سیارک‌‌ها: سیب‌زمینی‌های فضایی چه حقایقی در پشت پرده خود دارند؟

کیهان مملو از اجرام مختلفی است که هریک ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند. یکی از این اجرام سیارک‌ است. سیارک‌ها نسبت به سیاره‌ها جرم کوچکی به حساب می‌آیند، با این‌حال حرکت آن‌ها به سمت زمین و برخوردشان با سیاره آبی رنگ ما می‌تواند بسیار خطرناک باشد. در این مقاله قصد داریم سیارک‌ها را مورد مطالعه قرار دهیم و ویژگی‌های جالب آن‌ها را باهم مرور کنیم.

سیارک‌ها

سیارک‌ها اجرام صخره‌ای هستند که به دور خورشید می‌چرخند و آنقدر کوچک هستند که نمی‌توان آن‌ها از نظر تخصصی «سیاره» نامید. سیارک‌ها را می‌توان «سیاره‌نما» یا «سیاره کوچک» نیز خطاب کرد. در کیهان ما میلیون‌ها میلیون سیارک وجود دارند که ابعاد آن‌ها از صدها متر تا چندین کیلومتر متغیر است.

با اینکه این اجرام از نظر ابعادی نسبت به سیاره‌ها کوچک هستند، اما می‌توانند خطرناک باشند. بسیاری از آن‌ها در گذشته با زمین برخورد کرده‌اند و تعداد زیادی نیز در آینده به سیاره ما برخورد خواهند کرد. این یکی از دلایلی است که دانشمندان درباره سیارک‌ها مطالعه می‌کنند و مشتاقند تا درباره تعداد، مدارها و ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها اطلاعات بیشتری کسب کنند. هنگامی که یک سیارک به سمت زمین می‌آید، اخترشناسان تلاش می‌کنند تا با روش‌های مختلف سرعت و محل برخورد آن را تعیین کنند.

سیارک‌ها را کجا می‌توان یافت؟

به گفته ناسا، دانشمندان تا به امروز بیش از یک میلیون سیارک را شناسایی کرده‌اند. سیارک‌ها عمدتا در سه ناحیه منظومه شمسی قرار دارند. بیشتر این اجرام در حلقه‌ای وسیع میان مدار مریخ و مشتری قرار دارند. این کمربند اصلی سیارکی بیش از 200 سیارک بزرگتر از 100 کیلومتر را دربر می‌گیرد. طبق تخمین دانشمندان، کمربند سیارک‌ها همچنین دارای بین ۱.۱ تا ۱.۹ میلیون سیارک با قطر بیشتر از یک کیلومتر و میلیون‌ها سیارک کوچکتر است.

با این‌حال، بسیاری از این اجرام خارج از کمربند اصلی قرار دارند. برای مثال، سیارک‌های «تروجان». این اجرام در مدارهایی که به «نقاط لاگرانژ» معروف‌اند، به دور خورشید می‌چرخند. براساس پایگاه داده اتحادیه بین‌المللی نجوم، سیاره مشتری بیشترین تروجان‌ها را با بیش از ده هزار جرم دارد. سیارات دیگر تنها چند تروجان دارند: سیاره نتپون ۳۰ تروجان، مریخ ۹ تا و زمین و اورانوس هرکدام یک تروجان دارند که دانشمندان تا به امروز موفق به شناسایی آن شده‌اند.

دانشمندان همچنین گمان می‌کنند که بسیاری از قمرهای منظومه شمسی زمانی سیارک بوده‌اند، تا اینکه توسط گرانش یک سیاره به دام افتادند و به قمر تبدیل شدند. نامزدهای احتمالی شامل قمرهای مریخ، فوبوس و دیموس و بیشتر قمرهای بیرونی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون هستند.

سیارک‌های نزدیک به زمین به صورت مختصر با «NEA» خوانده می‌شوند، تقریبا در همان فاصله‌ای که زمین به دور خورشید می‌چرخند، قرار دارند. به گفته ناسا، این اجرام براساس نحوه مقایسه مدار سیارک با زمین به زیردسته‌هایی تقسیم می‌شوند.

برای مثال، سنگ‌های «آمور» (Amor) مدارهایی دارند که به مسیر زمین نزدیک می‌شوند اما منحصرا بین زمین و مریخ باقی می‌مانند. سیارک‌های «آپولو» (Apollo) دارای مدارهای عبوری از زمین هستند اما بیشتر زمان خود را خارج از مسیر سیاره می‌گذرانند. سیارک‌های «آتن» (Aten) نیز از مدار زمین عبور می‌کنند اما بیشتر زمان خود را در مدار زمین می‌گذرانند. درنهایت سنگ‌های «آتیرا» (Atira) اجرام نزدیک به زمین هستند که مدار آن‌ها در مدار زمین باقی می‌ماند.

اخترشناسان همچنین برخی از این اجرام نزدیک به زمین با عنوان «سیارک‌های بالقوه خطرناک» یا «PHA» طبقه‌بندی می‌کنند. به گفته مرکز مطالعات اجرام نزدیک به زمینِ ناسا (CNEOS) این اجرام در حدود ۷.۴۸ میلیون کیلومتری از مدار زمین قرار دارند و قطر آن‌ها از ۱۴۰ متر بیشتر است. با این‌حال، این طبقه‌بندی به این معنا نیست که آن‌ها تهدید خاصی برای زمین نیستند.

براساس گزارش CNEOS، تا اکتبر ۲۰۲۱ دانشمندان بیش از ۲۷۰۰۰ سیارک نزدیک به زمین را کشف کرده‌اند.

پیدا کردن سیارک‌ها

در سال ۱۸۰۱، کشیش و ستاره‌شناس ایتالیایی «جوزپه پیاتزی» هنگام تهیه نقشه ستاره‌ای، به صورت تصادفی اولین و بزرگترین سیارک سرس را که بین مریخ و مشتری می‌چرخید کشف کرد. اگرچه سرس امروزه به عنوان یک سیاره کوتوله دسته‌بندی می‌شود اما یک چهارم کل جرم سیارک‌های شناخته شده در کمربند اصلی سیارک‌ها را تشکیل می‌دهد.

از حدود سال ۲۰۰۰، ناسا کمپینی را برای شناسایی و ردیابی سیارک‌های نزدیک به زمین تشکیل داده است - برنامه‌هایی مانند بررسی آسمان «کاتالینا» در آریزونا و تلسکوپ‌های «Pan-STARRS» در هاوایی در شناسایی این اجرام تخصص دارند و طبق گزارش CNEOS هزاران سیارک را تاکنون کشف کرده‌اند.

مطالعه سیارک‌ها

اولین فضاپیمایی که از نزدیک از سیارک‌ها عکس گرفت، فضاپیمای «گالیله» ناسا در سال ۱۹۹۱ بود که موفق شد در طی اکتشافات خود اولین قمر را نیز در سال ۱۹۹۴ کشف کند.

در سال ۲۰۰۱، پس از اینکه فضاپیمای «NEAR» ناسا سیارک نزدیک به زمین «اروس» (Eros) را برای بیش از یک سال از مدار زمین مورد مطالعه قرار داد، کنترل‌کنندگان ماموریت تصمیم گرفتند که فضاپیما را فرود بیاورند. اگرچه در ابتدا این فضاپیما برای فرود طراحی نشده بود اما با موفقیت فرود آمد و رکورد اولین فرود موفقیت‌آمیز بر روی یک سیارک را از آن خود کرد.

در سال ۲۰۰۶، ماموریت «هایابوسا» ژاپن اولین فضاپیمایی بود که هنگام بازدید از سیارک «ایتوکاوا» که نزدیک به زمین بود روی یک سیارک فرود آمد و سپس بلند شد. اگرچه فضاپیما با یک سری اشکالات فنی مواجه شد، اما در سال ۲۰۱۰ مقدار کمی از مواد سیارکی را به زمین بازگرداند.

ماموریت «داون» (Dawn) ناسا در سال ۲۰۰۷ به سمت کمربند اصلی سیارک‌ها پرتاب شد و کاوش وستا را در سال ۲۰۱۱ آغاز کرد. پس از یک سال کار در آنجا، سیارک را برای سفر به سیارک سرس ترک کرد و در سال ۲۰۱۵ به آنجا رسید. داون اولین فضاپیمایی بود که از سیارک‌های وستا و سرس بازدید کرد. این ماموریت در سال ۲۰۱۸ زمانی که سوخت فضاپیما به پایان رسید تمام شد.

در سال ۲۰۱۶، ناسا ماموریت بازگشت نمونه از یک سیارک نزدیک به زمین را انجام داد. فضاپیمای «Origins» برای کاوش سیارک «Bennu» و جمع‌آوری نمونه به فضا پرتاب شد. این فضاپیما اکنون درحال بازگشت به زمین است و در سپتامبر ۲۰۲۳ محموله خود را به زمین تحویل خواهد داد.

سنگ‌های فضایی چطور شکل می‌گیرند؟

سیارک‌ها بقایای شکل‌گیری منظومه شمسی در حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش هستند. در ابتدا، تولد مشتری از تشکیل هر سیاره‌ای در فاصله میان مریخ تا مشتری جلوگیری کرد و باعث شد اجرام کوچکی که در آنجا بودند با یکدیگر برخورد کنند و به اجرامی که امروز دیده می‌شوند، تکه تکه شوند.

درک چگونگی تکامل منظومه شمسی به صورت مداوم درحال گسترش است. دو نظریه نسبتا جدید به نام‌های «Nice» و «Grand Tack» نشان می‌دهند که غول‌های گازی پیش از استقرار در مدارهای خود حرکتی به سمت اطراف داشتند. این حرکت می‌توانست سیارک‌هایی را از کمربند اصلی به سمت سیارات زمینی بفرستند و کمربند خالی از سیارک را مجددا از آن پر کند.

سیارک‌ها چه ویژگی‌هایی دارند؟

تقریبا همه سیارک‌ها شکل نامنظم دارند، اگرچه تعدادی از بزرگترین آن‌ها تقریبا کروی هستند - مانند سرس. سطح آن‌ها اغلب مملو از حفره است - برای مثال، سیارک «وستا» دهانه‌ای غول پیکر به قطر حدود ۴۶۰ کیلومتر دارد. تصور می‌شود که سطح بیشتر سیارک‌ها پوشیده از غبار است.

همانطور که این اجرام در مدارهای بیضی شکل خود به دور خورشید می‌چرخند، به دور خود نیز چرخش دارند اما این چرخش در اغلب اوقات نامنظم است. به گفته ناسا، بیش از ۱۵۰ سیارک نیز دارای یک ماه همراه کوچک هستند که برخی از آن‌ها دارای دو قمر هستند. سیارک‌های دوتایی نیز در کیهان وجود دارند که در آن‌ها دو سیارک با اندازه تقریبا مساوی به دور یکدیگر می‌چرخند.

میانگین دمای سطح یک سیارک معمولی ۷۳ درجه سانتی‌گراد است. سیارک‌ها برای میلیارد‌ها سال عمدتا بدون تغییر باقی مانده‌اند - به همین دلیل تحقیق در مورد آن‌ها می‌تواند اطلاعات ارزشمندی از منظومه شمسی اولیه در اختیار اخترشناسان قرار دهد.

این سنگ‌های کیهانی اشکال و اندازه‌های مختلفی دارند. برخی از آن‌ها اجرام جامد هستند، درحالیکه برخی دیگر انبوهی کوچکتر از قلوه سنگ هستند که توسط گرانش به یکدیگر متصل شده‌اند.

دسته‌بندی سنگ‌های فضایی

اکثر سیارک‌ها برحسب ترکیب در یکی از سه دسته زیر قرار می‌گیرند:

سیارک‌های نوع C یا کربن‌دار: این سیارک‌ها به رنگ خاکستری هستند و رایج‌ترین نوع سیارک‌اند - بیش از ۷۵ درصد سیارک‌های شناخته شده از این دسته هستند. این دسته از اجرام احتمالا از سنگ‌های رسی و سیلیکات سنگی تشکیل شده‌اند و در نواحی بیرونی کمربند اصلی زندگی می‌کنند.

سیارک‌های نوع S یا سیلیسی: این سیارک‌ها به رنگ سبز متمایل به قرمز هستند و حدود ۱۷ درصد سیارک‌های شناخته شده را تشکیل می‌دهند. این اجرام بیشتر در نواحی کمربند داخلی یافت می‌شوند. به نظر می‌رسد آن‌ها از مواد سیلیکات و نیکل آهن تشکیل شده‌اند.

سیارک‌های نوع M یا فلزی: این سیارک‌ها عمدتا به رنگ قرمز هستند و در ناحیه میانی کمربند اصلی یافت می‌شوند. این سیارک‌ها احتمالا از نیکل و آهن ساخته شده‌اند.

براساس ترکیب، انواع نادر دیگری نیز وجود دارد - به عنوان مثال، سیارک‌های نوع V که توسط وستا مشخص می‌شوند و دارای پوسته بازالتی و آتشفشانی هستند.

آیا سیارک‌ها حیات را در زمین شکل داده‌اند؟

برخوردهای سیارک که می‌تواند به معنای مرگ انسان‌ها باشد، ممکن است روزی منجر به حیات در زمین شده باشد. زمانی که کره زمین شکل گرفت، خشک و بی‌ثمر بود. برخورد سیارک‌ها و دنباله‌دارها ممکن است مولکول‌های یخ آب و دیگر مولکول‌های مبتنی بر کربن را به سیاره منتقل کرده باشند که به حیات اجازه شکل‌گیری و تکامل داده است. در همان زمان، برخوردهای مکرر زندگی را از ادامه حیات بازداشت تا زمانی که منظومه شمسی آرام گرفت. برخوردهای بعدی تعیین کردند که کدام گونه تکامل یابد و یا کدام گونه از بین برود.

برخورد سنگ‌های فضایی با زمین

از زمان تشکیل زمین در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، برخورد سیارک‌ها به آن متداول بوده است. اما به گفته ناسا، برخوردهای خطرناک بسیار نادر بوده است. سیارکی که بتواند حیات در زمین را تحت تاثیر قرار دهد، باید بیش از یک چهارم مایل عرض داشته باشد. محققان تخمین زده‌اند که چنین ضربه‌ای می‌تواند گرد و غبار کافی را در جو ایجاد کند تا به صورت موثر فصل زمستان سراسر زمین را دربر بگیرد و کشاورزی به صورت کامل مختل شود.

مقامات ناسا می‌گویند سیارک‌هایی که بزرگ هستند، به طور متوسط هر هزار قرن یکبار به زمین برخورد می‌کنند و سبب نابودی حیات می‌شوند. سیارک‌های کوچکتر هر هزار تا ده هزار سال یکبار زمین را هدف می‌گیرند و می‌توانند باعث نابودی یک شهر یا سونامی ویرانگر شوند. به باور ناسا، سنگ‌های فضایی کوچکتر از ۲۵ متر به احتمال زیاد با ورود به جو زمین می‌سوزند.

در ۱۵ فوریه ۲۰۱۳ یک سیارک بر فراز یکی از شهرهای کوچک روسیه فرود آمد و موج شوک عظیم آن باعث زخمی شدن ۱۲۰۰ نفر شد. تصور می‌شود این سنگ فضایی زمانی که وارد جو زمین شد حدود ۲۰ متر عرض داشت.

محافظت از زمین در برابر سیارک‌ها

ده‌ها سیارک تاکنون توسط دانشمندان به عنوان سیارک‌های بالقوه خطرناک شناخته شده‌اند. برخی از این‌ها، مدارهایشان به اندازه کافی به زمین نزدیک است و ممکن است در آینده در برخورد با سیاره زمین برای ما خطراتی ایجاد کنند. این نکته را هم باید درنظر گرفت که تعداد زیادی سیارک وجود دارد که اخرشناسان هنوز موفق به شناسایی آن‌ها نشده‌اند. این سیارک‌ها که برخی از آن‌ها تنها وقتی به زمین نزدیک می‌شوند قابل شناسایی هستند، خطر بالقوه‌ای برای زمین به شمار می‌روند.

یکی از بهترین راه‌ها در رصد سیارک‌ها استفاده از رادار است. در سپتامبر ۲۰۱۷، سیارک «۳۱۲۲ فلورانس» از ۷ میلیون کیلومتری زمین - ۱۸ برابر فاصله زمین تا ماه - عبور کرد. ناسا اندازه آن را ۴.۵ کیلومتر و دوره چرخش آن را ۲.۴ ساعت تخمین زد. رادارها همچنین قادر هستند اطلاعات جدیدی مانند شکل سیارک، وجود دهانه بزرگ در آن و قمرهایش را در اختیار دانشمندان قرار دهند.

در صورتی که یک سیارک برای زمین تهدید تلقی شود، ناسا سناریوهای مختلفی برای خنثی کردن خطر آن دارد. این آژانس حداقل دو فناوری دارد که به کمک آن‌ها این کار را انجام می‌دهد: ضربه‌گیر جنبشی: فضاپیمایی که به سیارک برخورد می‌کند تا مدارش را تغییر دهد و تراکتور گرانشی: فضاپیمایی که برای مدت طولانی در نزدیکی یک سیارک باقی می‌ماند و از گرانش خود برای تغییر تدریجی مسیر سیارک استفاده می‌کند.