Catching Stardust, o nouă carte a lui Natalie Starkey, explorează relația noastră cu cometele și asteroizii.
(Imagine: © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey este implicată activ în cercetarea științelor spațiale de mai bine de 10 ani. A fost implicată în misiuni spațiale de retur, precum NASA Stardust și JAXA Hayabusa, și a fost invitată să fie co-investigator la una dintre echipele de instrumente pentru misiunea cometă ESA Rosetta.
Noua ei carte, "Catching Stardust", examinează ce descoperim despre comete și asteroizi - cum aflăm despre ele și ce au de împărtășit rocile prăfuite și înghețate despre originile sistemului solar. Citiți un Q&A cu Starkey despre noua ei carte aici.
Mai jos este un extras din capitolul 3 din "Catching Stardust". [Cele mai bune întâlniri apropiate de tipul cometei]
Comete și asteroizi pe Pământ
De-a lungul ultimilor 50 de ani, instrumentația spațială a devenit din ce în ce mai avansată, pe măsură ce oamenii au urmărit un număr variat de obiecte diferite din Sistemul nostru solar pentru a imagina, măsura și proba. Oamenii au plasat cu succes un rover complet funcționat pe planeta Marte pentru a se plimba pe suprafața sa, găurind și colectând eșantioane pentru a analiza la bord încărcătura sa cu instrumente științifice. Un laborator științific sofisticat a fost, de asemenea, trimis în spațiu într-o călătorie de zece ani, pentru a lua pasul și a ateriza pe o cometă cu viteză, pentru a efectua analize ale rocilor, icrelor și gazelor sale. Și acest lucru este să numim doar câteva dintre cele mai recente elemente importante ale explorării spațiale. Cu toate acestea, în ciuda acestor progrese și realizări uimitoare, cele mai bune și mai ușor controlate instrumente științifice există pe Pământ. Problema este că aceste instrumente ale Pământului nu pot fi trimise în spațiu foarte ușor - sunt prea grele și sensibile pentru a lansa la bordul unei rachete și au nevoie de condiții aproape perfecte pentru a funcționa cu precizie și precizie. Mediul spațial nu este un loc prietenos, cu extreme substanțiale în temperatură și presiune, condiții care nu sunt potrivite instrumentelor de laborator delicate și, uneori, temperamentale.
Rezultatul este că există adesea multe avantaje pentru readucerea probelor de roci spațiale pe Pământ pentru o analiză atentă, considerată și precisă, spre deosebire de încercarea de a lansa instrumente avansate de laborator în spațiu. Problema majoră este însă că colectarea rocilor în spațiu și readucerea lor în siguranță pe Pământ nu este nici o sarcină simplă. De fapt, întoarcerea probei din spațiu a fost obținută doar de câteva ori: de la Lună cu misiunile Apollo și Luna din anii '70, de la asteroidul Itokawa cu misiunea Hayabusa și de la cometa 81P / Wild2 cu misiunea Stardust. Deși sute de kilograme de rocă lunară au fost returnate pe Pământ, misiunile Hayabusa și Stardust au returnat doar cantități minime de probă de rocă - fragmente de dimensiuni de praf pentru a fi mai precise. Totuși, eșantioanele minuscule sunt cu siguranță mai bune decât niciun eșantion, deoarece chiar și roci mici pot deține o imensă cantitate de informații în structurile lor - secrete pe care oamenii de știință le pot debloca cu instrumentele științifice extrem de specializate de pe Pământ. [Cum să prindem un asteroid: misiunea NASA a explicat (infografic)]
Misiunea Stardust, în special, a obținut foarte mult în îmbunătățirea cunoștințelor noastre despre compoziția cometelor. Probele de praf de cometă pe care le-a revenit pe Pământ îi vor ține pe oamenii de știință ocupați timp de multe decenii, în ciuda masei lor limitate. Vom afla mai multe despre această misiune și despre mostrele prețioase pe care le-a colectat, în capitolul 7. Din fericire, există planuri de viitor pentru colectarea rocilor din spațiu, unele misiuni fiind deja pe drum și altele în așteptarea finanțării. Aceste misiuni includ vizite la asteroizi, Luna și Marte și, deși pot fi cu toții eforturi riscante, fără a garanta că își vor atinge obiectivele, este bine să știm că există speranță pentru întoarcerea eșantioanelor din spațiu pentru analiza Pământului in viitor.
Sosirea rocilor spațiale pe Pământ
Din fericire, se dovedește că există o altă modalitate de a obține mostre de roci spațiale și nici măcar nu implică părăsirea limitelor sigure ale Pământului. Acest lucru se datorează faptului că rocile spațiale cad în mod natural pe Pământ ca meteoriti tot timpul. De fapt, aproximativ 40.000 până la 80.000 de tone de roci spațiale cad pe planeta noastră în fiecare an. Aceste probe de spațiu liber pot fi asemănate cu ouăle Kinder cosmice - sunt ambalate cu premii cerești, informații despre sistemul nostru solar. Meteoritele pot include mostre de asteroizi, comete și alte planete, cele mai multe dintre acestea încă nu au fost prelevate de nave spațiale.
Dintre miile de tone de rocă spațială care sosesc pe Pământ în fiecare an, majoritatea sunt destul de mici, de cele mai multe ori cu dimensiuni de praf, despre care vom afla mai multe în capitolul 4, dar unele roci individuale pot fi destul de mari. Unii dintre cei mai mari meteoriți pietroși care au ajuns pe Pământ au o greutate de până la 60 de tone, ceea ce este aproximativ la fel cu cinci autobuze cu etaj dublu. Meteoritele pot avea originea oriunde în spațiu, dar tinde să fie roci din asteroizi care se găsesc cel mai des pe Pământ sub formă de pietricele, deși pot apărea și bucăți de comete și planete. Bucăți de asteroizi pot ajunge să se lovească de Pământ după ce s-au desprins de asteroizii lor părinți mai mari în spațiu, adesea în timpul ciocnirilor cu alte obiecte spațiale, ceea ce îi poate determina să se despartă complet sau pentru ca bucățele mici să fie smulgute de pe suprafețele lor. În spațiu, odată ce aceste mici mostre de asteroizi s-au despărțit de roca-mamă, ele sunt numite meteroizi și pot petrece sute, mii, poate chiar milioane de ani călătorind prin spațiu până în final să se ciocnească cu o lună, o planetă sau Soarele. Pe măsură ce roca intră în atmosfera altei planete devine meteor și dacă și când aceste piese ajung la suprafața Pământului sau la suprafața altei planete sau a Lunii, ele devin meteorite. Nu există nimic magic despre o rocă spațială de intrare care se transformă într-un meteorit, este pur și simplu un nume pe care roca îl primește atunci când devine staționară la suprafața corpului pe care îl întâlnește. [Furtunile meteorologice: modul în care sunt afișate suprapunerile lucrărilor „Stelelor de fotografiere” (Infografie)]
Dacă toate aceste roci spațiale ajung în mod natural pe Pământ gratuit, atunci vă puteți întreba de ce oamenii de știință se deranjează să se confrunte cu probleme de a vizita spațiul pentru a încerca să preleveze deloc. În ciuda faptului că rocile care cad pe Pământ probează o gamă mult mai largă de obiecte ale Sistemului Solar decât oamenii pot vizita în multe vieți, aceste probe tind să fie părtinitoare față de cele care pot supraviețui cel mai bine efectelor dure ale intrării atmosferice. Problema apare din cauza schimbărilor extreme de temperatură și presiune experimentate de o rocă sau de orice obiect, în timpul intrării atmosferice din spațiu pe Pământ, variații suficient de mari pentru a elimina total o rocă în multe cazuri.
Schimbările de temperatură în timpul intrării atmosferice apar ca urmare a vitezei mari a obiectului, care poate fi oriunde de la aproximativ 10 km / s la 70 km / s (25.000 mph la 150.000 mph). Problema rocii spațiale care intră atunci când călătorești cu aceste viteze hipersonice este că atmosfera nu se poate mișca suficient de repede. Un astfel de efect este absent, deoarece o rocă călătorește prin spațiu, pur și simplu pentru că spațiul este un vid, astfel încât sunt prea puține molecule prezente pentru a se bate între ele. O rocă care călătorește printr-o atmosferă are un efect de comprimare și compresie asupra moleculelor pe care le întâlnește, determinându-le să se acumuleze și să se disocieze în atomii lor componenți. Acești atomi se ionizează pentru a produce un învăluire de plasmă incandescentă, care este încălzită la temperaturi extrem de ridicate - până la 20.000 de grade C (36.032ºF) - și învelește roca spațială, ceea ce o face să se supraîncălzească. Rezultatul este că roca pare să ardă și să strălucească în atmosferă; ceea ce am putea numi o minge de foc sau o stea de tragere, în funcție de dimensiunea acesteia.
Efectele acestui proces aduc o schimbare fizică notabilă asupra rocii care intră, care de fapt ne face mai ușor să identificăm când devine un meteorit pe suprafața Pământului. Adică formarea unei cruste de fuziune, care se dezvoltă pe măsură ce roca pătrunde în atmosfera inferioară și este încetinită și încălzită prin frecare cu aerul. Porțiunea exterioară a rocii începe să se topească și amestecul de lichid și gaz care se formează este măturat din spatele meteoritului, luând căldura cu ea. În timp ce acest proces este continuu și înseamnă că căldura nu poate pătrunde în rocă (acționând astfel ca un scut termic), când temperatura scade în sfârșit, „scutul de căldură” topit se solidifică pe măsură ce ultimul lichid rămas se răcește la suprafața rocii. crustă. Întunecarea, adesea strălucitoare, șorici pe meteoriti este o caracteristică distinctivă care poate fi adesea folosită pentru a ajuta la identificarea lor și pentru a le spune în afară de rocile terestre. Formarea crustei de fuziune protejează părțile interne ale meteoritului de cele mai grave efecte ale căldurii, păstrând compoziția asteroidului, cometei sau planetei de la care a provenit. Cu toate acestea, deși meteoriții seamănă îndeaproape cu părinții lor, nu sunt o potrivire exactă. În procesul de formare a crustei de fuziune, roca pierde unele dintre componentele sale mai volatile, deoarece acestea sunt fierte cu schimbările extreme de temperatură experimentate în straturile exterioare ale rocii. Singura modalitate de a obține un eșantion „perfect” ar fi să colectezi unul direct dintr-un obiect spațial și să îl returnezi într-o navă spațială. Cu toate acestea, întrucât meteoriții sunt mostre gratuite din spațiu și, cu siguranță, mai abundente decât mostrele returnate de misiunile spațiale, aceștia oferă oamenilor de știință o oportunitate excelentă de a afla din ce sunt făcuți asteroizii, cometele și chiar alte planete. Sunt foarte studiați pe Pământ din acest motiv. [6 Date amuzante despre Cometa Pan-STARRS]
În ciuda formării unei cruste de fuziune, efectele intrării în atmosferă pot fi destul de dure și distructive. Acele roci cu o zdrobire compresivă mai mică sau mai mică, rezistența sunt mai puțin susceptibile să supraviețuiască experienței; dacă un obiect supraviețuiește decelerației prin atmosferă, atunci rezistența sa la compresiune trebuie să fie mai mare decât presiunea aerodinamică maximă pe care o resimte. Presiunea aerodinamică este direct proporțională cu densitatea locală a atmosferei, care depinde de planeta pe care o întâlnește un obiect. Astfel, de exemplu, Marte are o atmosferă mai subțire decât Pământul care nu acționează pentru a încetini cât mai mult obiectele care intră și explică de ce inginerii spațiali trebuie să se gândească foarte atent la aterizarea navelor spațiale pe suprafața planetei roșii, deoarece sistemele lor de decelerare nu pot fi testat în prealabil pe Pământ.
Rezistența la compresiune a unei roci este controlată de compoziția sa: proporția de minerale de rocă, metale, material carbonace, faze volatile, cantitatea de spațiu a porilor și cât de bine sunt ambalate materialele sale componente. De exemplu, rocile spațiale rezistente, cum ar fi cele de la asteroizii bogați de fier, au tendința de a supraviețui schimbărilor extreme de temperatură și presiune, deoarece acestea se lovesc cu viteză mare prin atmosfera Pământului. Meteoricii pietroși sunt, de asemenea, destul de robusti, chiar și atunci când conțin puțin sau deloc fier. Deși fierul este puternic, mineralele de rocă în sine pot fi foarte bine legate pentru a crea o piesă dură de rocă. Meteoritele care au mai puține probabilități de a supraviețui intrării atmosferice intacte sunt cele care conțin un procent mai mare de volatile, spațiul porilor, faze carbonace și așa-numitele minerale hidratate - cele care au adăpostit apa în structura lor de creștere. Astfel de faze sunt în abundență ridicată la meteoriții cunoscuți ca condriși carbonace și, de asemenea, comete. Prin urmare, aceste obiecte sunt mai sensibile la efectele încălzirii și nu pot rezista forțelor aerodinamice pe care le experimentează în timp ce călătoresc prin atmosfera Pământului. În unele cazuri, ele nu sunt altceva decât o mână slab consolidată de zăpadă pufoasă, cu ceva murdărie amestecată. Chiar dacă ai aruncat un bulgăre de zăpadă dintr-un astfel de amestec de materiale, s-ar putea să te aștepți să se dezintegreze în aer. Acest lucru demonstrează de ce un eșantion mare de cometă este considerat în general puțin probabil să supraviețuiască presiunilor dure și efectelor de încălzire ale intrării atmosferice fără a se topi, exploda sau rupe în bucăți foarte mici. Ca atare, în ciuda colecțiilor mari de meteoriți de pe Pământ, oamenii de știință nu sunt încă siguri că au găsit un meteorit mare, specific unei comete, din cauza structurilor extrem de fragile pe care se așteaptă să le aibă. Rezultatul tuturor este că unele roci spațiale sunt suprareprezentate ca meteoriți pe Pământ pur și simplu pentru că compozițiile lor rezistă mai bine efectelor intrării atmosferice.
Extras din prinderea stardustului: comete, asteroizi și nașterea sistemului solar de Natalie Starkey. Copyright © Natalie Starkey 2018. Publicat de Bloomsbury Sigma, o amprentă a Bloomsbury Publishing. Reimprimat cu permisiunea.
