών στις δομές τους - μυστικά που οι επιστήμονες μπορούν να ξεκλειδώσουν με τα εξαιρετικά εξειδικευμένα επιστημονικά τους όργανα στη Γη. [Πώς να πιάσετε έναν αστεροειδή: Επεξήγηση αποστολής της NASA (Infographic)]
Η αποστολή Stardust, συγκεκριμένα, πέτυχε πολλά στην προώθηση των γνώσεών μας για τη σύνθεση των κομητών. Τα δείγματα σκόνης κομήτη που επέστρεψε στη Γη θα κρατήσουν τους επιστήμονες απασχολημένους για πολλές δεκαετίες ακόμη, παρά την περιορισμένη μάζα τους. Θα μάθουμε περισσότερα για αυτήν την αποστολή και για τα πολύτιμα δείγματα που συλλέγει, στο Κεφάλαιο 7. Ευτυχώς, υπάρχουν μελλοντικά σχέδια για τη συλλογή πετρωμάτων από το διάστημα, με κάποιες αποστολές ήδη στο δρόμο τους και άλλες περιμένουν χρηματοδότηση. Αυτές οι αποστολές περιλαμβάνουν επισκέψεις σε αστεροειδείς, τη Σελήνη και τον Άρη, και ενώ μπορεί να είναι όλες επικίνδυνες προσπάθειες χωρίς εγγύηση ότι θα επιτύχουν τους στόχους τους, είναι καλό να γνωρίζουμε ότι υπάρχει ελπίδα για την επιστροφή δειγμάτων από το διάστημα για ανάλυση με βάση τη Γη στο μέλλον.
Η άφιξη των διαστημικών βράχων στη Γη
Ευτυχώς, αποδεικνύεται ότι υπάρχει ένας άλλος τρόπος για τη λήψη δειγμάτων διαστημικών πετρωμάτων και δεν περιλαμβάνει καν να αφήσετε τα ασφαλή όρια της Γης. Αυτό συμβαίνει επειδή οι διαστημικοί βράχοι πέφτουν φυσικά στη Γη ως μετεωρίτες όλη την ώρα. Στην πραγματικότητα, περίπου 40.000 έως 80.000 τόνοι διαστημικών πετρωμάτων πέφτουν στον πλανήτη μας κάθε χρόνο. Αυτά τα δείγματα ελεύθερου χώρου μπορούν να εξομοιωθούν με κοσμικά αυγά Kinder - είναι γεμάτα με ουράνια βραβεία, πληροφορίες για το ηλιακό μας σύστημα. Οι μετεωρίτες μπορούν να περιλαμβάνουν δείγματα αστεροειδών, κομητών και άλλων πλανητών, οι περισσότεροι από τους οποίους δεν έχουν δειχθεί ακόμη από διαστημικό σκάφος.
Από τους χιλιάδες τόνους του διαστημικού βράχου που φθάνουν στη Γη κάθε χρόνο, η πλειοψηφία είναι αρκετά μικρή, κυρίως σε μέγεθος σκόνης, από τα οποία θα μάθουμε περισσότερα στο Κεφάλαιο 4, αλλά μερικοί μεμονωμένοι βράχοι μπορεί να είναι αρκετά μεγάλοι. Μερικοί από τους μεγαλύτερους πετρώδεις μετεωρίτες που φτάνουν στη Γη έχουν βάρος έως 60 τόνους, το οποίο είναι περίπου το ίδιο με πέντε διώροφα λεωφορεία. Οι μετεωρίτες μπορούν να προέρχονται από οπουδήποτε στο διάστημα, αλλά τείνει να είναι βράχοι από αστεροειδείς που απαντώνται πιο συχνά στη Γη ως κομμάτια με βότσαλο, αν και μπορούν επίσης να εμφανιστούν κομμάτια κομητών και πλανητών. Τα τεμάχια των αστεροειδών μπορούν να καταλήξουν στην Γη αφού έχουν αποκοπεί από τον μεγαλύτερο γονικό αστεροειδή τους στο διάστημα, συχνά κατά τη διάρκεια συγκρούσεων με άλλα διαστημικά αντικείμενα, τα οποία μπορεί να τους προκαλέσουν να σπάσουν εντελώς ή να χτυπήσουν μικρά κομμάτια από τις επιφάνειές τους. Στο διάστημα, όταν αυτά τα μικρά δείγματα αστεροειδών απομακρυνθούν από τον γονικό τους βράχο, ονομάζονται μετροειδή και μπορούν να περάσουν εκατοντάδες, χιλιάδες, ίσως ακόμη και εκατομμύρια χρόνια ταξιδεύοντας στο διάστημα μέχρι να συγκρούσουν τελικά με ένα φεγγάρι, έναν πλανήτη ή τον Ήλιο. Καθώς ο βράχος μπαίνει στην ατμόσφαιρα ενός άλλου πλανήτη γίνεται μετεωρίτης και αν και όταν αυτά τα κομμάτια φτάσουν στην επιφάνεια της Γης, ή στην επιφάνεια ενός άλλου πλανήτη ή Σελήνης, γίνονται μετεωρίτες. Δεν υπάρχει τίποτα μαγικό για ένα εισερχόμενο διαστημικό βράχο που μετατρέπεται σε μετεωρίτη, είναι απλώς ένα όνομα που λαμβάνει ο βράχος όταν γίνεται ακίνητος στην επιφάνεια του σώματος που συναντά. [Meteor Storms: Πώς οι υπερμεγέθεις εμφανίσεις της δουλειάς «Shooting Stars» (Infographics)]
Εάν όλοι αυτοί οι διαστημικοί βράχοι φτάνουν φυσικά στη Γη δωρεάν, τότε μπορεί να αναρωτιέστε γιατί οι επιστήμονες ενοχλούν να επισκεφθούν το διάστημα για να επιχειρήσουν δειγματοληψία καθόλου. Παρά το γεγονός ότι οι βράχοι που πέφτουν στη Γη δοκιμάζουν ένα πολύ ευρύτερο φάσμα αντικειμένων του Ηλιακού Συστήματος από ό, τι οι άνθρωποι μπορούν να επισκεφθούν σε πολλές ζωές, αυτά τα δείγματα τείνουν να είναι προκατειλημμένα προς εκείνα που μπορούν να επιβιώσουν καλύτερα από τις σκληρές επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής εισόδου. Το ζήτημα προκύπτει λόγω των ακραίων αλλαγών θερμοκρασίας και πίεσης που βιώνει ένας βράχος ή οποιοδήποτε αντικείμενο, κατά την ατμοσφαιρική είσοδο από το διάστημα στη Γη, παραλλαγές που είναι αρκετά μεγάλες ώστε να εξαλείφουν πλήρως έναν βράχο σε πολλές περιπτώσεις.
Οι αλλαγές θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ατμοσφαιρικής εισόδου συμβαίνουν ως άμεσο αποτέλεσμα της υψηλής εισερχόμενης ταχύτητας του αντικειμένου, η οποία μπορεί να είναι οπουδήποτε από περίπου 10km / s έως 70km / s (25,000mph έως 150,000mph). Το πρόβλημα για τον εισερχόμενο διαστημικό βράχο όταν ταξιδεύετε σε αυτές τις υπερηχητικές ταχύτητες είναι ότι η ατμόσφαιρα δεν μπορεί να απομακρυνθεί αρκετά γρήγορα. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα απουσιάζει καθώς ένας βράχος ταξιδεύει μέσα στο διάστημα, απλώς και μόνο επειδή ο χώρος είναι ένα κενό, οπότε υπάρχουν πολύ λίγα μόρια που υπάρχουν για να χτυπήσουν το ένα το άλλο. Ένας βράχος που ταξιδεύει μέσα από μια ατμόσφαιρα έχει ένα φαινόμενο συμπίεσης και συμπίεσης στα μόρια που συναντά, αναγκάζοντάς τα να συσσωρευτούν και να αποσυνδεθούν στα συστατικά τους άτομα. Αυτά τα άτομα ιονίζονται για να παράγουν ένα κάλυμμα από πυρακτωμένο πλάσμα που θερμαίνεται σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες - έως και 20.000 βαθμούς C (36.032ºF) - και περιβάλλει το διαστημικό βράχο, προκαλώντας το να υπερθερμανθεί. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο βράχος φαίνεται να καίει και να λάμπει στην ατμόσφαιρα. τι θα μπορούσαμε να ονομάσουμε βολίδα ή αστέρι, ανάλογα με το μέγεθός του.
Τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας επιφέρουν μια αξιοσημείωτη φυσική αλλαγή στον εισερχόμενο βράχο, κάτι που πραγματικά μας διευκολύνει να αναγνωρίσουμε πότε γίνεται μετεωρίτης στην επιφάνεια της Γης. Δηλαδή, ο σχηματισμός ενός φλοιού σύντηξης, ο οποίος αναπτύσσεται καθώς ο βράχος διεισδύει στην κάτω ατμόσφαιρα και επιβραδύνεται και θερμαίνεται με τριβή με τον αέρα. Το εξωτερικό τμήμα του βράχου αρχίζει να λιώνει και το μείγμα υγρού και αερίου που σχηματίζεται σαρώνεται από το πίσω μέρος του μετεωρίτη, παίρνοντας τη θερμότητα μαζί του. Ενώ αυτή η διαδικασία είναι συνεχής και σημαίνει ότι η θερμότητα δεν μπορεί να διεισδύσει στο βράχο (ενεργώντας έτσι σαν θερμική ασπίδα), όταν η θερμοκρασία πέσει τελικά, το λιωμένο «θερμομονωτικό» στερεοποιείται καθώς το τελευταίο εναπομένον υγρό ψύχεται στην επιφάνεια του βράχου για να σχηματίσει τη σύντηξη κρούστα. Η προκύπτουσα σκοτεινή, συχνά γυαλιστερή, φλούδα στους μετεωρίτες είναι ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό που μπορεί συχνά να χρησιμοποιηθεί για να τους αναγνωρίσει και να τους ξεχωρίσει εκτός από τους επίγειους βράχους. Ο σχηματισμός του φλοιού σύντηξης προστατεύει τα εσωτερικά μέρη του μετεωρίτη από τις χειρότερες επιπτώσεις της θερμότητας, διατηρώντας τη σύνθεση του μητρικού αστεροειδούς, του κομήτη ή του πλανήτη από τον οποίο προήλθε. Ωστόσο, αν και οι μετεωρίτες μοιάζουν πολύ με τους γονείς τους, δεν ταιριάζουν. Κατά τη διαδικασία σχηματισμού του φλοιού σύντηξης, ο βράχος χάνει μερικά από τα πιο πτητικά του συστατικά καθώς βράζονται με τις ακραίες αλλαγές θερμοκρασίας που παρατηρούνται στα εξωτερικά στρώματα του βράχου. Ο μόνος τρόπος για να αποκτήσετε ένα «τέλειο» δείγμα θα ήταν να συλλέξετε ένα απευθείας από ένα διαστημικό αντικείμενο και να το επιστρέψετε σε ένα διαστημικό σκάφος. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι μετεωρίτες είναι δωρεάν δείγματα από το διάστημα, και σίγουρα πιο άφθονα από τα δείγματα που επιστρέφονται από διαστημικές αποστολές, προσφέρουν στους επιστήμονες μια μεγάλη ευκαιρία να μάθουν από ποιον είναι πραγματικά κατασκευασμένοι αστεροειδείς, κομήτες, ακόμη και άλλοι πλανήτες. Μελετούνται σε μεγάλο βαθμό στη Γη για αυτόν τον λόγο. [6 Διασκέδαση Γεγονότα για το Comet Pan-STARRS]
Παρά τον σχηματισμό ενός φλοιού σύντηξης, τα αποτελέσματα της ατμοσφαιρικής εισόδου μπορεί να είναι μάλλον σκληρά και καταστροφικά. Αυτά τα πετρώματα με χαμηλότερη συμπίεση ή χαμηλότερη σύνθλιψη, η δύναμη είναι λιγότερο πιθανό να επιβιώσουν από την εμπειρία. Εάν ένα αντικείμενο επιβιώνει από επιβράδυνση μέσω της ατμόσφαιρας, τότε η θλιπτική του αντοχή πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη μέγιστη αεροδυναμική πίεση που βιώνει. Η αεροδυναμική πίεση είναι άμεσα ανάλογη με την τοπική πυκνότητα της ατμόσφαιρας, η οποία εξαρτάται από τον πλανήτη που αντιμετωπίζει ένα αντικείμενο. Έτσι, για παράδειγμα, ο Άρης έχει μια λεπτότερη ατμόσφαιρα από τη Γη που δεν ενεργεί για να επιβραδύνει τόσο πολύ τα εισερχόμενα αντικείμενα και εξηγεί γιατί οι μηχανικοί του διαστήματος πρέπει να σκεφτούν πολύ προσεκτικά για την προσγείωση διαστημικών σκαφών στην επιφάνεια του κόκκινου πλανήτη, καθώς τα συστήματα επιβράδυνσης δεν μπορούν να προ-δοκιμαστεί στη Γη.
Η αντοχή σε συμπίεση ενός βράχου ελέγχεται από τη σύνθεσή του: η αναλογία των ορυκτών πετρωμάτων, των μετάλλων, του ανθρακούχου υλικού, των πτητικών φάσεων, της ποσότητας του πόρου και του πόσο καλά τα συστατικά του υλικά συσκευάζονται μαζί. Για παράδειγμα, σκληροί διαστημικοί βράχοι, όπως αυτοί από τους αστεροειδείς πλούσιους σε σίδηρο, τείνουν να επιβιώνουν από τις ακραίες αλλαγές στη θερμοκρασία και την πίεση καθώς εκτοξεύονται με μεγάλη ταχύτητα μέσω της γήινης ατμόσφαιρας. Οι πετρώδεις μετεωρίτες είναι επίσης αρκετά ανθεκτικοί, ακόμη και όταν περιέχουν λίγο ή καθόλου σίδερο. Αν και ο σίδηρος είναι ισχυρός, τα ίδια τα ορυκτά του βράχου μπορούν να συνδεθούν πολύ καλά για να δημιουργήσουν και ένα σκληρό κομμάτι βράχου. Οι μετεωρίτες που είναι λιγότερο πιθανό να επιβιώσουν ανέπαφα στην ατμοσφαιρική είσοδο είναι εκείνοι που περιέχουν υψηλότερο ποσοστό πτητικών, χώρου πόρων, ανθρακούχων φάσεων και των λεγόμενων ενυδατωμένων ορυκτών - εκείνοι που έχουν φιλοξενήσει νερό στη δομή ανάπτυξης τους. Τέτοιες φάσεις βρίσκονται σε μεγάλη αφθονία στους μετεωρίτες που είναι γνωστοί ως ανθρακούχοι χονδρίτες και επίσης οι κομήτες. Αυτά τα αντικείμενα, επομένως, είναι πιο ευαίσθητα στις επιπτώσεις της θέρμανσης και δεν μπορούν να αντέξουν τις αεροδυναμικές δυνάμεις που βιώνουν καθώς ταξιδεύουν μέσω της γήινης ατμόσφαιρας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια χαλαρά ενοποιημένη χούφτα χνουδωτό χιόνι με λίγη βρωμιά. Ακόμα κι αν ρίξατε μια χιονόμπαλα κατασκευασμένη από ένα τέτοιο μείγμα υλικών, ίσως περιμένατε να αποσυντεθεί στον αέρα. Αυτό καταδεικνύει γιατί ένα μεγάλο δείγμα κομήτη θεωρείται γενικά απίθανο να επιβιώσει από τις σκληρές επιπτώσεις της θέρμανσης από την ατμοσφαιρική είσοδο χωρίς να λιώσει, να εκραγεί ή να σπάσει σε πολύ μικροσκοπικά κομμάτια. Ως εκ τούτου, παρά τις μεγάλες συλλογές μετεωριτών στη Γη, οι επιστήμονες δεν είναι ακόμα σίγουροι ότι έχουν βρει έναν μεγάλο μετεωρίτη ειδικά από έναν κομήτη, λόγω των εξαιρετικά εύθραυστων δομών που αναμένεται να έχουν. Το αποτέλεσμα όλων αυτών είναι ότι μερικοί διαστημικοί βράχοι υπερεκπροσωπούνται ως μετεωρίτες στη Γη επειδή οι συνθέσεις τους αντέχουν καλύτερα στα αποτελέσματα της ατμοσφαιρικής εισόδου.
Απόσπασμα από το Catching Stardust: Comet, Asteroids and the Birth of the Solar System από την Natalie Starkey. Πνευματικά δικαιώματα © Natalie Starkey 2018. Δημοσιεύθηκε από το Bloomsbury Sigma, ένα αποτύπωμα του Bloomsbury Publishing. Ανατυπώθηκε με άδεια.
