ناسا یک معمای عجیب را که در داخل تخته سنگ های سیارک بننو پنهان شده است حل می کند

ماموریت OSIRIS-REx ناسا زمانی که در سال 2018 به سیارک بننو رسید، با یک معمای غیرمنتظره مواجه شد. به جای زمین نسبتا همواری که مشاهدات قبلی نشان داده بود، فضاپیما یک چشم انداز ناهموار پیدا کرد که توسط تخته سنگ های عظیم تحت سلطه بود، با مناطق بسیار کمی مناسب برای جمع آوری نمونه.

اندرو رایان، دانشمند آزمایشگاه ماه و سیاره دانشگاه آریزونا که رهبری گروه کاری ماموریت مسئول تجزیه و تحلیل خواص فیزیکی و حرارتی نمونه‌های آن را بر عهده داشت، گفت: «وقتی OSIRIS-REx در سال 2018 به Bennu رسید، ما از آنچه دیدیم شگفت‌زده شدیم. ما انتظار داشتیم چند تخته سنگ وجود داشته باشد، اما حداقل برخی مناطق بزرگ با سنگ سنگی صاف و ظریف‌تر را پیش‌بینی می‌کردیم که جمع‌آوری آن‌ها آسان باشد. در عوض، به نظر می‌رسید که همه سنگ‌ها بودند، و ما برای مدتی سرمان را می‌خارانیم.»

این کشف به خصوص به دلیل آنچه که ستاره شناسان قبلا در مورد توانایی بننو در حفظ گرما یاد گرفته بودند، گیج کننده بود. اندازه گیری های تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا در سال 2007 نشان داد که سطح سیارک با چرخش در نور خورشید و تاریکی به سرعت گرم و سرد می شود.

دانشمندان این ویژگی را به عنوان اینرسی حرارتی کم توصیف می کنند. مواد با اینرسی حرارتی کم، مانند شن و ماسه ساحل، به سرعت در نور خورشید گرما می گیرند و پس از ناپدید شدن خورشید، آن را از دست می دهند. سنگ های بزرگ و جامد رفتار متفاوتی دارند. مانند بتن، معمولا گرما را نگه می دارند و آن را به تدریج آزاد می کنند.

به نظر می رسد که سطح پوشیده از تخته سنگ بننو با اندازه گیری های قبلی تناقض دارد و محققان را با یک سوال گیج کننده مواجه می کند: چگونه یک سیارک پوشیده از سنگ های عظیم می تواند به این سرعت سرد شود؟

ترک های پنهان راز تخته سنگ های بننو را فاش می کنند

مشاهدات جمع آوری شده توسط OSIRIS-REx در حین بررسی بننو سرنخ اولیه ای را ارائه کرد. تخته سنگ‌های این سیارک ممکن است حاوی فضای خالی بسیار بیشتری نسبت به آنچه دانشمندان تصور می‌کردند باشد، به آن‌ها اجازه می‌دهد گرما را سریع‌تر از سنگ‌های جامد معمولی از دست بدهند.

وقتی نمونه‌هایی از Bennu به زمین بازگردانده شد، محققان در نهایت فرصتی یافتند تا مستقیما این احتمال را بررسی کنند.

رایان و همکارانش از چندین تکنیک آزمایشگاهی برای بررسی قطعات صخره کوچک جمع آوری شده از سیارک استفاده کردند. یافته‌های آن‌ها که در Nature Communications منتشر شد، تأیید کرد که سنگ‌ها در واقع بسیار متخلخل هستند. با این حال، تخلخل به تنهایی نمی تواند به طور کامل از دست دادن حرارت سریع و غیرعادی Bennu را توضیح دهد.

محققان یک ویژگی مهم دیگر را کشف کردند. بسیاری از ذرات سنگ حاوی شبکه‌های گسترده‌ای از شکاف‌هایی بودند که از داخل آن‌ها عبور می‌کردند.

برای بررسی چگونگی تأثیر این شکستگی ها بر حرکت گرما، محققان دانشگاه ناگویا در ژاپن نمونه ها را با استفاده از تکنیکی به نام ترموگرافی قفل شده بررسی کردند. این روش از لیزر برای گرم کردن ناحیه کوچکی از نمونه استفاده می‌کند و در عین حال نحوه انتشار گرما را در مواد اطراف اندازه‌گیری می‌کند، دقیقا مانند امواجی که در سطح یک حوضچه گسترش می‌یابند.

رایان گفت: «این زمانی بود که همه چیز واقعا جالب شد. اینرسی حرارتی اندازه‌گیری شده در نمونه‌های آزمایشگاهی بسیار بالاتر از آنچه که ابزار فضاپیما ثبت کرده بود، بازتاب یافته‌های مشابهی است که توسط تیم ماموریت شریک OSIRIS-REx، JAXA (آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن) Hayabusa-2 به دست آمده است.»

تفاوت بین اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی و مشاهدات فضاپیما نشان داد که اندازه و ساختار داخلی سنگ‌های Bennu برای درک رفتار آنها ضروری است.

از آنجایی که نمونه های برگشتی بسیار کوچکتر از تخته سنگ های عظیمی بودند که بننو را پوشانده بودند، دانشمندان به راهی برای تعیین چگونگی حرکت گرما در مواد در مقیاس بسیار بزرگتر نیاز داشتند.

ناسا از اسکن های سه بعدی برای نگاه کردن به درون سنگ های سیارکی استفاده می کند

در مرکز فضایی جانسون ناسا در هیوستون، محققان در حالی که اقدامات احتیاطی ویژه ای برای جلوگیری از آلودگی انجام می دادند، نمونه ها را برای تصویربرداری دقیق با اشعه ایکس آماده کردند.

اعضای تیم در داخل یک جعبه دستکش پر از گاز نیتروژن محافظ، ذرات تک تک سنگ را در ظروف دربسته مهر و موم کردند. سپس ظروف را برای توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس یا اسکن XCT به آزمایشگاه منتقل کردند. پس از تصویربرداری، ذرات بدون قرار گرفتن در معرض محیط زمین به جعبه دستکش بازگردانده شدند.

نیکول لانینگ، سرپرست نمونه OSIRIS-REx در بخش تحقیقات و اکتشاف علوم اخترشناسی در ناسا جانسون و یکی از همکاران این مطالعه گفت: «نمونه به «لباس فضایی» خودش می‌رود، سی‌تی اسکن می‌شود و سپس به محیط بکر خود بازمی‌گردد، بدون اینکه در معرض محیط زمین قرار بگیرد. ما می‌توانیم درست از طریق این ظروف دربسته تصویربرداری کنیم تا شکل و ساختار داخلی سنگی را که در داخل آن قرار دارد، تجسم کنیم.»

اسکن‌ها به دانشمندان دید دقیقی از فضای داخلی نمونه‌ها داد و ساختارهایی را آشکار کرد که نمی‌توان آن‌ها را به سادگی با نگاه کردن به سطوح آن‌ها بررسی کرد.

اسکات اکلی، یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشمند پرتو ایکس جانسون ناسا، گفت: "توموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس به ما اجازه می دهد تا درون یک جسم را به صورت سه بعدی، بدون آسیب رساندن به آن نگاه کنیم."

هر اسکن همچنین یک رکورد دیجیتال سه بعدی دائمی از ویژگی های بیرونی و داخلی ذره ایجاد می کند. این سوابق به یک پایگاه داده در دسترس عموم اضافه شد و به نمونه‌ها اجازه می‌دهد بدون استفاده مکرر با مواد اصلی مطالعه شوند.

سپس تیم رایان داده‌های اسکن اشعه ایکس را در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای که برای ردیابی نحوه حرکت گرما از میان سنگ‌های سیارکی طراحی شده‌اند، وارد کردند. با گسترش محاسبات از ذرات منفرد به تخته سنگ های بسیار بزرگتر یافت شده در Bennu، آنها توانستند اینرسی حرارتی پایین مشاهده شده توسط فضاپیما را بازتولید کنند.

کشفی که می تواند نحوه مطالعه دانشمندان درباره سیارک ها را تغییر دهد

نتایج یک معمای کلیدی در مورد سطح غیرمعمول بننو را حل کرد. دانشمندان قبلا در نظر گرفته بودند که آیا تخته سنگ های این سیارک ممکن است بسیار متخلخل، با ساختار داخلی نرم، کرکی یا حتی اسفنج مانند باشند.

اگرچه سنگ ها حاوی فضای منافذ قابل توجهی هستند، اما محققان دریافتند که شکستگی های داخلی گسترده آنها برای درک چگونگی حفظ و انتشار گرما به همان اندازه مهم است.

رایان گفت: «معلوم شد که آنها نیز واقعا ترک خورده اند و این قطعه گم شده پازل بود.

این کشف پیامدهایی فراتر از بننو دارد. اخترشناسان اغلب برای تخمین خواص فیزیکی سطح خود به اندازه گیری هایی در مورد چگونگی جذب و انتشار گرما توسط یک سیارک تکیه می کنند. تا به حال، تفسیر آن مشاهدات بدون نمونه های واقعی سنگ برای بررسی دشوار بوده است.

ران بالوز، دانشمند آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز در لورل، مریلند، و نویسنده دوم این مطالعه، توضیح داد که یافته‌ها ارتباط ارزشمندی بین اندازه‌گیری‌های انجام شده از راه دور و ساختار داخلی واقعی مواد سیارکی ایجاد می‌کند.

بالوز گفت: «ما در نهایت می‌توانیم درک خود را از مشاهدات تلسکوپ از ویژگی‌های حرارتی یک سیارک از طریق تجزیه و تحلیل این نمونه‌ها از همان سیارک ثابت کنیم.

مواد ارائه شده توسط دانشگاه آریزونا. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

چه چیزی گربه شرودینگر را می کشد؟ دانشمندان به تازگی یک نظریه 60 ساله را رد کردند

بقایای رادیواکتیو چرنوبیل انتظارات دانشمندان را 40 سال بعد نادیده می گیرد

دانشمندان فلزاتی را کشف کردند که در دمای خیره کننده -424 درجه فارنهایت از شکستن خودداری می کنند

اتفاقی غیرمنتظره برای صخره های یخی در حال فروپاشی قطب جنوب رخ می دهد