Catching Stardust, sebuah buku baru oleh Natalie Starkey, meneroka hubungan kami dengan komet dan asteroid.
(Imej: © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey telah terlibat secara aktif dalam penyelidikan sains angkasa selama lebih dari 10 tahun. Dia telah terlibat dalam misi luar angkasa sampel, seperti NASA Stardust dan JAXA Hayabusa, dan dia diundang untuk menjadi penyelidik bersama di salah satu pasukan instrumen untuk misi komet ESA Rosetta yang inovatif.
Buku barunya, "Catching Stardust," meneliti apa yang kami temui mengenai komet dan asteroid - bagaimana kami belajar mengenainya dan apa yang perlu dibagikan oleh batu-batu yang berdebu dan sejuk mengenai asal-usul sistem suria. Baca Soal Jawab bersama Starkey mengenai buku barunya di sini.
Di bawah ini adalah petikan dari Bab 3 "Menangkap Stardust." [Pertemuan Tutup Terbaik Jenis Komet]
Komet dan Asteroid di Bumi
Selama 50 tahun yang lalu, instrumentasi ruang telah semakin maju seiring manusia mengejar berbagai objek yang berbeza di Sistem Suria kita untuk gambar, ukuran dan sampel. Manusia berjaya meletakkan rover yang berfungsi sepenuhnya di planet Marikh untuk berkeliaran di permukaannya, menggerudi dan mengumpulkan sampel untuk menganalisis kargo instrumen saintifiknya. Makmal ilmiah yang canggih juga telah dikirim ke angkasa dalam perjalanan selama satu dekad untuk mengejar dan mendarat dengan komet yang laju untuk melakukan analisis batuan, es dan gasnya. Dan ini untuk menamakan beberapa sorotan penerokaan angkasa lepas. Walau bagaimanapun, di sebalik kemajuan dan pencapaian luar biasa ini, instrumen saintifik terbaik dan paling mudah dikendalikan ada di Bumi. Masalahnya ialah instrumen Bumi ini tidak dapat dihantar ke angkasa dengan sangat mudah - alat ini terlalu berat dan sensitif untuk dilancarkan di atas roket dan mereka memerlukan keadaan yang hampir sempurna untuk dilakukan dengan ketepatan dan ketepatan. Persekitaran ruang bukan tempat yang ramah, dengan suhu dan tekanan yang sangat tinggi, keadaan yang tidak sesuai dengan alat-alat makmal temperamental dan kadang-kadang.
Hasilnya adalah sering terdapat banyak kelebihan untuk membawa sampel batuan angkasa kembali ke Bumi untuk analisis yang teliti, dipertimbangkan dan tepat, berbanding dengan usaha untuk melancarkan instrumen makmal canggih ke angkasa. Masalah utama, bagaimanapun, ialah mengumpulkan batu di angkasa dan membawanya kembali ke Bumi dengan selamat bukanlah tugas yang mudah. Sebenarnya, kepulangan sampel dari angkasa hanya dapat dicapai beberapa kali: dari Bulan dengan misi Apollo dan Luna pada tahun 1970-an, dari asteroid Itokawa dengan misi Hayabusa dan dari komet 81P / Wild2 dengan misi Stardust. Walaupun beratus-ratus kilogram batu Bulan telah dikembalikan ke Bumi, misi Hayabusa dan Stardust hanya mengembalikan sejumlah sampel batuan - serpihan berukuran debu menjadi tepat. Namun, sampel kecil tentu lebih baik daripada tidak ada sampel, kerana batu kecil pun dapat menyimpan banyak maklumat dalam strukturnya - rahsia yang dapat dibuka oleh para saintis dengan instrumen saintifik mereka yang sangat khusus di Bumi. [Cara Menangkap Asteroid: Misi NASA Dijelaskan (Infografik)]
Misi Stardust, khususnya, mencapai banyak kemajuan dalam meningkatkan pengetahuan kita mengenai komposisi komet. Sampel debu komet yang dikembalikan ke Bumi akan membuat para saintis sibuk selama beberapa dekad yang akan datang, walaupun jumlahnya terhad. Kami akan mengetahui lebih lanjut mengenai misi ini, dan sampel berharga yang dikumpulkannya, dalam Bab 7. Nasib baik, ada rancangan masa depan untuk mengumpulkan batu dari angkasa, dengan beberapa misi sudah dalam perjalanan dan yang lain menunggu dana. Misi ini merangkumi lawatan ke asteroid, Bulan dan Marikh, dan walaupun semuanya mungkin berisiko tanpa jaminan bahawa mereka akan mencapai tujuan mereka, ada baiknya kita mengetahui ada harapan untuk mengembalikan sampel dari angkasa untuk analisis berasaskan Bumi pada masa hadapan.
Kedatangan batuan angkasa di Bumi
Nasib baik, ternyata ada cara lain untuk mendapatkan sampel batuan angkasa dan bahkan tidak melibatkan meninggalkan kawasan selamat Bumi. Ini kerana batuan angkasa secara semula jadi jatuh ke Bumi sebagai meteorit sepanjang masa. Sebenarnya, sekitar 40,000 hingga 80,000 tan batuan angkasa jatuh ke planet kita setiap tahun. Sampel ruang kosong ini boleh disamakan dengan Telur Kinder kosmik - ia dibungkus dengan hadiah langit, maklumat mengenai Sistem Suria kita. Meteorit boleh merangkumi sampel asteroid, komet dan planet lain, yang kebanyakannya belum diambil sampelnya dengan kapal angkasa.
Dari ribuan tan batuan angkasa yang tiba di Bumi setiap tahun, kebanyakannya cukup kecil, kebanyakannya berukuran debu, yang mana kita akan ketahui lebih lanjut dalam Bab 4, tetapi beberapa batuan individu boleh menjadi cukup besar. Sebilangan meteorit batu terbesar yang tiba di Bumi mempunyai berat sehingga 60 tan, yang hampir sama dengan lima bas dua tingkat. Meteorit boleh berasal dari mana saja di angkasa, tetapi cenderung batu dari asteroid yang paling sering dijumpai di Bumi sebagai kepingan berukuran kerikil, walaupun potongan komet dan planet juga dapat muncul. Sebilangan besar asteroid dapat meluncur ke Bumi setelah mereka melepaskan diri dari asteroid induknya yang lebih besar di angkasa, selalunya semasa bertembung dengan objek angkasa lain, yang boleh menyebabkan mereka pecah sepenuhnya atau sehingga kepingan kecil dapat dilanggar dari permukaannya. Di ruang angkasa, setelah sampel kecil asteroid ini terlepas dari batu induknya, mereka dipanggil meteroid dan mereka dapat menghabiskan ratusan, ribuan, bahkan mungkin berjuta-juta tahun perjalanan melalui angkasa sehingga akhirnya bertembung dengan bulan, planet atau Matahari. Semasa batu memasuki atmosfer planet lain ia menjadi meteor dan jika dan ketika potongan-potongan ini sampai ke permukaan Bumi, atau permukaan planet atau Bulan lain, mereka menjadi meteorit. Tidak ada yang ajaib tentang batu ruang angkasa yang masuk berubah menjadi meteorit, itu hanyalah nama yang diterima oleh batu ketika menjadi pegun di permukaan badan yang ditemuinya. [Meteor Storms: Bagaimana Paparan Berukuran 'Menembak Bintang' Kerja (Infografik)]
Sekiranya semua batuan angkasa ini tiba-tiba tiba di Bumi secara percuma, maka anda mungkin tertanya-tanya mengapa saintis bersusah payah pergi ke ruang angkasa untuk mencuba sampling sama sekali. Walaupun batu-batu yang jatuh ke Bumi mengambil sampel objek Tata Surya yang jauh lebih luas daripada yang dapat dikunjungi manusia dalam banyak masa, sampel ini cenderung berat sebelah terhadap benda-benda yang dapat bertahan dengan baik dari kesan keras dari kemasukan atmosfera. Masalahnya timbul kerana perubahan suhu dan tekanan yang melampau yang dialami oleh batu, atau objek apa pun, semasa kemasukan atmosfera dari angkasa ke Bumi, variasi yang cukup besar untuk menghilangkan batu dalam banyak keadaan.
Perubahan suhu semasa kemasukan atmosfera terjadi sebagai akibat langsung dari kecepatan masuk objek yang tinggi, yang dapat berkisar antara 10km / s hingga 70km / s (25,000mph hingga 150,000mph). Masalah bagi batuan angkasa yang masuk ketika melakukan perjalanan dengan halaju hipersonik ini adalah bahawa atmosfer tidak dapat bergerak keluar dari jalannya dengan cukup cepat. Kesan seperti itu tidak ada ketika batu bergerak melalui ruang, hanya kerana ruang adalah vakum sehingga ada terlalu sedikit molekul yang ada untuk saling bersentuhan. Batu yang bergerak melalui atmosfera mempunyai kesan buffet dan mampatan pada molekul yang ditemuinya, menyebabkan mereka menumpuk dan berpisah ke atom komponennya. Atom-atom ini terionisasi untuk menghasilkan lapisan plasma pijar yang dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi - hingga 20,000 darjahC (36,032ºF) - dan menyelimuti batuan angkasa, menyebabkannya menjadi sangat panas. Hasilnya ialah batu itu kelihatan terbakar dan bercahaya di atmosfera; apa yang kita sebut bola api atau bintang jatuh, bergantung pada ukurannya.
Kesan dari proses ini membawa perubahan fizikal yang ketara pada batu masuk, yang sebenarnya memudahkan kita mengenal pasti kapan ia menjadi meteorit di permukaan Bumi. Iaitu, pembentukan kerak fusi, yang berkembang ketika batu menembus atmosfera yang lebih rendah dan diperlahankan dan dipanaskan oleh geseran dengan udara. Bahagian luar batu mula mencair dan campuran cecair dan gas yang terbentuk menyapu bahagian belakang meteorit, mengambil panas dengannya. Walaupun proses ini berterusan dan bermaksud bahawa haba tidak dapat menembusi batu (dengan demikian bertindak seperti pelindung haba), apabila suhu akhirnya turun, 'pelindung haba' lebur akan padat sebagai baki terakhir yang menyejuk di permukaan batu untuk membentuk pelakuran kerak bumi. Kulit yang gelap, sering berkilat, kulit meteorit adalah ciri khas yang sering dapat digunakan untuk membantu mengenal pasti mereka dan membezakannya daripada batuan daratan. Pembentukan kerak peleburan melindungi bahagian dalaman meteorit dari kesan terburuk dari panas, memelihara komposisi asteroid, komet atau planet induk dari mana asalnya. Namun, walaupun meteorit menyerupai ibu bapa mereka, mereka tidak sesuai. Dalam proses pembentukan kerak peleburan, batu kehilangan beberapa komponennya yang lebih mudah menguap ketika didih dengan perubahan suhu yang melampau yang dialami pada lapisan luar batu. Satu-satunya cara untuk mendapatkan sampel yang 'sempurna' adalah dengan mengumpulkannya secara langsung dari objek angkasa dan mengembalikannya dalam kapal angkasa. Namun, kerana meteorit adalah sampel percuma dari angkasa, dan tentunya lebih banyak daripada sampel yang dikembalikan oleh misi angkasa, mereka memberi peluang kepada para saintis untuk mengetahui asteroid, komet, dan bahkan planet lain, benar-benar terbuat dari. Mereka banyak dikaji di Bumi atas sebab ini. [6 Fakta Menarik Mengenai Komet Pan-STARRS]
Walaupun pembentukan kerak peleburan, kesan kemasukan atmosfera agak keras dan merosakkan. Batu-batu yang mempunyai kekuatan mampatan yang lebih rendah, atau penghancuran yang lebih rendah, kekuatannya cenderung untuk bertahan dalam pengalaman tersebut; jika suatu objek bertahan dalam penyusutan melalui atmosfer, maka kekuatan mampatannya mestilah lebih tinggi daripada tekanan aerodinamik maksimum yang dialaminya. Tekanan aerodinamik berkadar langsung dengan kepadatan atmosfera tempatan, yang bergantung pada planet mana yang dihadapi oleh objek. Oleh itu, misalnya, Mars mempunyai atmosfer yang lebih tipis daripada Bumi yang tidak bertindak untuk melambatkan objek yang masuk dan menjelaskan mengapa jurutera angkasa perlu berfikir dengan teliti mengenai pendaratan kapal angkasa di permukaan planet merah, kerana sistem perlambatan mereka tidak dapat diuji terlebih dahulu di Bumi.
Kekuatan mampatan batu dikawal oleh komposisinya: bahagian mineral batuan, logam, bahan berkarbonat, fasa mudah menguap, jumlah ruang liang dan seberapa baik bahan komponennya dikemas bersama. Contohnya, batuan angkasa yang tahan lasak, seperti asteroid yang kaya zat besi, cenderung bertahan dalam perubahan suhu dan tekanan yang melampau ketika mereka melaju dengan pantas melalui atmosfera Bumi. Meteorit berbatu juga cukup kuat, walaupun mengandungi besi atau sedikit. Walaupun besi kuat, mineral batu itu sendiri dapat terikat dengan baik untuk membuat batu yang sukar. Meteorit yang cenderung tidak dapat bertahan dalam kemasukan atmosfera adalah meteorit yang mengandungi peratusan volatil, ruang pori, fasa karbon dan fasa mineral terhidrat yang lebih tinggi - yang telah menampung air ke dalam struktur pertumbuhannya. Fasa-fasa sedemikian banyak terdapat di meteorit yang dikenali sebagai chondrites berkarbon dan juga komet. Oleh itu, objek ini lebih sensitif terhadap kesan pemanasan dan tidak dapat menahan daya aerodinamik yang mereka alami semasa mereka melalui atmosfera Bumi. Dalam beberapa kes, mereka tidak lebih dari sekumpulan salji lembut yang longgar dengan sebilangan kotoran yang dicampurkan. Walaupun anda melemparkan bola salji yang diperbuat daripada campuran bahan seperti itu, anda mungkin menjangkakan ia akan hancur di udara. Ini menunjukkan mengapa sebilangan besar komet secara amnya dianggap tidak mungkin bertahan daripada tekanan dan kesan pemanasan yang kuat dari kemasukan atmosfera tanpa mencair, meletup atau pecah menjadi kepingan yang sangat kecil. Oleh itu, walaupun terdapat banyak kumpulan meteor di Bumi, para saintis masih tidak yakin bahawa mereka telah menemui meteorit besar secara khusus dari komet kerana struktur yang sangat rapuh yang diharapkan mereka miliki. Hasil dari semua ini adalah bahawa beberapa batuan angkasa dilebih-lebihkan sebagai meteorit di Bumi hanya kerana komposisi mereka menahan kesan kemasukan atmosfera dengan lebih baik.
Dipetik dari Catching Stardust: Komet, Asteroid dan Kelahiran Sistem Suria oleh Natalie Starkey. Hak Cipta © Natalie Starkey 2018. Diterbitkan oleh Bloomsbury Sigma, jejak Bloomsbury Publishing. Dicetak semula dengan kebenaran.
