Цатцхинг Стардуст, нова књига Наталие Старкеи, истражује нашу везу са кометама и астероидима.
(Слика: © Блоомсбури Сигма)
Наталие Старкеи активно се бави истраживањем свемира више од 10 година. Била је укључена у свемирске мисије за повратак узорака, попут НАСА Стардуст-а и ЈАКСА Хаиабуса, и позвана је да буде истражитељ у једном од тимова инструмената за револуционарну мисију комете ЕСА Росетта.
Њена нова књига "Ухватити стардуст" испитује шта откривамо о кометама и астероидима - како учимо о њима и шта прашњаве, ледене стијене морају да деле о пореклу Сунчевог система. Прочитајте питања и одговоре са Старкеи-ом о њеној новој књизи овде.
Испод је одломак из поглавља 3 „Ухватити звјездани прах“. [Најбољи сусрети врсте комете]
Комете и астероиди на Земљи
Током последњих 50 година, свемирске инструментације постале су све напредније и напредније јер су људи пратили разнолики број различитих објеката у нашем Сунчевом систему да би их сликали, мерели и узорковали. Људи су успешно поставили ровер који у потпуности функционише на планети Марс да би могао да скаче по његовој површини, бушећи и скупљајући узорке како би анализирао свој брод научних инструмената. Софијска научна лабораторија такође је послата у свемир на деценију дугог путовања како би се ухватила и слетила на брзу комету да би извршила анализе својих стена, леда и гасова. А ово је само неколико новијих издвајања свемира. Међутим, и поред ових напретка и невероватних достигнућа, најбољи и најлакше контролисани научни инструменти постоје на Земљи. Проблем је што се ови земаљски инструменти не могу послати лако у свемир - прејаки су и осетљиви за лансирање ракете и потребни су им готово савршени услови да би се прецизно и тачно изводили. Просторно окружење није пријатно место, са значајним екстремима у температури и притиску, условима који нису погодни за деликатне и понекад темпераментне лабораторијске инструменте.
Резултат тога је да често постоје многе предности враћања узорака свемирске стене на Земљу ради пажљиве, пажљиве и прецизне анализе, за разлику од покушаја лансирања напредних лабораторијских инструмената у свемир. Главни проблем, међутим, је што сакупљање стена у свемиру и сигурно враћање на Земљу није ни једноставан задатак. Заправо, повратак узорака из свемира постигнут је само неколико пута: са Месеца с мисијама Аполо и Луна 1970-их, од астероида Итокава са мисијом Хаиабуса и из комете 81П / Вилд2 са мисијом Стардуст. Иако су стотине килограма месечеве стене враћене на Земљу, мисије Хаиабуса и Стардуст вратиле су само минутне количине узорка стене - фрагменти величине прашине. Ипак, сићушни узорци су сигурно бољи од ниједног узорка, јер чак и мале стијене могу у својој структури задржати огромну количину информација - тајне које научници могу откључати својим високо специјализованим научним инструментима на Земљи. [Како ухватити астероид: Објашњена НАСА мисија (Инфограпхиц)]
Нарочито мисија Стардуст постигла је много у унапређивању нашег знања о саставу комета. Узорци прашине комете које је вратио на Земљу остаће научници заузети још деценијама унаточ њиховој ограниченој маси. Ми ћемо сазнати више о овој мисији и о драгоценим узорцима које је прикупио, у 7. поглављу. Срећом, постоје будући планови за прикупљање камења из свемира, при чему су неке мисије већ на путу, а друге чекају финансирање. Ове мисије укључују посете астероида, Месеца и Марса, и иако могу бити ризични подухвати без икакве гаранције да ће они остварити своје циљеве, добро је знати да постоји нада у повратак узорака из свемира за анализу засновану на Земљи убудуће.
Долазак свемирских стена на Земљу
Срећом, испоставило се да постоји други начин да се добију узорци свемирских стијена и то чак не укључује напуштање сигурних граница Земље. То је зато што свемирске стијене природно падају на Земљу као метеорити стално. У ствари, око 40.000 до 80.000 тона свемирских стијена падне на нашу планету сваке године. Ови узорци слободног простора могу се упоредити са космичким Киндер јајима - препуна су небеских награда, информација о нашем Сунчевом систему. Метеорити могу обухватати узорке астероида, комета и других планета, од којих већину нису узели узорци свемирским летелицама.
Од хиљаде тона свемирског камења који сваке године стижу на Земљу, већина је прилично мала, углавном величине прашине, о чему ћемо сазнати више у Поглављу 4, али неке појединачне стијене могу бити прилично велике. Неки од највећих камених метеорита који су стигли на Земљу били су тешки и до 60 тона, што је приближно исто као и пет двоспратних аутобуса. Метеорити могу потицати с било којег мјеста у свемиру, али то је обично камење астероида који се на Земљи најчешће налазе као комади величине шљунка, иако се могу појавити и комади и планете. Комадићи астероида могу завршити налетом на Земљу након што су се одвојили од свог већег родитељског астероида у свемиру, често током судара са другим свемирским објектима, што може довести до тога да се потпуно распадну или да се мали комади истресе са њихових површина. У свемиру, након што се ови мали узорци астероида одвоје од матичне стене, називају се метероиди и могу провести стотине, хиљаде, можда чак и милионе година путујући кроз свемир док се на крају не сударају са месецом, планетом или Сунцем. Како стијена улази у атмосферу друге планете постаје метеор и ако и када ти комади стигну до Земљине површине или површине друге планете или Месеца, постају метеорити. Нема ништа чаробно у томе што се надолазећа свемирска стијена претвара у метеорит, то је једноставно име које стена добије када постане непомична на површини тела на којој се среће. [Олује метеора: како суперспективни прикази рада „Звијезде“ (Инфограпхицс)]
Ако све ове свемирске стијене природно стижу на Земљу бесплатно, онда се можете запитати зашто научници сметају када одлазе у проблем да посете свемир како би уопште покушали да узоркују. Упркос чињеници да стене које падају на Земљу узоркују много шири спектар објеката Сунчевог система него што их људи могу да посећују током многих животних векова, ови узорци имају тенденцију да буду пристрани према онима који најбоље могу преживети оштре ефекте уласка атмосфере. До овог проблема долази због екстремних промена температуре и притиска које је стена или било који објекат доживео током уласка атмосфере из свемира на Земљу, варијације које су довољно велике да у потпуности сруше стену у многим случајевима.
Промене температуре током уласка у атмосферу јављају се као директна последица велике брзине доласка објекта, која може бити од око 10км / с до 70км / с (25,000мпх до 150,000мпх). Проблем долазне свемирске стене када путује овим хиперсоничним брзинама је што атмосфера не може да се крене довољно брзо. Такав ефекат изостаје док стена путује кроз свемир, једноставно зато што је простор вакуум, па је присутан премали број молекула да би се куцали један у другог. Камен која путује кроз атмосферу има ефекат бифеирања и компресије на молекуле на које наилази, што их накупља и дисоцира у атоме својих компоненти. Ови атоми јонизирају да би се створио омотач са пламеном са жарном нити која се загрева на екстремно високе температуре - до 20 000 степени Ц (36,032 ° Ф) - и обавија свемирску стијену, проузрокујући да се она загреје. Резултат тога је да стена изгледа да гори и блиста у атмосфери; оно што можемо назвати ватреном куглицом или звездом пуцања, у зависности од његове величине.
Ефекти овог процеса доводе до значајне физичке промене долазне стене, која нам заправо олакшава идентификацију када постане метеорит на површини Земље. Односно, формирање фузијске коре која се развија како стена продире у доњу атмосферу и успорава се и загрева трењем са ваздухом. Спољни део стене почиње да се топи и мешавина течности и гаса која се формира одбацује се са леђа метеорита, узимајући топлоту са собом. Иако је овај процес непрекидан и значи да топлота не може да продре у стену (на тај начин делује попут топлотног штитника), када се температура коначно спусти, растаљени "топлотни штит" очврсне се као што се последња течност охлади на површини стене и формира фузију. кора. Настала тамна, често сјајна коре на метеоритима је карактеристична карактеристика која се често може користити како би се идентификовала и разликовала од земаљских стијена. Формирање фузијске коре штити унутрашње делове метеорита од најгорих утицаја топлоте, чувајући састав матичног астероида, комете или планете са које је настао. Међутим, иако метеорити јако подсећају на њихове родитеље, они нису тачно подударање. У току формирања фузијске коре, стена губи неке од својих хлапљивих компоненти, док се оне исушују уз екстремне промене температуре у спољним слојевима стене. Једини начин за добијање „савршеног“ узорка био би прикупљање једног директно из свемирског објекта и враћање у свемирском броду. Међутим, пошто су метеорити бесплатни узорци из свемира и свакако обилнији од узорака враћених у свемирске мисије, они нуде научницима сјајну прилику да открију од чега су заиста направљени астероиди, комете, па чак и друге планете. Из овог разлога се на Земљи јако проучавају. [6 забавних чињеница о комету Пан-СТАРРС]
Упркос стварању фузијске коре, ефекти уласка у атмосферу могу бити прилично оштри и деструктивни. Оне стијене са нижим притиском или слабијом чврстоћом дробљења мање су вероватне да преживе искуство; ако предмет преживи успоравање кроз атмосферу, тада његова чврстоћа на притисак мора бити већа од максималног аеродинамичког притиска који доживљава. Аеродинамички притисак директно је пропорционалан локалној густини атмосфере, што зависи од планете на коју се предмет сусреће. Тако, на пример, Марс има тању атмосферу од Земље која не делује толико да успори долазне предмете и објашњава зашто свемирски инжењери морају веома пажљиво да размишљају о слетању свемирског брода на површину црвене планете, јер њихови системи за успоравање не могу бити претходно тестиран на Земљи.
Чврстоћа притиска стене контролише њен састав: њен удио минерала стене, метала, угљеничног материјала, испарљивих фаза, количине пора пора и колико су материјали састављени заједно. На пример, издржљиве свемирске стијене, попут оних из астероида богатих гвожђем, имају тенденцију да преживе екстремне промене температуре и притиска док великом брзином пролазе кроз Земљину атмосферу. Каменити метеорити су такође прилично робусни, чак и када садрже мало или нимало гвожђа. Иако је гвожђе снажно, сами минерали стијена се могу добро повезати да би створили и чврст комад стене. Метеорити за које је мање вероватно да ће преживети улазак у атмосферу нетакнути су они који садрже већи проценат испарљивих састојака, пора пора, карбонасте фазе и такозвани хидратни минерали - они који су смештали воду у своју структуру раста. Такве фазе су у великом обиљу у метеоритима познатим као кондрит угљеник, као и комети. Стога су ови објекти осетљивији на ефекте загревања и не могу издржати аеродинамичке силе које доживљавају док путују кроз Земљину атмосферу. У неким случајевима, они су ништа више од лагано консолидоване шаке пахуљастог снега са мало прљавштине. Уместо да бацате снежну куглу направљену од такве мешавине материјала, можда бисте очекивали да ће се она распасти у ваздуху. Ово показује зашто се за велики узорак комете генерално сматра да је мало вероватно да ће преживети снажне притиске и ефекте загревања атмосферског уласка без топљења, експлозије или распада на веома ситне комаде. Као такви, упркос великим колекцијама метеорита на Земљи, научници још увек нису сигурни да су пронашли велики метеорит посебно из комете због изузетно крхких структура које се очекују. Резултат свега тога је да су неке свемирске стијене презаступљене као метеорити на Земљи само зато што њихове композиције боље подносе ефекте уласка атмосфере.
Изузетно из Хатцхинг Стардуст: комети, астероиди и рођење Сунчевог система Наталие Старкеи. Цопиригхт © Наталие Старкеи 2018. Објавио Блоомсбури Сигма, отисак Блоомсбури Публисхинга. Прештампано са дозволом.
