چگونه سنگهای فضایی به شهابسنگ تبدیل میشوند؟
پژوهشگران آمریکایی هفت مرحله مجزا را شناسایی کردهاند که در آنها سنگ فضایی به شهابسنگ تبدیل میشود.
مسیر منظومه شمسی یک جاده سنگی است و سیارکها، دنبالهدارها و انواع اجرام کوچک سنگی، فلزی و یخی در حال حرکت مداوم به دور خورشید هستند، اما وقتی که یک سنگ فضایی از جو زمین عبور میکند و به شهابسنگ تبدیل میشود، چه اتفاقی برای آن میافتد؟
به نقل از فیز، پژوهشگران با بررسی ۷۵ مورد از موارد سقوط شهابسنگ که به صورت ویدیو و عکس ثبت شدهاند، هفت مرحله مجزا را در تبدیل از سنگ فضایی به شهابسنگ شناسایی کردند. یافتههای آنها نشان میدهند که ذوب شدن و تکهتکه شدن – نه صرفاً تبخیر و سوختن – در واقع چگونگی از دست دادن جرم، کند شدن و در نهایت رسیدن سنگ به زمین را کنترل میکند.
دکتر «پیتر جنیسکنز» (Peter Jenniskens) پژوهشگر «موسسه ستی» (SETI Institute) و «مرکز پژوهش ایمز» (Ames Research Center) ناسا گفت: ما قبلاً فکر میکردیم سنگهای جامد در اثر گرمای زیاد و نور درخشانی که در برخورد با هوا به وجود میآید، تبخیر میشوند، اما اکنوندریافتیم که ابتدا ذوب شدن و سپس تکهتکه شدن، چگونگی از دست دادن جرم یک سنگ را کنترل میکنند.
این گروه پژوهشی دریافتند که یک گوی آتشین هنگام حرکت در جو زمین، هفت مرحله را طی میکند. هر مرحله توسط فرآیندهای فیزیکی متفاوتی شکل میگیرد.
۱. مرحله اول در جو بالا و زمانی آغاز میشود که هوا به اندازه کافی متراکم است تا یک موج ضربهای را در برابر سنگ در حال سقوط ایجاد کند.
برخورد با مولکولهای هوا، سنگ و گاز اطراف آن را گرم میکند تا زمانی که بدرخشند. این همان چیزی است که ما به عنوان یک شهاب یا ستاره دنبالهدار میبینیم.
۲. با سقوط سنگ در هوای غلیظتر، مرحله دوم آغاز میشود و شهابسنگ درخشانتر میشود.
برخی از شهابسنگها با تغییر درخشندگی در یک الگوی منظم نشان میدهند که سنگ به سرعت در حال چرخش است. سریعترین سنگهای در حال چرخش که در این پژوهش بررسی شدند، هر ۰.۵ تا پنج ثانیه یک دور کامل میچرخیدند.
۳. شهابسنگ در مرحله سوم بسیار درخشانتر میشود و به شکل یک گوی آتشین درمیآید.
پژوهشگران دریافتند که ذوب شدن به از دست رفتن بیشتر جرم سنگ منجر میشود. هوای پرسرعت، مواد ذوبشده را از سطح بیرون میکشد و قطراتی را به جا میگذارد که به تبخیر شدن ادامه میدهند.
«اریک استرن» (Eric Stern) از پژوهشگران این پروژه گفت: ما در آزمایشگاه نمیتوانیم میزان تابشی را که در یک ورودی جوی طبیعی با آن سرعتها رخ میدهد، تولید کنیم. در عوض، یک سنگ میتواند به شدت تکهتکه شود و فرسایش یابد، اما در آن صورت انتظار نداریم که شرایط دیدهشده در نحوه درخشش گویهای آتشین وجود داشته باشد.
۴. این گوی آتشین در حدود ۶۰ کیلومتری زمین با قرار گرفتن در حالت تعادل ذوب، به فاز چهارم میرسد.
درخشندگی گوی آتشین ثابت میماند یا با سرعت ثابتی افزایش مییابد. این سنگ در نهایت میتواند تا ۴۰ درصد از جرم خود را فقط در اثر ذوب شدن از دست بدهد.
۵. فشار بالاتر در اعماق جو باعث میشود سنگ از هم بپاشد و مرحله پنجم را آغاز کند.
گوی آتشین ممکن است چندین بار شعلهور شود و قطعات آن جدا شوند. پژوهشگران دریافتند سنگها زمانی شروع به شکستن میکنند که فشار هوا در جلوی سنگ تنها حدود یک پنجم قدرت اندازهگیریشده در شهابسنگهای یافتشده روی زمین باشد. آنها معتقدند گرما و ترکهای ناشی از برخوردهای پیشین در فضا میتواند توضیح دهد که چرا سنگها زودتر از حد انتظار میشکنند.
در این زمان است که سنگ باقیمانده به سرعت کوچکتر میشود و به طور قابل توجهی کند میشود و اگر به شدت بشکند، این کاهش سرعت بیشتر هم میشود. «استو پیلورز» (Stu Pilorz) از پژوهشگران این پروژه گفت: ما توانستیم این کاهش سرعت ناشی از تکهتکه شدن را به توصیفهای ریاضی پیشین مبتنی بر فرسایش ربط دهیم.
اگر قسمت اصلی پشت سنگ دستنخورده باقی بماند، یک ناحیه کمفشار در پشت آن ایجاد میشود که قطعات کوچکتر را به سمت خود میکشد. «دارل رابرتسون» (Darrel Robertson) از پژوهشگران این پروژه گفت: مدلسازی ما نشان میدهد تا زمانی که پشت یک سنگ فضایی دستنخورده باقی بماند، آن سنگ در مسیر خود یک خلأ را ایجاد میکند که قطعات سنگ تمایل به جریان یافتن در آن دارند. آن شهابسنگهای کوچک در یک نوار باریک روی زمین سقوط میکنند.
۶. وقتی پشت سنگ سرانجام در فاز ششم از هم میپاشد، گوی آتشین آخرین شعلههای درخشان را ساطع میکند و قطعات آن را سریعتر به بیرون پرتاب میکند.
از آنجا که سنگ کند شده است، این شعلههای پایانی معمولاً به جای سبز روشن که قبلاً دیده میشد، قرمز هستند. جنیسکنز گفت: این اختلال نهایی، قطعات را با سرعت نسبی بالاتری پرتاب میکند. در سقوطهای گذشته متوجه شدیم که شهابسنگهای بزرگتر از حدود ۲۰ گرم، به پراکندگی گستردهتری تمایل دارند و بسیاری از آنها از نزدیکی سطح سنگ فضایی اصلی که باید پشت آن باشد آمدهاند.
شهابسنگهایی که به زمین میرسند، در ابتدا قطعات بزرگتری بودند، اما پیش از آن که به اندازه کافی کند شوند و به زمین برسند، ذوب بیشتری را تجربه کردهاند و بیشتر از هم پاشیدهاند.
۷. ذوب و تکهتکه شدن در مرحله هفتم همچنان ادامه مییابد تا آخرین قطعات به اندازهای کند میشوند که دیگر نمیدرخشند.
ذوب شدن پایان مییابد و یک پوسته نازک همجوشی روی سطوح آنها باقی میماند. سپس، بادها میتوانند قطعات تیرهشده را از مسیر خود منحرف کنند و به عنوان شهاب سنگ به زمین سقوط کنند.
۷۵ شهابسنگ مورد بررسی شامل چندین نوع متفاوت بودند. پژوهشگران در این پروژه، ارتفاعاتی را که این شهابسنگها در هفت مرحله از آنها عبور کردهاند، شناسایی کردند. پژوهشگران با بررسی کند شدن انواع گوناگون سنگهای فضایی کوچک و جامد، به اطلاعاتی درباره سرنوشت سیارکهای خطرناکتر در حال انفجار دست یافتند که مقیاس آنها از اندازه خودروها گرفته تا بلوکهای ساختمانی متغیر است.
جنیسکنز گفت: سیارکهایی با اندازه تا دهها متر نیز سنگهای جامد هستند، زیرا تمایل دارند سریعتر از سیارکهای بزرگتر بچرخند. سیارک با قطر ۲۰ متر که به انفجار هوایی بر فراز «چلیابینسک» (Chelyabinsk) روسیه در سال ۲۰۱۳ منجر شد، همین مراحل را طی کرد.
این پژوهش در مجله «Meteoritics & Planetary Science» به چاپ رسید.
