هر آنچه که باید درباره «شهاب سنگ‌ها» بدانید

هر جرم کوچک طبیعی که از فضای بین‌سیاره‌ای که بتواند از شرایط سخت اتمسفر زمین عبور کند و به سطح زمین برسد، شهاب سنگ (Meteorite) نامیده می‌شود. البته امروزه این اصطلاح برای اجرام مشابهی نیز به کار برده می‌شود که روی سطح کره‌های بزرگ دیگر سقوط می‌کنند. در ماموریت‌های آپولو، نمونه‌هایی که فضانوردان به زمین آوردند، شامل شهاب سنگ می‌شد و ماموریت فرصت (Opportunity) نیز حداقل یک شهاب سنگ روی سطح مریخ پیدا کرده است.

شهاب سنگ‌ها آخرین مرحله از سنگ‌های فضایی هستند که در راه سقوط به زمین نجات می‌یابند. این اجرام قبل از اینکه تبدیل به شهاب سنگ شوند، شهاب بودند و حتی قبل از آن شهاب واره بودند. شهاب واره‌ها (Meteoroid) دسته‌ای از سنگ و یا فلزات بسیار کوچکی هستند که به دور خورشید در حال گردش‌اند.

شهاب واره‌ها با برخورد به جو زمین می‌سوزند و با گاز درخشانی که برای لحظاتی آن‌ها را محاصره می‌کند، می‌درخشند که این درخشش به شهاب (Meteor) شناخته می‌شود. وقتی این شهاب‌ها در اتمسفر زمین می‌سوزند و به قطعات کوچک‌تری تبدیل می‌شوند، تعداد زیادی از آن‌ها به زمین برخورد می‌کند و «شهاب سنگ‌ها» را به وجود می‌آورد.

اگر این اجرام بسیار کوچک و در حد غبار باشند، به ریز شهاب سنگ (Micrometeorite) شناخته می‌شوند و 99 درصد زباله‌هایی فضایی را که روی زمین سقوط می‌کند، تشکیل می‌دهد. به علاوه، این اجرام روزانه 50 تن از اجرامی را که از فضا روی زمین سقوط می‌کند، شامل می‌شود.

البته باید گفت که برخی از شهاب سنگ‌ها به اندازه یک تخته سنگ هستند. تا امروز بزرگترین شهاب سنگی که کشف شده است، شهاب سنگ هوبا (Hoba) نام دارد که 54 هزار کیلوگرم وزن دارد و در سال 1920 میلادی/1298 خورشیدی در نامیبیا کشف شد. شهاب سنگ هوبا به قدری بزرگ و سنگین است که از زمان کشفش هنوز کسی آن را جابه‌جا نکرده است.

بیشتر شهاب سنگ‌ها شبیه به سنگ‌های روی زمین هستند، با این تفاوت که لایه بیرونی آن‌ها تیره‌تر است. با ورود شهاب سنگ‌ها به زمین لایه بیرونی آن‌ها بر اثر اصطکاک با جو زمین می‌سوزد و لایه بیرونی آن‌ها رنگ سوخته و تیره‌ای به خود می‌گیرد.

این فرایند که به فرسایش حرارتی (thermal ablation) شناخته می‌شود، سطح شهاب سنگ را سخت و صیقلی و با توجه به ترکیبات شیمیایی آن، بافت خاصی روی سطح شهاب سنگ ایجاد می‌کند. همانطور که گفتیم، شهاب سنگ‌ها روی تمام سیارات و قمرهای بزرگ منظومه‌مان سقوط می‌کنند. برخی از این کره‌ها اتمسفر غلیظی ندارند تا شهاب‌ها را به چند تکه تقسیم کنند و به همین خاطر، شهاب سنگی برخوردی آن‌ها تکه سنگ بزرگی می‌شود.

این شهاب سنگ‌های بزرگ دهانه‌های برخوردی (impact craters) بزرگ، عمیق و دایره‌ای شکلی روی سطح کره ایجاد می‌کنند که به وضوح روی سطح ماه، عطارد، و مریخ می‌توان مشاهده کرد. در سال 2005 میلادی/1384 خورشیدی، مریخ‌نورد آپورچونیتی اولین شهاب سنگ را روی کره‌ای دیگر در منظومه شمسی پیدا کرد. 9 سال پس از آن، مریخ‌نورد کنجکاوی (Curiosity) شهاب سنگی روی این سیاره به قطر دو متر پیدا کرد که بزرگترین شهاب سنگ یافته‌شده روی مریخ نام گرفت.

چگونه می‌فهمیم شهاب سنگ‌ها از کجا آمده‌اند؟

بیشتر شهاب سنگ‌هایی که روی زمین پیدا می‌شوند، از سیارک‌های متلاشی شده روی زمین سقوط می‌کنند؛ البته که برخی از آن‌ها از ماه و مریخ نیز به زمین راه پیدا می‌کنند که در ادامه آن‌ها را بیشتر بررسی می‌کنیم. البته منجمان احتمال می‌دهند که شهاب سنگ‌هایی از عطارد و زهره نیز به زمین می‌رسند، اما تا امروز شواهدی از آن‌ها پیدا نشده است.

پژوهشگران با چند روش می‌توانند منشا شهاب سنگ‌ها را پیدا کنند. آن‌ها می‌توانند از تصاویر ثبت شده از سقوط شهاب سنگ‌ها استفاده کنند و مدار و مسیر آن‌ها را محاسبه کنند. در کنار آن، می‌توانند ترکیبات شیمیایی شهاب سنگ‌ها را با سیارک‌های مختلف مقایسه کنند. آن‌ها حتی می‌توانند عمر این سنگ‌ها را پیدا کنند که تا امروز قدیمی‌ترین آن‌ها 4.6 میلیارد سال عمر دارد.

داخل شهاب سنگ‌های مریخی حباب‌هایی از هوای این سیاره به دام افتاده است که با مقایسه ترکیبات این حباب‌ها با اتمسفر مریخ می‌توان به هویت آن‌ها پی برد. به همین ترتیب، شهاب سنگ‌های ماه باید شبیه به نمونه‌هایی باشند که فضانوردان آپولو به زمین آورده‌اند و با مقایسه ترکیبت شیمیایی آن‌ها، پژوهشگران می‌توانند شهاب سنگ‌های ماه را تشخیص دهند.

به علاوه، از داده‌های ماموریت داون (Dawn mission) ناسا می‌دانیم که نوع دیگری از شهاب سنگ‌ها به نام هواردیت-اوکریت-دیوژیت یا به اختصار هد (HED - howardite-eucrite-diogenite) وجود دارد که از سیارک وستا (Vesta) در کمربند سیارکی به زمین رسیده است.

انواع شهاب سنگ

شهاب سنگ‌ها به طور کلی به سه دسته سنگی (stony)، آهنی (irony) و سنگی-آهنی (stony-irony) تقسیم شده‌اند که نسبت سیلیکات به آلیاژ نیکل-آهن درون آن‌ها را نشان می‌دهد. شهاب سنگ‌های سنگی 94 درصد از تمام شهاب سنگ‌های روی زمین، شهاب سنگ‌های آهنی تقریبا 5 درصد و شهاب سنگ‌های سنگی-آهنی تقریبا یک درصد آن‌ها را تشکیل می‌دهد.

هر دسته از شهاب سنگ‌ها با توجه به ترکیبات شیمیایی و ساختار آن‌ها به چندین زیردسته مختلف تقسیم می‌شود. به علاوه، این زیردسته‌ها ممکن است حتی منشأ یکسانی داشته باشند. برای مثال، اگر سیارکی به خورشید نزدیک و ذوب می‌شود، ترکیبات سنگین‌تر فلزی آن در هسته سیارک ته‌نشین می‌شود و مواد سنگی آن پوسته‌ای در اطرافش شکل می‌دهد؛ درست مثل اتفاقی که برای زمین افتاد. این فرایند جداسازی به تفکیک ژئوشیمیایی (geochemical differentiation) شناخته می‌شود.

زمانی که این سیارک مذاب با برخوردهایی متلاشی می‌شود، تکه‌های هسته، پوسته و هسته-پوسته آن می‌تواند نمایشی از سه گروه اصلی شهاب سنگ‌ها باشد. بنابراین، پژوهشگران وظیفه دارند تا نوع شهاب سنگ‌ها و ارتباطشان را مشخص کنند و فرایند شکل‌گیری آن‌ها را تشخیص دهند که چنین تنوعی در بین شهاب سنگ‌ها ایجاد کرده است.

شهاب سنگ‌های سنگی به دو دسته اصلی کندریت‌ها (chondrites) و آکندریت‌ها (achondrites) تقسیم می‌شوند. کندریت‌ها نیز در دو گروه معمولی (ordinary) و کربن‌دار (carbonaceous) دسته‌بندی می‌شوند.

کندریت‌های معمولی رایج‌ترین نوع شهاب سنگ‌های سنگی هستند که 86 درصد تمام شهاب سنگ‌های روی زمین را تشکیل می‌دهند. کندریت‌ها به دلیل وجود قطرات سخت گدازه در آن‌ها که کندرول (chondrules) نامیده می‌شوند، چنین نامی گرفته‌اند. کندریت‌ها با ذرات کوچک غبار از سیارکهایی که 4.5 میلیارد سال پیش شکل گرفته‌اند، ساخته شده‌اند.

از آنجایی که کندریت‌ها همزمان با شکل‌گیری منظومه شمسی، تشکیل شدند، بررسی آن‌ها راهی است تا بتوان تکامل منظومه شمسی را مطالعه کرد. کندریت‌های معمولی نیز بر اساس مقدار آهن درون آن‌ها تقسیم می‌شوند: کندریت اچ (H chondrite)، کندریت ال (L chondrite) و کندریت ال‌ال (LL chondrite). کندریت اچ مقدار بالایی آهن درون خود دارد و کندریت ال مقدار کمی آهن و کندریت ال‌ال به طور کلی میزان کمی فلز داخل آن وجود دارد.

کندریت‌های کربن‌دار (Carbonaceous chondrites) بسیار نادرتر از کندریت‌های معمولی هستند و احتمالا در ابتدای شکل‌گیری منظومه شمسی بسیار دورتر از خورشید به وجود آمده باشند. همانطور که از نامشان پیداست، کندریت‌های کربن‌دار مولکول‌های کربنی زیادی مثل آمینو‌اسیدها، که مولکولی زیستی است، در خود دارند. به علاوه، این شهاب سنگ‌ها شامل مولکول‌های دیگری مثل آب و مواد شکل‌گرفته با آب نیز می‌شوند.

درست مثل کندریت‌های معمولی، کندریت‌های کربن‌دار نیز با ترکیبات شیمیایی آن‌ها دسته‌بندی می‌شوند، با این تفاوت که به علاوه حرف C برای کربن آن‌ها، با اولین حرف اولین شهاب سنگ یافت‌شده از نوع خود نامگذاری می‌شوند.

کندریت‌های CI بعد از شهاب سنگ ایوونا (Ivuna) که در سال 1938 میلادی/1317 خورشیدی در تانزانیا برخورد کرد نامیده شده است. این کندریت‌ها مملو از کربن و خاک رس است.

البته کندریت‌های کربن‌دار با حرف اول مکان اکتشاف آن‌ها نیز نامگذاری می‌شوند. کندریت‌های CV پس از شهاب سنگی نامیده شده‌اند که در سال 1910 میلادی/1299 خورشیدی در نزدیکی شهر ویگارانو، ایتالیا به زمین برخورد کرد. منجمان احتمال می‌دهند که این دسته، قدیمی‌ترین شهاب سنگ‌هایی هستند که شکل گرفته‌اند و حتی عمرشان از منظومه شمسی نیز بیشتر است. آن‌ها احتمال می‌دهند که این سنگ‌ها با انفجاری ابرنواختری در نزدیکی منظومه شمسی و قبل از شکل‌گیری آن، ایجاد شده و به سیاره ما راه پیدا کرده‌اند.

بالاخره بعد از گروه‌های مختلف کندریت‌ها، نوبت به آکندریت‌ها می‌رسد. این شهاب سنگ‌ها برخلاف کندریت‌ها قطرات گدازه در ساختار خود ندارند و فقط سه درصد از تمام شهاب سنگ‌های شناخته‌شده را تشکیل می‌دهند و همین آن‌ها را بسیار نادر می‌کند.

آکندریت‌ها در دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. آکندریت‌های ابتدایی (Primitive achondrites) ترکیب معدنی مشابهی به کندریت‌ها دارد، با این تفاوت که همانطور که گفتیم، قطراتی از گدازه در آن‌ها دیده نمی‌شود.

شهاب سنگ‌های ماه (Lunar meteorites) آکندریت‌هایی هستند که از ماه به زمین و شهاب سنگ‌های مریخی (Martian meteorites) از مریخ به زمین رسیده‌اند. فقط 0.2 درصد از شهاب سنگ‌ها از مریخ و ماه به زمین راه پیدا کردند. منجمان احتمال می‌دهند که این شهاب سنگ‌ها با برخورد شهاب‌ سنگ‌هایی به ماه و مریخ و پرتاب تکه سنگ‌های این کره‌ها به بیرون فضا ایجاد شده و در مسیر زمین قرار گرفته‌اند.

دهانه برخوردی شهاب سنگ‌ها

شهاب سنگ‌ها با نیروی بسیار زیادی از اتمسفر زمین عبور می‌کنند و به سطح آن می‌رسند. هر چه این شهاب سنگ‌ها بزرگتر باشند، دهانه بزرگتری نیز از خود باقی می‌گذارند. دهانه شهاب سنگ بارینگر (Barringer Meteorite Crater) در ایالت آریزونای آمریکا، حفظ‌شده‌ترین و یکی از معروف‌ترین دهانه برخوردی است که روی زمین وجود دارد.

حدود 50 هزار سال پیش، شهاب سنگی به وزن 300 هزار تن با نیرویی برابر با 2.5 میلیون تن تی‌ان‌تی به زمین برخورد کرد. از این برخورد دهانه‌ای به قطر یک کیلومتر و عمق 230 متر به جا مانده است. تکه‌هایی که از این برخورد باقی مانده، نشان می‌دهد که این یک شهاب سنگ آهنی بوده است.

بیش از صد دهانه برخوردی روی زمین شناسایی شده است که احتمالا معروف‌ترین آن‌ها دهانه چیکسولاب (Chicxulub Crater) در مکزیک است. با اینکه تقریبا نیمی از این دهانه در زیر آب‌های خلیج مکزیک پنهان است، می‌توان به راحتی آن را دید.

دهانه چیکسولاب که 10 کیلومتر قطر دارد، یکی از بزرگترین دهانه‌های برخوردی روی زمین است و به علاوه، پژوهشگران احتمال می‌دهند که این شهاب سنگ در 65 میلیون سال پیش یکی از دلایل انقراض دایناسورها باشد.

بیشترین شهاب سنگ‌ها در کجا سقوط می‌کنند؟

پژوهش‌ها نشان می‌دهند که تقریباً ۱۷٬۰۰۰ شهاب سنگ در هر سال به سطح زمین برخورد می‌کنند. اما این عدد از کجا به‌دست می‌آید؟

تخمین‌های فعلی از موادی که به سطح زمین می‌افتند براساس شبکه‌های نظارتی شهاب سنگ روی سطح زمین هستند. اما این شبکه‌ها بسیار محدودند. دانشمندان برای شناسایی دقیق‌تر میزان شهاب سنگ‌ها، در قطب جنوب به‌دنبال آن‌ها می‌گردند. علت این است که این سنگ‌ها در زمین برفی و یخ‌زده قطب جنوب ساده‌تر است.

با دانستن تعداد شهاب سنگ‌هایی که به قطب جنوب برخورد می‌کنند، می‌توان آمار این برخوردها را برای کل زمین محاسبه کرد. اما نباید نتیجه گرفت که شهاب سنگ‌ها در قطب جنوب بیشتر سقوط می‌کنند. درواقع، هرچه به استوا نزدیک‌تر شویم، سقوط شهاب سنگ‌ها بیشتر می‌شود.

بیشترین برخوردهای شهاب سنگ در خود نواحی استوایی رخ می‌دهند. تخیمن‌ها نشان می‌دهد که ریسک برخورد شهاب سنگ‌های بزرگ در استوا ۱۲٪ بیشتر و در قطب‌های زمین ۲۷٪ درصد کمتر از باقی نواحی زمین است.

جمع‌بندی؛ چرا شهاب سنگ‌ها مهم هستند؟

در این مقاله با شهاب سنگ، شهاب واره و شهاب آشنا شدیم. دیدیم که چگونه می‌توان فهمید شهاب سنگ‌ها از کجا آمده‌اند و چقدر سن دارند. در ادامه درباره طبقه‌بندی شهاب سنگ‌ها براساس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن‌ها مطالعه کردیم و سپس به دهانه‌های برخورد آن‌ها پرداختیم. درنهایت دیدیم که بیشتری شهاب سنگ‌ها در کجا سقوط می‌کنند: در مدار استوا.

شهاب سنگ‌هایی که به زمین برخورد می‌کنند، برخی از مواد اصلی شکل‌گیری سیاره‌ها در میلیاردها سال پیش را به ما نشان می‌دهند. با مطالعه این سنگ‌ها می‌توان شرایط اولیه و فرایندهای شکل‌گیری منظومه شمسی را در تاریخ آن بررسی کرد.

چنین اطلاعاتی شامل سن، ترکیب شیمیایی سیاره‌های مختلف، دمای سطح و داخل سیارک مربوطه و درجه شوک وارد‌شده به مواد با برخورد سنگ‌ها به یکدیگر می‌شود.

سوالات متداول درباره شهاب سنگ‌ها