Catching Stardust, ספר חדש של נטלי סטארקי, בוחן את מערכת היחסים שלנו עם שביטים ואסטרואידים.
(תמונה: © Bloomsbury Sigma)
נטלי סטארקי עוסקת באופן פעיל במחקר מדעי החלל כבר למעלה מעשר שנים. היא הייתה מעורבת במשימות חלל מדגמיות, דוגמת סטארסט של נאס"א וג'ייקס הייבוסה. היא הוזמנה להיות חוקרת משותפת באחד מצוותי המכשירים למשימת שביט הרוסים פורצת הדרך ESA.
ספרה החדש, "תופסת סטרסטוסט", בוחן את מה שאנחנו מגלים לגבי שביטים ואסטרואידים - כיצד אנו לומדים עליהם ועל מה יש לסלעים המאובקים והקפואים לחלוק על מקורות מערכת השמש. קרא שאלות ותשובות עם סטארקיי על ספרה החדש כאן.
להלן קטע מתוך פרק 3 מתוך "תפוסת סטרסטוסט". [המפגשים הכי קרובים מהסוג שביט]
שביטים ואסטרואידים בכדור הארץ
במהלך 50 השנים האחרונות, מכשור החלל הפך למתקדם יותר ויותר ככל שבני האדם רדפו אחר מספר עצמים שונים במערכת השמש שלנו כדי לדמיין, למדוד ולדגום. בני אדם הציבו בהצלחה מטלטלת מתפקדת מלאה על פני כדור הארץ במאדים כדי לשוטט מעל פני השטח, לקדוח ולאסוף דגימות כדי לנתח על סיפונה את מטען המכשירים המדעיים שלה. מעבדה מדעית מתוחכמת נשלחה גם היא לחלל במסע בן עשור כדי להדביק ולנחות על שביט זריז כדי לבצע ניתוחים של סלעים, אייס וגזים שלו. וזה רק כדי לציין כמה מהדגשים האחרונים של חקר החלל. עם זאת, על אף ההתקדמות וההישגים המדהימים הללו, הכלים המדעיים הטובים והנשלטים ביותר מתקיימים על פני כדור הארץ. הבעיה היא שלא ניתן לשלוח מכשירים כדור הארץ לחלל בקלות רבה - הם כבדים ורגישים מכדי לשגר על טיל והם זקוקים לתנאים כמעט מושלמים כדי לבצע בדיוק ובדיוק. סביבת החלל אינה מקום ידידותי, עם קיצוניות משמעותית בטמפרטורה ולחץ, תנאים שאינם מתאימים למכשירי מעבדה עדינים ולעיתים גם למזג.
התוצאה היא שלעתים קרובות יש יתרונות רבים להחזרת דגימות של סלע החלל לכדור הארץ לצורך ניתוח זהיר, שקול ומדויק, בניסיון לנסות לשגר מכשירי מעבדה מתקדמים לחלל. אולם הבעיה העיקרית היא שאיסוף סלעים בחלל והחזרתם בבטחה לכדור הארץ אינו משימה פשוטה. למעשה, חזרה מדגם מהחלל הושגה רק כמה פעמים: מהירח עם משימות אפולו ולונה בשנות השבעים, מהאסטרואיד Itokawa עם משימת הייבוסה ומהשביט 81P / Wild2 עם משימת Stardust. למרות שמאות קילוגרמים של סלע ירח הוחזרו לכדור הארץ, משימות הייבוסה וסטארדאוסט החזירו רק כמויות דקות של דגימת סלע - שברים בגודל אבק ליתר דיוק. ובכל זאת, דגימות קטנטנות הן בהחלט טובות יותר מאשר אין דוגמאות, שכן אפילו סלעים קטנים יכולים להחזיק כמות עצומה של מידע במבנים שלהם - סודות שמדענים יכולים לפתוח באמצעות מכשירים מדעיים מיוחדים מאוד שלהם על כדור הארץ. [כיצד לתפוס אסטרואיד: משימת נאס"א הסבירה (אינפוגרפיקה)]
משימת Stardust, בפרט, השיגה רבות בהרחבת הידע שלנו על הרכב שביטים. דגימות האבק שביט שהחזיר לכדור הארץ יעסיקו את המדענים במשך עשרות שנים רבות, למרות המסה המוגבלת שלהם. נלמד יותר על משימה זו ועל הדגימות היקרות שאספה, בפרק 7. למרבה המזל, ישנן תוכניות עתידיות לאיסוף סלעים מהחלל, כאשר כמה משימות כבר בדרך ואחרים ממתינים למימון. משימות אלה כוללות ביקורים באסטרואידים, בירח ובמאדים, ובעוד שכולם עשויים להיות מסוכנים ללא שום אחריות שהם ישיגו את יעדיהם, טוב לדעת שיש תקווה להחזרת דגימות מהחלל לניתוח מבוסס כדור הארץ. בעתיד.
הגעתם של סלעי חלל על פני כדור הארץ
למרבה המזל, מסתבר שיש דרך נוספת להשיג דגימות של סלעי חלל וזה אפילו לא כרוך בהשארת הגבול הבטוח של כדור הארץ. הסיבה לכך היא שסלעי חלל נופלים באופן טבעי לכדור הארץ כמטאוריטים כל הזמן. למעשה, כ -40,000 עד 80,000 טונות של סלעי חלל נופלים על כדור הארץ שלנו בכל שנה. ניתן לדמות דגימות שטח פנוי אלה לביצי קינדר קוסמיות - הן גדושות בפרסים שמימיים, מידע על מערכת השמש שלנו. מטאוריטים יכולים לכלול דגימות של אסטרואידים, שביטים וכוכבי לכת אחרים שרובם טרם נדגמו על ידי חלליות.
מבין אלפי הטונות של סלע חלל המגיע לכדור הארץ בכל שנה, הרוב הוא די קטן, בעיקר בגודל אבק, ממנו נלמד יותר בפרק 4, אך כמה סלעים בודדים יכולים להיות גדולים למדי. כמה מהמטאוריטים הגדולים באבנים שהגיעו לכדור הארץ היו במשקל של עד 60 טון, שזה בערך כמו חמישה אוטובוסים עם סיפון כפול. מטאוריטים יכולים שמקורם בכל מקום בחלל, אך הם נוטים להיות סלעים מאסטרואידים הנמצאים לרוב על פני כדור הארץ כחתיכות בגודל חלוקי נחל, אם כי גם פיסות שביט וכוכבי לכת יכולים להופיע. נתחי אסטרואידים עלולים בסופו של דבר להידרדר לכדור הארץ לאחר שהתנתקו מהאסטרואיד ההורה הגדול שלהם בחלל, לעיתים קרובות במהלך התנגשויות עם חפצי חלל אחרים, מה שעלול לגרום להם להתפרק לחלוטין או להחתמת חלקים קטנים משטחים שלהם. בחלל, ברגע שדגימות אסטרואידים קטנות אלה התנתקו מסלע האב שלהם הם נקראים מטרואידים והם יכולים לבלות מאות, אלפים, אולי אפילו מיליוני שנים בנסיעות בחלל עד שבסופו של דבר יתנגשו בירח, כוכב לכת או השמש. עם כניסת הסלע לאטמוספירה של כוכב לכת אחר הוא הופך למטאור ואם וכאשר חתיכות אלה יגיעו לפני השטח של כדור הארץ, או לפני השטח של כוכב לכת אחר או ירח, הם הופכים למטאורות. אין שום דבר קסום בכך שסלע חלל נכנס נכנס והופך למטאור, זה פשוט שם שהסלע מקבל כשהוא נעצר על פני הגוף שהוא פוגש. [סערות מטאור: כמה מציגים גדולים של עבודות 'כוכבי יריות' (אינפוגרפיה)]
אם כל סלעי החלל האלה מגיעים באופן טבעי לכדור הארץ בחינם, אולי תוהים מדוע מדענים טורחים להסתבך בביקור בחלל ולנסות בכלל לדגום. למרות העובדה שהסלעים הנופלים לכדור הארץ מדגמים מגוון רחב הרבה יותר של חפצים של מערכת השמש מכפי שבני אדם יכולים לבקר בהם בתקופות חיים רבות, דגימות אלה נוטות להיות מוטות כלפי אלה שיכולים לשרוד בצורה הטובה ביותר את ההשפעות הקשות של הכניסה האטמוספרית. הסוגיה מתעוררת בגלל שינויי הטמפרטורה והלחץ הקיצוניים שחווה סלע, או כל אובייקט כלשהו, במהלך כניסה אטמוספרית מהחלל לכדור הארץ, וריאציות גדולות מספיק בכדי להשמיד סלע במקרים רבים.
שינויי טמפרטורה במהלך כניסה אטמוספרי מתרחשים כתוצאה ישירה מהמהירות הנכנסת הגבוהה של האובייקט, שיכולה להיות בכל מקום סביב 10 קמ"ש עד 70 קמ"ש (25,000 קמ"ש עד 150,000 קמ"ש). הבעיה עם סלע החלל הנכנס כשנוסעים במהירות המהפכנית האלה היא שהאווירה לא יכולה לנוע במהירות מגדרתה. השפעה כזו נעדרת כשסלע מסתובב בחלל, פשוט מכיוון שהחלל הוא ואקום ולכן יש מעט מדי מולקולות שנמצאות זו לזו. לסלע הנוסע באטמוספרה יש השפעה מזיזה ודוחסת על המולקולות שהוא נתקל בהן, וגורמת להן להיערם ולהתנתק אטומי המרכיב שלהם. האטומים הללו מייננים ומייצרים תכריכי פלזמה ליבון המחוממים לטמפרטורות גבוהות במיוחד - עד 20,000 מעלות צלזיוס - ועוטפים את סלע החלל, וגורם לו להתחמם במיוחד. התוצאה היא שהסלע נשרף וזוהר באטמוספרה; מה שאנו מכנים כדור אש או כוכב יריות, תלוי בגודל שלו.
ההשפעות של תהליך זה מביאות לשינוי פיזי בולט לסלע הנכנס, כזה שמקל עלינו בזיהוי מתי הוא הופך למטאור על פני כדור הארץ. כלומר, היווצרות קרום היתוך, המתפתח כאשר הסלע חודר לאטמוספרה התחתונה ומואט ומחומם על ידי חיכוך עם האוויר. החלק החיצוני של הסלע מתחיל להימס והתערובת של נוזלים וגז שנוצר נסחפת מאחורי המטאוריט, ולוקחת את החום איתו. בעוד שתהליך זה מתמשך ומשמעותו שהחום לא יכול לחדור לסלע (ובכך לפעול כמו מגן חום), כאשר הטמפרטורה סוף סוף יורדת, 'מגן החום' המותך מתמצק כאשר הנוזל האחרון שנותר מתקרר על פני הסלע ליצירת היתוך. קרום. גס כהה, מבריק לעתים קרובות, על מטאוריטים הוא מאפיין ייחודי שלעתים קרובות ניתן להשתמש בו כדי לסייע בזיהוים ולהבדיל אותם מסלעים יבשתיים. היווצרות קרום ההיתוך מגן על החלקים הפנימיים של המטאוריט מפני ההשפעות החמורות ביותר של החום, ושומר על הרכב אסטרואיד האב, כוכב השביט או כוכב הלכת ממנו הוא מקור. עם זאת, למרות שמטאוריטים דומים מאוד להוריהם, הם אינם מהווים התאמה מדויקת. בתהליך היווצרות קרום ההיתוך, הסלע מאבד כמה מרכיביו הנדיפים יותר כאשר הם מורתחים עם השינויים הקיצוניים בטמפרטורה שחווים בשכבות החיצוניות של הסלע. הדרך היחידה להשיג מדגם 'מושלם' הייתה לאסוף אחת ישירות מחפץ חלל ולהחזיר אותו לחללית. עם זאת, מכיוון שמטאוריטים הם דגימות חופשיות מהחלל, ובוודאי ששפע יותר מדגימות שהוחזרו על ידי משימות חלל, הם מציעים למדענים הזדמנות נהדרת לגלות מהם באמת אסטרואידים, שביטים ואפילו כוכבי לכת אחרים. הם נחקרים בכבדות על כדור הארץ מסיבה זו. [6 עובדות מהנות על כוכב שביט Pan-STARRS]
למרות היווצרות קרום היתוך, השפעות הכניסה האטמוספירה יכולות להיות קשות והרסניות למדי. אותם סלעים בעלי חוזק דחיסה נמוך יותר, או נמוכים יותר מוחצים, נוטים פחות לשרוד את החוויה; אם חפץ שורד האטה דרך האטמוספרה, חוזק הדחיסה שלו חייב להיות יותר מהלחץ האווירודינמי המרבי שהוא חווה. הלחץ האווירודינמי הוא ביחס ישר לצפיפות המקומית של האטמוספרה, התלויה באיזה כוכב לכת אובייקט נתקל. כך, למשל, למאדים יש אווירה דקה יותר מכדור הארץ שאינה פועלת להאט חפצים נכנסים באותה מידה ומסבירה מדוע מהנדסי החלל צריכים לחשוב היטב על נחיתת חלליות על פני כדור הארץ האדום, מכיוון שמערכות ההאטה שלהם אינן יכולות להיבחן מראש על כדור הארץ.
עוצמת הדחיסה של סלע נשלטת על ידי הרכבו: חלקו במינרלים, מתכות, חומר פחמני, שלבים נדיפים, כמות שטח הנקבוביות ועד כמה חומרי הרכיב שלו ארוזים יחד. לדוגמה, סלעי חלל קשוחים, כמו אלה מהאסטרואידים העשירים בברזל, נוטים לשרוד את השינויים הקיצוניים בטמפרטורה ולחץ כאשר הם פוגעים במהירות רבה דרך האטמוספרה של כדור הארץ. המטאוריטים האבניים הם גם די חזקים, אפילו כאשר הם מכילים ברזל מועט או לא. למרות שברזל חזק, מינרלים מסלעים עצמם יכולים להיות קשורים היטב ליצירת פיסת סלע קשה. המטאוריטים שפחות סיכויים לשרוד כניסה אטמוספרית שלמים הם אלה המכילים אחוז גבוה יותר של נדיפים, חלל נקבובית, שלבים פחמימניים ומכונה מינרלים מיובשים - אלה שהכניסו מים למבנה הגידול שלהם. שלבים כאלה נמצאים בשפע גבוה במטאוריטים המכונים כונדיטות פחמימיות וגם שביטים. אובייקטים אלה, אפוא, רגישים יותר להשפעות של חימום ואינם יכולים לעמוד בכוחות האווירודינמיים שהם חווים בזמן שהם עוברים באטמוספירה של כדור הארץ. במקרים מסוימים, הם לא יותר מחופן שלג מגושם באופן רופף עם קצת לכלוך מעורבב בו. אפילו אם זרקת כדור שלג העשוי מתערובת חומרים כזו, אתה עשוי לצפות שהוא יתפרק באוויר. זה מדגים מדוע מדגם גדול של כוכב שביט נחשב בדרך כלל לא סביר לשרוד את הלחץ הקשה וההשפעות החימום של הכניסה האטמוספרית מבלי להמיס, להתפוצץ או להתפרק לחתיכות קטנטנות מאוד. כיוון שכך, למרות אוספי המטאוריטים הגדולים בכדור הארץ, המדענים עדיין לא בטוחים שמצאו מטאוריט גדול במיוחד מכוכב שביט בגלל המבנים השבריריים ביותר שצפויים להיות להם. התוצאה של כל אלה היא שכמה מסלעי חלל מיוצגים יתר כמטאורים על כדור הארץ פשוט מכיוון שהקומפוזיציות שלהם עומדות טוב יותר בהשפעות הכניסה האטמוספרית.
קטע מלכידת סטרסטוסט: שביטים, אסטרואידים ולידת מערכת השמש מאת נטלי סטארקי. זכויות יוצרים © נטלי סטארקי 2018. הועלה על ידי בלומסברי סיגמא, חותם של הוצאת בלומסברי. הודפס מחדש באישור.
