Catching Stardust, nova knjiga Natalie Starkey, istražuje naš odnos s kometama i asteroidima.
(Slika: © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey aktivno se bavi istraživanjem svemira već više od 10 godina. Sudjelovala je u svemirskim misijama za povratak uzoraka, poput NASA Stardust-a i JAXA Hayabusa, te je pozvana da bude istražiteljica jednog od instrumentalnih timova za revolucionarnu misiju komete ESA Rosetta.
Njena nova knjiga "Catching Stardust" ispituje što otkrivamo o kometama i asteroidima - kako učimo o njima i što prašnjave, ledene stijene moraju dijeliti o podrijetlu Sunčevog sustava. Ovdje pročitajte pitanja i odgovore sa Starkey o njezinoj novoj knjizi.
Ispod je odlomak iz 3. poglavlja "Uhvatiti zvjezdani prah". [Najbolji susreti vrste komete]
Kometi i asteroidi na Zemlji
Tijekom posljednjih 50 godina, svemirski instrumenti su postajali sve napredniji i više jer su ljudi slijedili raznoliki broj različitih objekata u našem Sunčevom sustavu kako bi ih slikali, mjerili i uzorkovali. Ljudi su na planetu Mars uspješno postavili potpuno funkcionalni rover kako bi veslao po njegovoj površini, bušeći i skupljajući uzorke za analizu svog broda znanstvenih instrumenata. Sofisticirani znanstveni laboratorij također je poslan u svemir na desetljeće dugo putovanje kako bi nadoknadio i sletio na brzi komet radi analize svojih stijena, zaleđa i plinova. Ovo je samo nekoliko novijih izdvajanja svemira. Ipak, unatoč napretku i nevjerojatnim dostignućima, najbolji i najlakše kontrolirani znanstveni instrumenti postoje na Zemlji. Problem je što se ovi zemaljski instrumenti ne mogu poslati u svemir vrlo lako - prejaki su i osjetljivi za lansiranje rakete i potrebni su im gotovo savršeni uvjeti za preciznost i točnost. Svemirski okoliš nije prijateljsko mjesto, sa znatnim ekstremnim temperaturama i tlakom, uvjetima koji nisu prikladni za osjetljive i ponekad temperamentne laboratorijske instrumente.
Rezultat toga je da često postoje mnoge prednosti vraćanja uzoraka svemirskih stijena na Zemlju radi pažljive, promišljene i precizne analize, za razliku od pokušaja lansiranja naprednih laboratorijskih instrumenata u svemir. Glavni problem, međutim, je što sakupljanje stijena u svemiru i sigurno vraćanje na Zemlju nije jednostavan zadatak. Zapravo, povratak uzoraka iz svemira postignut je samo nekoliko puta: s Mjeseca s misijama Apolon i Luna 1970-ih, od asteroida Itokawa s misijom Hayabusa i iz kometa 81P / Wild2 s misijom Stardust. Iako su stotine kilograma mjesečeve stijene vraćene na Zemlju, misije Hayabusa i Stardust vratile su samo minutne količine uzorka stijena - fragmenti veličine prašine. Ipak, sitni su uzorci sigurno bolji od nijednog uzorka, jer čak i male stijene mogu u svojoj strukturi zadržati ogromnu količinu informacija - tajne koje znanstvenici mogu otključati svojim visoko specijaliziranim znanstvenim instrumentima na Zemlji. [Kako uhvatiti asteroid: Objašnjena NASA-ina misija (Infographic)]
Konkretno, misija Stardust postigla je mnogo u proširivanju našeg znanja o sastavu kometa. Uzorci prašine kometa koje je vratio na Zemlju držat će znanstvenike zaposlenima u narednim desetljećima, unatoč ograničenoj masi. Mi ćemo saznati više o ovoj misiji i o dragocjenim uzorcima koje je prikupio, u 7. poglavlju. Srećom, postoje budući planovi za prikupljanje stijena iz svemira, s tim da su neke misije već na putu, a druge čekaju financiranje. Ove misije uključuju posjete asteroida, Mjesec i Mars, i iako mogu biti rizični poduhvati bez ikakvog jamstva da će ostvariti svoje ciljeve, dobro je znati da postoji nada u povratak uzoraka iz svemira za analizu zasnovanu na Zemlji u budućnosti.
Dolazak svemirskih stijena na Zemlju
Srećom, ispada da postoji drugi način dobivanja uzoraka svemirskih stijena i to čak ne uključuje napuštanje sigurnih granica Zemlje. To je zato što svemirske stijene prirodno padaju na Zemlju kao meteoriti cijelo vrijeme. U stvari, oko 40 000 do 80 000 tona svemirskih stijena padne na naš planet svake godine. Ove se uzorke slobodnog prostora mogu usporediti s kozmičkim Kinder jajima - napunjena su nebeskim nagradama, informacijama o našem Sunčevom sustavu. Meteoriti mogu uključivati uzorke asteroida, kometa i drugih planeta, od kojih većinu nisu uzeli uzorci svemirskim brodovima.
Od tisuću tona svemirskog kamenja koji na Zemlju stiže svake godine, većina je prilično mala, uglavnom veličine prašine, o čemu ćemo saznati više u 4. poglavlju, ali neke pojedine stijene mogu biti prilično velike. Neki od najvećih kamenih meteorita koji su stigli na Zemlju teži su do 60 tona, što je otprilike isto kao i pet dvospratnih autobusa. Meteoriti mogu poticati s bilo kojeg mjesta u svemiru, ali imaju tendenciju da su to kamenje asteroida koji se na Zemlji najčešće nalaze kao komadi veličine šljunka, iako se također mogu pojaviti komadi kometa i planeta. Komadići asteroida mogu završiti udari prema Zemlji nakon što su se odvojili od svog većeg roditeljskog asteroida u svemiru, često tijekom sudara s drugim svemirskim objektima, što ih može uzrokovati da se potpuno raspadnu ili da se mali komadi sruše s njihovih površina. U svemiru, nakon što se ti mali uzorci asteroida odvoje od matične stijene, nazivaju se meteroidi i mogu provesti stotine, tisuće, možda čak i milijune godina putujući kroz svemir, dok se na kraju ne sudaraju s mjesecom, planetom ili Suncem. Kako stijena ulazi u atmosferu drugog planeta postaje meteor i ako i kada ti komadi dođu do Zemljine površine ili površine drugog planeta ili Mjeseca, postaju meteoriti. Nema ničeg čarobnog u tome što se nadolazeća svemirska stijena pretvara u meteorit, to je jednostavno ime koje stijena dobije kada postane nepomična na površini tijela koje susreće. [Oluje meteora: kako superspektivni prikazi rada zvijezda '(Infographics)]
Ako sve ove svemirske stijene prirodno stižu na Zemlju besplatno, onda se možete zapitati zašto znanstvenicima smeta što uopće dolaze u svemir s pokušajem uzorkovanja. Unatoč činjenici da stijene koje padaju na Zemlju uzorkuju mnogo širi raspon objekata Sunčevog sustava nego što ih ljudi mogu posjetiti u mnogim životnim vijecima, ti su uzorci skloni pristranosti prema onima koji najbolje mogu preživjeti oštre učinke ulaska atmosfere. Do ovog problema dolazi zbog ekstremnih promjena temperature i pritiska koje je stijena ili bilo koji objekt doživio tijekom ulaska atmosfere iz svemira na Zemlju, varijacije koje su dovoljno velike da u potpunosti uništavaju stijenu u mnogim slučajevima.
Promjene temperature tijekom ulaska u atmosferu javljaju se kao izravna posljedica velike ulazne brzine objekta, koja može biti od oko 10km / s do 70km / s (25,000mph do 150,000mph). Problem ulazne svemirske stijene kada putuje ovim hipersoničnim brzinama je što se atmosfera ne može dovoljno brzo kretati s puta. Takav je učinak izostao dok stijena putuje kroz svemir, naprosto zato što je prostor vakuum, pa je premalo molekula prisutno da se međusobno kucaju. Stijena koja putuje kroz atmosferu ima učinak sakupljanja i stlačivanja na molekule na koje nailazi, što ih nakuplja i disocira u atome svojih komponenata. Ti se atomi ioniziraju kako bi se stvorio omotač žarulje sa žarnom niti koja se zagrijava na ekstremno visoke temperature - do 20 000 stupnjeva C (36,032 ° F) - i obavija svemirsku stijenu, uzrokujući da se pregrijava. Rezultat je da se čini kako stijena izgara i blista u atmosferi; što bismo mogli nazvati vatrenom kuglicom ili zvijezdom pucanja, ovisno o veličini.
Učinci ovog procesa dovode do značajne fizičke promjene dolazne stijene, one koja nam zapravo olakšava identifikaciju kada postane meteorit na površini Zemlje. Odnosno, formiranje fuzijske kore koja se razvija kako stijena prodire u donju atmosferu i usporava se i zagrijava trenjem sa zrakom. Vanjski dio stijene se počinje topiti, a mješavina tekućine i plina odbacuje se s leđa meteorita, uzimajući toplinu sa sobom. Iako je ovaj proces kontinuiran i znači da toplina ne može prodrijeti u stijenu (djelujući poput toplinskog štitnika), kad se temperatura konačno spusti, rastaljeni 'toplinski štit' otvrdne se kao što se posljednja preostala tekućina hladi na površini stijene da bi nastala fuzija. kora. Nastala tamna, često sjajna kore na meteoritima su karakteristične karakteristike koje se često mogu koristiti kako bi se identificirale i odredile osim zemaljskih stijena. Stvaranje fuzijske kore štiti unutarnje dijelove meteorita od najgorih učinaka vrućine, čuvajući sastav matičnog asteroida, komete ili planeta s kojeg je nastao. Međutim, iako meteoriti jako nalikuju roditeljima, oni nisu tačno podudaranje. U procesu stvaranja fuzijske kore, stijena gubi neke od svojih hlapljivih sastojaka, jer one izbacuju s ekstremnim promjenama temperature u vanjskim slojevima stijene. Jedini način da se dobije „savršen“ uzorak bio bi prikupiti ga izravno iz svemirskog objekta i vratiti ga u svemirskom brodu. Međutim, budući da su meteoriti besplatni uzorci iz svemira i svakako obilniji od uzoraka vraćenih u svemirske misije, oni nude znanstvenicima izvrsnu priliku da otkriju od čega su zapravo asteroidi, kometi, pa čak i drugi planeti. Iz ovog su razloga jako proučavani na Zemlji. [6 Zabavne činjenice o kometu Pan-STARRS]
Usprkos stvaranju fuzijske kore, učinci ulaska u atmosferu mogu biti prilično oštri i razorni. One stijene sa nižom tlačnom ili nižom čvrstoćom na drobljenje manje su vjerojatno da će preživjeti iskustvo; ako neki objekt preživi usporavanje kroz atmosferu, tada njegova tlačna čvrstoća mora biti veća od najvećeg aerodinamičkog tlaka koji doživljava. Aerodinamički tlak izravno je proporcionalan lokalnoj gustoći atmosfere, ovisno o kojoj planeti se objekt susreće. Na primjer, Mars ima tanju atmosferu od Zemlje koja ne djeluje toliko da uspori dolazne objekte i objašnjava zašto svemirski inženjeri moraju vrlo pažljivo razmišljati o slijetanju svemirskog broda na površinu crvenog planeta, jer njihovi sustavi usporavanja ne mogu biti prethodno testiran na Zemlji.
Čvrstoća na pritisak stijene kontrolira njezin sastav: udio minerala u stijenama, metala, ugljičnog materijala, isparljive faze, količina pora pora i koliko su sastavni materijali pakirani zajedno. Na primjer, izdržljive svemirske stijene, poput onih iz asteroida bogatih željezom, imaju tendenciju da prežive ekstremne promjene temperature i pritiska dok velikom brzinom prolaze kroz Zemljinu atmosferu. Kameniti meteoriti su također prilično robusni, čak i kada sadrže malo ili nimalo željeza. Iako je željezo snažno, i sami minerali stijena se mogu dobro povezati da bi stvorili čvrst kamen. Meteoriti za koje je manje vjerojatno da će preživjeti netaknuti atmosferu su oni koji sadrže veći postotak hlapivih tvari, prostor pora, ugljične faze i takozvani hidratizirani minerali - oni koji su smjestili vodu u svoju strukturu rasta. Takvih faza ima u velikom obimu meteoriti poznati kao kondrit ugljenični i kometi. Stoga su ovi objekti osjetljiviji na učinke grijanja i ne mogu izdržati aerodinamičke sile koje doživljavaju dok putuju Zemljinom atmosferom. U nekim slučajevima to su tek lagano konsolidirana šaka pahuljastog snijega s pomiješanom prljavštinom. Čak i ako bacate snježnu kuglu napravljenu od takve mješavine materijala, možete očekivati da će se ona raspasti u zraku. Ovo pokazuje zašto se za veliki uzorak komete obično smatra da je malo vjerojatno da će preživjeti oštar pritisak i zagrijavanje atmosferskog ulaska bez topljenja, eksplozije ili raspada na vrlo sitne komade. Kao takvi, unatoč velikim zbirkama meteorita na Zemlji, znanstvenici još uvijek nisu sigurni da su pronašli veliki meteorit posebno iz komete zbog izuzetno krhkih struktura koje se očekuju. Rezultat svega toga je da su neke svemirske stijene prezastupljene kao meteoriti na Zemlji samo zato što njihove kompozicije bolje podnose učinke ulaska atmosfere.
Izuzeta od hvatanja zvijezde: kometi, asteroidi i rođenje Sunčevog sustava Natalie Starkey. Copyright © Natalie Starkey 2018. Objavio Bloomsbury Sigma, otisak Bloomsbury Publishinga. Ponovno tiskano s dopuštenjem.
