Naujoje Natalie Starkey knygoje „Catching Stardust“ tyrinėjami mūsų santykiai su kometomis ir asteroidais.
(Vaizdas: © „Bloomsbury Sigma“)
Natalie Starkey daugiau nei 10 metų aktyviai dalyvavo kosmoso mokslo tyrimuose. Ji dalyvavo atliekant grįžtamąsias kosmines misijas, tokias kaip NASA Stardust ir JAXA Hayabusa, ir ji buvo pakviesta būti vienos iš instrumentų grupių, dirbančios revoliucingoje ESA Rosetta kometos misijoje, tyrėja.
Jos naujojoje knygoje „Pagaunamas Stardustas“ nagrinėjama tai, ką mes atrandame apie kometas ir asteroidus - kaip mes apie juos sužinojame ir ką dulkėtos, apledėjusios uolienos turi pasidalyti apie Saulės sistemos ištakas. Čia skaitykite Q&A su „Starkey“ apie jos naują knygą.
Žemiau yra ištrauka iš 3 skyriaus „Stardust gaudymas“. [Geriausios kometos natūralios susitikimo vietos]
Kometos ir asteroidai Žemėje
Per pastaruosius 50 metų kosmoso prietaisai tapo vis tobulesni, nes žmonės siekė įvairaus skaičiaus įvairių objektų mūsų Saulės sistemoje, norėdami atvaizduoti, matuoti ir imti. Žmonės sėkmingai padėjo visiškai veikiantį roverį ant Marso planetos, kad galėtų klaidžioti per jos paviršių, gręžiant ir imant mėginius, kad būtų galima išanalizuoti mokslinio prietaiso laive. Sudėtinga mokslinė laboratorija taip pat buvo išsiųsta į kosmosą dešimtmetį trunkančioje kelionėje, kad galėtų pasivyti greitkelio kometa ir nusileisti jai atlikti savo uolienų, ledų ir dujų analizės. Tai yra tik keli naujausi kosmoso tyrinėjimo akcentai. Nepaisant šių laimėjimų ir nuostabių laimėjimų, geriausi ir lengviausiai kontroliuojami moksliniai instrumentai egzistuoja Žemėje. Problema ta, kad šių Žemės instrumentų neįmanoma labai lengvai nusiųsti į kosmosą - jie yra per sunkūs ir jautrūs, kad galėtų paleisti raketą, ir jiems atlikti reikia tiksliai tobulų sąlygų, kad būtų galima atlikti preciziškumą. Kosminė aplinka nėra draugiška vieta, kurioje vyrauja dideli temperatūros ir slėgio kraštutinumai, sąlygos, kurios nėra pritaikytos subtiliams ir kartais temperamentingiems laboratoriniams instrumentams.
Rezultatas yra tas, kad kosminių uolienų pavyzdžių grąžinimas į Žemę kruopščiai, apgalvotai ir tiksliam analizavimui, priešingai nei bandymas paleisti pažangius laboratorinius prietaisus į kosmosą, yra daug privalumų. Tačiau pagrindinė problema yra ta, kad akmenų rinkimas kosmose ir saugus grąžinimas į Žemę taip pat nėra paprasta užduotis. Iš tikrųjų pavyzdžių grįžimas iš kosmoso buvo pasiektas tik keletą kartų: iš Mėnulio su „Apollo“ ir „Luna“ misijomis aštuntajame dešimtmetyje, iš asteroido Itokawa su „Hayabusa“ misija ir iš kometos 81P / Wild2 su „Stardust“ misija. Nors šimtai kilogramų Mėnulio uolienų buvo sugrąžinta į Žemę, „Hayabusa“ ir „Stardust“ misijos grįžo tik nedideliais kiekiais uolienų pavyzdžių - kad būtų tikslūs dulkių dydžio fragmentai. Vis dėlto maži pavyzdžiai yra tikrai geresni už jokius pavyzdžius, nes net ir mažos uolienos savo struktūrose gali laikyti be galo daug informacijos - paslaptis, kurias mokslininkai gali atrakinti naudodamiesi savo labai specializuotais moksliniais instrumentais Žemėje. [Kaip pagauti asteroidą: NASA misija paaiškinta (infografija)]
Visų pirma, „Stardust“ misija labai padėjo patobulinti mūsų žinias apie kometų sudėtį. Kometos dulkių pavyzdžiai, kuriuos ji grąžino į Žemę, liks mokslininkams užimtiems ateinantiems dešimtmečiams, nepaisant jų ribotos masės. Sužinosime daugiau apie šią misiją ir jos surinktus brangius pavyzdžius 7 skyriuje. Laimei, ateityje yra planų rinkti akmenis iš kosmoso, kai kurios misijos jau vyksta, o kitos laukia finansavimo. Šios misijos apima apsilankymus asteroiduose, Mėnulyje ir Marse, ir nors jie visi gali būti rizikingi bandymai negarantuodami, kad pasieks savo tikslus, tačiau verta žinoti, kad yra vilčių sugrąžinti pavyzdžius iš kosmoso, kad būtų galima analizuoti Žemę. ateityje.
Kosminių uolų atėjimas į Žemę
Laimei, paaiškėja, kad yra dar vienas būdas gauti kosminių uolienų pavyzdžius, ir tai net nereiškia palikti saugius Žemės plotus. Taip yra todėl, kad kosminės uolienos visą laiką natūraliai patenka į Žemę kaip meteoritai. Tiesą sakant, kiekvienais metais į mūsų planetą patenka apie 40 000–80 000 tonų kosminių uolienų. Šiuos laisvos vietos pavyzdžius galima palyginti su kosminiais Kinder kiaušiniais - jie supakuoti su dangaus prizais, informacija apie mūsų Saulės sistemą. Meteoritai gali apimti asteroidų, kometų ir kitų planetų pavyzdžius, kurių didžioji dalis dar nebuvo paimta kosminių laivų pavyzdžių.
Iš tūkstančių tonų kosminių uolų, kiekvienais metais atkeliaujančių į Žemę, dauguma yra gana maži, daugiausia dulkių dydžio, apie kuriuos daugiau sužinosime 4 skyriuje, tačiau kai kurios atskiros uolienos gali būti gana didelės. Kai kurių didžiausių į Žemę atvykstančių akmenuotų meteoritų svoris buvo iki 60 tonų, tai yra beveik tiek pat, kiek penkių dviaukščių autobusų. Meteoritai gali kilti iš bet kurios kosmoso vietos, tačiau dažniausiai tai yra asteroidų uolienos, dažniausiai aptinkamos Žemėje kaip akmenuko dydžio gabalėliai, nors gali pasirodyti ir kometų bei planetų gabalėliai. Asteroidų gabaliukai gali atsitrenkti į žemę po to, kai kosmose jie atitrūko nuo didesnio tėvo asteroido, dažnai susidūrę su kitais kosminiais objektais, dėl kurių jie gali visiškai nutrūkti arba nuo jų paviršiaus gali būti numušti maži gabalėliai. Kosmose, kai šie maži asteroidų pavyzdžiai atsiskyrė nuo tėvynės uolos, jie vadinami meteroidais ir gali praleisti šimtus, tūkstančius, galbūt net milijonus metų keliaudami per kosmosą, kol galiausiai susidurs su mėnuliu, planeta ar saule. Kai uola patenka į kitos planetos atmosferą, ji tampa meteoru ir, jei ir kai šie gabalai pasiekia Žemės paviršių, arba kitos planetos ar Mėnulio paviršių, jie tampa meteoritais. Nėra nieko stebuklingo, kad įeinanti kosminė uola virsta meteoritu, tai tiesiog vardas, kurį uola gauna, kai ji nejuda kūno paviršiuje, kurį ji tenkina. [Meteorų audros: kaip „Šaudančių žvaigždžių“ kūriniai atrodo nepaprastai dideli (infografika)]
Jei visos šios kosmoso uolos natūraliai į Žemę atkeliauja nemokamai, tada gali kilti klausimas, kodėl mokslininkai vargsta dėl vizito į kosmosą bandant iš viso imti mėginius. Nepaisant to, kad į Žemę patenkančios uolienos paima daug platesnį Saulės sistemos objektų diapazoną, nei žmonės gali aplankyti per daugelį gyvenimų, šie pavyzdžiai yra linkę į tuos, kurie geriausiai gali išgyventi atšiaurų atmosferos patekimo į aplinką padarinius. Problema kyla dėl ekstremalių temperatūros ir slėgio pokyčių, kuriuos patiria uola ar bet koks objektas atmosferos patekimo iš kosmoso į Žemę metu, variacijos, kurios yra pakankamai didelės, kad daugeliu atvejų visiškai sunaikintų uolieną.
Temperatūros pokyčiai įeinant į atmosferą atsiranda tiesiogiai dėl didelio įeinančio į objektą greičio, kuris gali būti maždaug nuo 10 km / s iki 70 km / s (nuo 25 000 km / h iki 150 000 km / h). Gaunamų kosminių uolienų problema važiuojant tokiais hipersoniniais greičiais yra ta, kad atmosfera negali pakankamai greitai pasislinkti. Tokio efekto nėra, nes uola keliauja per kosmosą vien dėl to, kad erdvė yra vakuumas, todėl yra per mažai molekulių, kad galėtų trankytis viena į kitą. Uola, keliaujanti per atmosferą, turi buferinį ir suspaudžiantį poveikį molekulėms, su kuriomis susiduria, todėl jos susikaupia ir išsiskiria į savo komponentų atomus. Šie atomai jonizuoja, kad susidarytų kaitrinės plazmos apvalkalas, pašildomas iki labai aukštos temperatūros - iki 20 000 laipsnių C (36 032 ºF) ir apgaubiantis kosminę uolieną, sukeldamas jos perkaitimą. Rezultatas yra tai, kad uoliena, atrodo, dega ir švyti atmosferoje; tai, ką mes galime vadinti ugnies kamuoliu ar šaudymo žvaigžde, atsižvelgiant į jo dydį.
Dėl šio proceso padarinių pastebimi gaunamų uolienų fiziniai pokyčiai, kurie iš tikrųjų mums padeda lengviau nustatyti, kada jis tampa meteoritu Žemės paviršiuje. T. y., Susiformuoja lydoma pluta, kuri išsivysto, kai uoliena prasiskverbia į žemesnę atmosferą ir sulėtėja bei kaitinama trinties su oru metu. Išorinė uolienos dalis pradeda tirpti, o susidaręs skysčio ir dujų mišinys nuvalomas nuo meteorito galo, paimdamas su savimi šilumą. Nors šis procesas yra tęstinis ir reiškia, kad šiluma negali prasiskverbti į uolieną (tokiu būdu veikdama kaip šilumos skydas), galutinai nukritus, išlydytas „šilumos skydas“ sukietėja, nes paskutinis likęs skystis atvėsta uolienos paviršiuje, kad susidarytų susiliejimas pluta. Dėl susidariusios tamsios, dažnai blizgančios, meteoritų žievės yra skiriamasis bruožas, kurį dažnai galima naudoti norint juos atpažinti ir atskirti nuo sausumos uolienų. Susiliejusi pluta apsaugo vidines meteorito dalis nuo blogiausio šilumos poveikio, išsaugodama pirminio asteroido, kometos ar planetos, iš kurios ji kilo, sudėtį. Vis dėlto, nors meteoritai labai primena tėvus, jie nėra tiksli atitiktis. Susidarant lydymosi plutei, uoliena netenka dalies savo lakiųjų komponentų, nes jie virinami dėl kraštutinių temperatūros pokyčių, patiriamų išoriniuose uolienos sluoksniuose. Vienintelis būdas gauti „tobulą“ pavyzdį būtų surinkti jį tiesiai iš kosminio objekto ir grąžinti jį į erdvėlaivį. Kadangi meteoritai yra nemokami pavyzdžiai iš kosmoso ir tikrai yra gausesni už kosminių misijų sugrąžintus pavyzdžius, jie siūlo mokslininkams puikią galimybę sužinoti, iš ko asteroidai, kometos ir net kitos planetos yra pagaminti. Dėl šios priežasties jie yra labai ištirti Žemėje. [6 įdomūs faktai apie kometą „Pan-STARRS“]
Nepaisant susiformavusios sintezės plutos, atmosferos patekimas į ją gali būti gana skaudus ir destruktyvus. Tos uolienos, kurių atsparumas gniuždymui yra mažesnis ar mažesnis, yra mažiau tikėtina, kad išgyvens patirtį; jei objektas lėtėja dėl atmosferos lėtėjimo, jo gniuždymo stipris turi būti didesnis už maksimalų jo patiriamą aerodinaminį slėgį. Aerodinaminis slėgis yra tiesiogiai proporcingas vietiniam atmosferos tankiui, kuris priklauso nuo to, su kuria planeta susiduria objektas. Pavyzdžiui, Marso atmosfera yra plonesnė nei Žemės, o tai neveikia tiek, kad sulėtintų atvykstančius objektus, ir paaiškina, kodėl kosmoso inžinieriai turi labai atsargiai galvoti apie erdvėlaivių tūpimą raudonojoje planetos paviršiuje, nes jų lėtėjimo sistemos negali būti iš anksto išbandytas žemėje.
Akmens gniuždomąjį stiprį kontroliuoja jo sudėtis: jo dalis sudaro mineralų mineralai, metalai, anglinės medžiagos, lakiosios fazės, porų plotas ir tai, kaip gerai jo sudedamosios dalys yra supakuotos kartu. Pavyzdžiui, atsparūs kosminėms uolienoms, tokioms kaip asteroidai, kuriuose gausu geležies, paprastai tenka išgyventi didelius temperatūros ir slėgio pokyčius, nes jie skrieja dideliu greičiu per Žemės atmosferą. Akmenuoti meteoritai taip pat yra gana tvirti, net kai juose nėra daug geležies arba jų nėra. Nors geležis yra stipri, patys uolienų mineralai gali būti labai gerai surišti, kad sukurtų ir tvirtą uolienos gabalą. Meteoritai, kurie mažiau linkę išgyventi nepažeisti atmosferos, yra tie, kuriuose yra didesnis lakiųjų medžiagų procentas, porų erdvė, angliarūgštės fazės ir vadinamieji hidratiniai mineralai - tie, kurie į savo augimo struktūrą įtraukė vandenį. Tokių fazių yra gausu meteorituose, vadinamuose anglies chondritais, taip pat kometose. Todėl šie objektai yra jautresni kaitinimo poveikiui ir negali atlaikyti aerodinaminių jėgų, kurias jie patiria keliaudami per Žemės atmosferą. Kai kuriais atvejais tai yra ne kas kita, kaip lengvai sutvirtinta saujelė pūkuoto sniego, kuriame yra sumaišytų nešvarumų. Net jei mestumėte sniego gniūžtę, pagamintą iš tokio medžiagų mišinio, galite tikėtis, kad ji ištirps ore. Tai rodo, kodėl paprastai manoma, kad didelis kometos pavyzdys neišlaikys atšiaurių atmosferos slėgio ir kaitinimo efektų neištirpdamas, nesprogdamas ar suskaidęs į labai mažus gabalėlius. Nepaisant didelių meteoritų kolekcijų Žemėje, mokslininkai vis dar nėra tikri, kad didelį meteoritą jie rado būtent iš kometos dėl ypač trapių struktūrų, kurių, tikimasi, jie turės. Visa tai lemia, kad kai kurios kosminės uolienos yra per daug vaizduojamos kaip meteoritai Žemėje vien todėl, kad jų kompozicijos geriau atlaiko atmosferos patekimo poveikį.
Ištrauka iš „Stardust“ pagavimo: kometos, asteroidai ir Saulės sistemos gimimas, kurią sukūrė Natalie Starkey. Autorinės teisės © Natalie Starkey 2018. Išleido „Bloomsbury Sigma“, „Bloomsbury Publishing“ leidinys. Perspausdinta gavus leidimą.
