چرا بیشتر شهاب‌سنگ‌های برخوردکننده با زمین غیرعادی‌اند؟

• مشاهدات و مأموریت‌های بازگرداندن نمونه به ما نشان داده‌اند که سنگ‌های فضایی معمولاً سرشار از آب، کربن و ترکیبات آلی‌اند. اما بیشتر شهاب‌سنگ‌هایی که به زمین می‌رسند این‌گونه نیستند. چرا؟
• برای مدت‌ها اخترشناسان گمان می‌کردند که جو زمین این مواد را هنگام ورود فیلتر می‌کند. اما یک مطالعه جدید که در ۲۵ فروردین ۱۴۰۴ منتشر شد، دلیل دیگری را نشان داد.

تغییرات دمایی که سنگ‌های فضایی هنگام عبورهای مکرر به نزدیکی خورشید تجربه می‌کنند، باعث ایجاد ترک‌هایی در آن‌ها می‌شود. در نتیجه، این سنگ‌ها بخش زیادی از مواد کربنی‌شان را حتی پیش از رسیدن به زمین از دست می‌دهند.

شهاب‌سنگ‌هایی که به زمین برخورد می‌کنند

بخش زیادی از دانسته‌های ما درباره تاریخ اولیه منظومه شمسی از شهاب‌سنگ‌ها به دست آمده است. این‌ها سنگ‌های باستانی‌ای هستند که در فضا سفر می‌کنند و از ورود سوزاننده به جو زمین جان سالم به در می‌برند. در میان انواع شهاب‌سنگ‌ها، گروهی به نام «کندریت‌های کربنی» قدیمی‌ترین و ابتدایی‌ترین نوع شناخته می‌شوند. آن‌ها نگاهی منحصربه‌فرد به نخستین روزهای منظومه شمسی ارائه می‌دهند.

کندریت‌های کربنی سرشار از آب، کربن و ترکیبات آلی هستند. این سنگ‌ها «آبدار» تلقی می‌شوند، چون آب در ساختارهای بلوری آن‌ها قفل شده است. بسیاری از پژوهشگران معتقدند این سنگ‌های باستانی نقش مهمی در رساندن آب به زمین اولیه داشته‌اند.

پیش از رسیدن به زمین، این سنگ‌ها را – بسته به اندازه و ترکیبشان – معمولاً سیارک، شهاب‌واره یا دنباله‌دار می‌نامند. اگر تکه‌ای از این اجسام بتواند خود را به سطح زمین برساند، آن‌گاه به آن شهاب‌سنگ گفته می‌شود.

تلسکوپ‌ها نشان می‌دهند که بیشتر سیارک‌ها ترکیبی غنی از کربن و آب دارند. مدل‌های علمی نیز پیش‌بینی می‌کنند که بیش از نیمی از شهاب‌سنگ‌ها باید کندریت‌های کربنی باشند. با این حال، کمتر از ۴٪ از شهاب‌سنگ‌های یافت‌شده روی زمین از این نوع‌اند. این تناقض از کجا ناشی می‌شود؟

در مطالعه‌ای که در ۲۵ فروردین ۱۴۰۴ در مجله Nature Astronomy منتشر شد، من و همکارانم سعی کردیم به این پرسش دیرینه پاسخ دهیم: همه کندریت‌های کربنی کجا رفته‌اند؟

مأموریت‌های بازگرداندن نمونه

اشتیاق دانشمندان برای بررسی این سنگ‌های باستانی، انگیزه‌ای شد برای مأموریت‌های فضایی بازگرداندن نمونه. مأموریت OSIRIS-REx ناسا و Hayabusa2 ژاپن دید ما را نسبت به سیارک‌های ابتدایی و غنی از کربن دگرگون کرده‌اند.

شهاب‌سنگ‌هایی که روی زمین یافت می‌شوند، در معرض باران، برف و پوشش گیاهی قرار دارند. این عوامل باعث تغییر ترکیب آن‌ها می‌شود و تحلیل علمی‌شان را دشوار می‌کند. به همین دلیل، مأموریت OSIRIS-REx برای برداشت نمونه‌ای دست‌نخورده به سیارک “بنو” سفر کرد. نمونه‌ای که به زمین بازگردانده شد، امکان بررسی دقیق ترکیب این سیارک را فراهم کرد.

به‌طور مشابه، مأموریت Hayabusa2 نمونه‌هایی دست‌نخورده از سیارک “ریوگو” به دست آورد، سیارکی که آن نیز غنی از آب است.

این مأموریت‌ها به دانشمندان علوم سیاره‌ای کمک کرده‌اند تا برای نخستین‌بار، مواد کربنی شکننده و بکر سیارک‌ها را مستقیماً بررسی کنند. این سیارک‌ها پنجره‌ای هستند به مواد اولیه سازنده منظومه شمسی و شاید حتی منشأ حیات.

پرده‌برداری از معمای کندریت‌های کربنی: رازهای نهفته در سنگ‌های کیهانی

تا مدت‌ها باور بر این بود که جو زمین عامل از بین رفتن بقایای کربنی است.
هنگامی که یک جسم وارد جو زمین می‌شود، باید فشارها و دماهای بسیار بالا را تحمل کند. کندریت‌های کربنی معمولاً شکننده‌تر از دیگر انواع شهاب‌سنگ‌ها هستند، بنابراین شانس کمتری برای زنده ماندن دارند.

سفر یک شهاب‌سنگ معمولاً با برخورد دو سیارک آغاز می‌شود. این برخوردها قطعاتی به اندازه چند سانتی‌متر تا چند متر تولید می‌کنند. این خرده‌سنگ‌ها، که به آن‌ها شهاب‌واره می‌گویند، در منظومه شمسی حرکت کرده و ممکن است در نهایت به زمین برسند.

اما شهاب‌واره‌ها آن‌قدر کوچک‌اند که معمولاً با تلسکوپ دیده نمی‌شوند – مگر اینکه درست پیش از برخورد با زمین باشند و اخترشناسان خوش‌شانس باشند.

خوشبختانه راه دیگری هم برای بررسی این اجسام وجود دارد: رصد شبکه‌ای برخوردها در جو زمین.

شبکه‌های رصد شهاب‌واره و آذرگوی: بررسی و تحلیل

ما جو زمین را همچون یک آشکارساز بزرگ به کار بردیم. بیشتر شهاب‌واره‌هایی که به زمین می‌رسند، به اندازه دانه شن هستند. با این حال، گاهی اجسامی تا چند متر نیز وارد جو می‌شوند. تخمین زده می‌شود سالانه حدود ۵,۰۰۰ تُن میکروشهاب‌سنگ به زمین می‌افتند، و هر سال بین ۴,۰۰۰ تا ۱۰,۰۰۰ شهاب‌سنگ بزرگ‌تر (هم‌اندازه توپ گلف یا بزرگ‌تر) نیز بر سطح زمین فرود می‌آیند – یعنی بیش از ۲۰ عدد در روز!

امروزه، دوربین‌های دیجیتال، مشاهده شبانه‌روزی آسمان شب را عملی و مقرون‌به‌صرفه کرده‌اند. حسگرهای ارزان و حساس به نور همراه با نرم‌افزارهای خودکار، به پژوهشگران این امکان را می‌دهند که نواحی وسیعی از آسمان را برای رصد درخشش‌های ناگهانی – یعنی ورود شهاب‌واره‌ها – پایش کنند.

تیم‌های پژوهشی می‌توانند با کمک تحلیل‌های خودکار (یا دانشجویان دکتری بسیار پرتلاش!) اطلاعات گرانبهایی از این داده‌ها به‌دست آورند.

تیم ما دو شبکه جهانی را اداره می‌کند: FRIPON، شبکه‌ای به رهبری فرانسه با ایستگاه‌هایی در ۱۵ کشور؛ و Global Fireball Observatory، پروژه‌ای که با همکاری تیم شبکه آذرگوی بیابانی استرالیا شکل گرفت. ما مسیر تقریبی ۸,۰۰۰ برخورد را که توسط ۱۹ شبکه رصد در ۳۹ کشور ثبت شده بود، بررسی کردیم.

با مقایسه برخوردهایی که در جو زمین ثبت شده‌اند با آن‌هایی که به شکل شهاب‌سنگ به زمین رسیده‌اند، می‌توانیم تشخیص دهیم کدام سیارک‌ها قطعاتی قوی تولید می‌کنند و کدام‌یک قطعات ضعیف و شکننده.

خورشید، مقصر پنهان: نگاهی به تأثیرات پنهان نور خورشید بر زندگی ما

شگفت‌آور اینکه، بسیاری از قطعات سیارک‌ها حتی پیش از رسیدن به زمین از بین می‌روند. عامل آن گرمای شدید خورشید است.

مواد کربنی – که دوام کمی دارند – هنگامی که مدارشان آن‌ها را به نزدیکی خورشید می‌برد، تحت فشارهای دمایی زیادی قرار می‌گیرند. این نوسان‌های دمایی باعث ترک خوردن و شکستن تدریجی این سنگ‌ها می‌شود.

به این ترتیب، پیش از آنکه این سنگ‌ها حتی وارد جو زمین شوند، بخش زیادی از سنگ‌های کربنی و آبدار از بین می‌روند. و آنچه باقی می‌ماند، باید مرحله سخت ورود به جو را نیز تاب بیاورد.

در واقع، تنها ۳۰ تا ۵۰ درصد از اجسام باقی‌مانده توان عبور از جو زمین را دارند و تبدیل به شهاب‌سنگ می‌شوند. سنگ‌هایی که مدارشان آن‌ها را بیش‌تر به خورشید نزدیک می‌کند، معمولاً از جنس مقاوم‌تری هستند و احتمال بیشتری برای بقا دارند. ما این پدیده را «سوگیری بقا» (survival bias) می‌نامیم.

برای دهه‌ها تصور می‌شد که تنها جو زمین باعث کمیابی کندریت‌های کربنی در میان شهاب‌سنگ‌ها شده، اما یافته‌های ما نشان می‌دهد که بیشتر حذف این مواد در همان فضا و پیش از ورود به زمین اتفاق می‌افتد.

گام‌های بعدی در پژوهش شهاب‌سنگ‌ها: افق‌های جدید و چالش‌ها

پیشرفت‌های علمی آینده می‌توانند به تأیید این نتایج کمک کرده و ترکیب شهاب‌واره‌ها را دقیق‌تر مشخص کنند. برای این منظور، دانشمندان باید توانایی شناسایی این اجسام را دقیقاً پیش از برخورد با زمین تقویت کنند. همچنین مدل‌سازی‌های دقیق‌تری از نحوه شکستن آن‌ها در جو، می‌تواند در تحلیل‌ها بسیار مؤثر باشد.

در نهایت، پژوهش‌های آینده باید روش‌های بهتری برای تعیین ترکیب شهاب‌واره‌ها از طریق رنگ آذرگوی‌ها ارائه دهند.

پاتریک ام. شُوبر
دانشیار فوق‌دکتری علوم سیاره‌ای – ناسا