خزانات النيازك في الفضاء وقياس مدارات النيزك

كيف يتم قياس مدارات النيزك؟

على الرغم من أن المصادر المحتملة لمعظم النيازك التي تدخل الغلاف الجوي للأرض معروفة، فإن الطريقة الأكثر مباشرة لتحديد عدد وأنواع النيازك القادمة من كل من هذه المصادر هي قياس مداراتها، عندما يقوم راصدان أو أكثر في مواقع منفصلة جيداً بتوثيق نفس النيزك في السماء وتحديد إحداثياته، فإن الاتجاه الذي كان النيزك يتحرك في الفضاء قبل أن يواجه الأرض (أي إشعاعها) يمكن تقديره جيداً بشكل معقول عن طريق التثليث، ولتحديد مدار النيزك يتطلب أيضاً التأكد من سرعته.

وتم استيفاء هذا المطلب الأخير في الأربعينيات من القرن الماضي بإدخال كاميرات فلكية واسعة المجال مصممة خصيصاً لدراسة الشهب، حيث تم تجهيز كل كاميرا بمصراع دوار يقطع الضوء عن لوحة التصوير بمعدل معروف، سمحت الفواصل الناتجة في خط النيزك المصور بحساب سرعة النيزك على طول مساره.

كما تم قياس موضع مسار النيزك بالنسبة للنجوم المصورة على نفس اللوحة بدقة، ويمكن بعد ذلك دمج المعلومات المستمدة من مثل هذه الملاحظات التي يتم إجراؤها في محطتين أو أكثر لحساب مدار النيزك بدقة قبل أن يواجه الأرض، في نفس الوقت تقريباً، تم أيضاً تطبيق أدوات رادار خاصة لدراسة النيازك بشكل عام أكثر خفوتاً من تلك التي لوحظت فوتوغرافياً.

حدث تطور مهم للغاية في علم النيازك بعد حوالي عقدين من الزمن، كان هذا إنشاء شبكات واسعة النطاق لتصوير الشهب الساطعة جداً أو الكرات النارية، تم تصميم هذه الشبكات لتوفير تغطية السماء بالكامل للنيازك التي تزيد مساحتها عن مليون كيلو متر مربع من سطح الأرض.

شبكات قياس مدارات النيزك:

قد تم تطوير ثلاث شبكات من هذا القبيل، وهي شبكة (Prairie) في وسط الولايات المتحدة وشبكة (MORP مشروع رصد النيازك والإنعاش) في مقاطعات البراري في كندا والشبكة الأوروبية مع المحطات في ألمانيا وتشيكوسلوفاكيا، كانت المجموعة الأكثر اكتمالا من البيانات المنشورة هي تلك الخاصة بشبكة (Prairie) التي كان يديرها مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (تم دمجه لاحقاً في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية) من عام 1964 إلى عام 1974.

بصرف النظر عن قياس مدارات النيازك كان أحد أهداف شبكات الكرة النارية هو تحديد مناطق التأثير المحتملة، بناءً على مسارات النيازك المرصودة واستعادة أي نيازك باقية للدراسات المختبرية، وسيمكن هذا من مقارنة استنتاجات النظرية المتعلقة بالكثافة والقوة الميكانيكية للنيازك مع الحقيقة الأرضية المقدمة من دراسة نفس النيازك في المختبر.

كما جمعت الشبكات البيانات التي أصبحت أساساً لنظرة جديدة لعلوم النيازك ومصادر النيازك، لكن هدف استعادة النيازك كان نجاحاً محدوداً فقط، تم انتشال ثلاثة نيازك فقط واحدة من كل شبكة، وكانت النيازك الثلاثة عبارة عن أحجار كوندريت عادية وهي أكثر أنواع النيازك الحجرية وفرة.

على الرغم من سجل التعافي الضئيل هذا فإن دراسة النيازك المستعادة لم تؤكد فقط أنها جاءت من حزام الكويكبات، بل أدت أيضاً إلى فهم أفضل لما يحدث للنيازك عندما تدخل وتنتقل عبر الغلاف الجوي، أتاح ذلك تقديرات أفضل للخصائص الفيزيائية للنيازك، مما سمح للباحثين بالتمييز بين النيازك الناتجة عن الأجسام الكثيفة الشبيهة بالنيازك والناتجة عن الأجسام الأقل أهمية والتي على سبيل المثال قد تأتي من المذنبات.

خزانات النيازك في الفضاء:

يتواجد معظم كتلة النظام الشمسي في أجسامه الأكبر (الشمس والكواكب)، تتحرك الكواكب حول الشمس في مدارات مستقرة ومنفصلة جيداً، يكاد يكون من المؤكد أن هذه المدارات قد خضعت لتغييرات طفيفة فقط منذ تكوين النظام الشمسي قبل حوالي 4.567 مليار سنة، بالإضافة إلى ذلك فإن الكواكب كبيرة، بما يكفي للاحتفاظ على أسطحها تقريباً بجميع الحطام المستخرج من الحفر الناتجة عن اصطدام الأجسام.

من ناحية أخرى يوجد جزء أصغر من كتلة النظام الشمسي في كائنات صغيرة الحجم أو في مدارات غريبة الأطوار (ممدودة)، لدرجة أن بقاءها المادي أو استقرارها المداري كان في خطر طوال تاريخ النظام الشمسي، وتم العثور على معظم هذه الأجسام الآن في أي من منطقتين من النظام الشمسي (حزام الكويكبات) بين مداري المريخ والمشتري وحزام كويبر وسحابة أورت، والتي تمتد معاً من مدار نبتون إلى مسافات عادةً أكثر أكثر من 1000 مرة.

وكانت الأجسام الصغيرة قد توزعت في جميع أنحاء النظام الشمسي المبكر، لكن معظمها اكتسحتها الكواكب بسرعة خلال فترة انتهت قبل حوالي أربعة مليارات سنة، إن تدفق المواد من الفضاء الذي يسقط الآن على الأرض (في حدود عشرات الآلاف من الأطنان سنوياً) والكواكب الأخرى يتضاءل مقارنة بهذا القصف المكثف المبكر،

ومنذ ذلك الوقت أصبحت التأثيرات الكبيرة نادرة نسبياً ومع ذلك عند حدوثها يمكن أن تكون النتائج مثيرة كما في حالة تأثير المذنب (شوميكر ليفي 9) مع المشتري في عام 1994 أو تأثير كويكب أو مذنب يُعتقد أنه مسؤول عن انقراض الديناصورات، وغيرها من الأنواع في نهاية العصر الطباشيري قبل 65 مليون سنة.

لكي يصطدم جسم بالأرض يجب أن يكون في مدار يعبر الأرض، وفي حالة الكويكبات الصخرية وشظاياها يمكن لعدد محدود من العمليات وضع هذه الأجسام في مدارات عبور الأرض، يمكن أن تحقن الاصطدامات المواد مباشرة في مثل هذه المدارات، ولكن العملية الأكثر كفاءة تنطوي على رنين الجاذبية بين مادة الكويكب والكواكب وخاصة كوكب المشتري.

يمكن أيضاً نقل جزيئات الغبار إلى مدار معبر الأرض من حزام الكويكبات من خلال التفاعلات مع الإشعاع الشمسي، وفي النظام الشمسي الخارجي إن الأجسام الجليدية في حزام كويبر وسحابة أورت والتي يُعتقد أنها المصدر للمذنبات، تتشوش في مدارات تصبح في النهاية عبوراً للأرض من خلال تفاعلات الجاذبية مع نبتون أو حتى مع النجوم المارة والسحب بين النجوم.

وعندما يسافر مثل هذا الجسم المتجمد داخل مدار المشتري ويقترب من الشمس فإنه يطلق غازاً ويطلق جزيئات صغيرة، وعادة ما يتخذ المظهر المميز للمذنب، تظل بعض هذه الجسيمات بالقرب من مدار المذنب وقد تصطدم بالأرض إذا كان المدار عابراً للأرض.

لذلك يمكن اعتبار حزام الكويكبات والنظام الشمسي الخارجي على أنهما خزانات طويلة العمر، على الرغم من تسربها إلى حد ما من المواد النيزكية، وهي طويلة العمر بما يكفي للاحتفاظ بكمية كبيرة من مواد النظام الشمسي البدائي لمدة 4.567 مليار سنة، ولكنها تتسرب بدرجة كافية للسماح للهروب من الكمية المرصودة من المواد العابرة للأرض.

وتمثل هذه الكمية من المواد التي تعبر الأرض توازناً تقريبياً للحالة المستقرة بين المدخلات من مناطق التخزين والخسارة عن طريق الطرد من النظام الشمسي، أو عن طريق الاصطدام بالأرض والقمر والكواكب الأخرى وأقمارها الصناعية أو عن طريق التأثيرات بين النيازك.