چگونگی انفجار شهاب ها در جو زمین

سیاره زمین جای عجیبی برای شهاب سنگ ها نیست. در حقیقت بارش‌ های شهابی پدیده‌ای معمول به شمار می‌روند. پدیده‌ای که در آن جرم‌های کوچک (سنگ‌های آسمانی) وارد اتمسفر زمین می‌شوند و آسمان شب را نور باران می‌کنند. در این مطلب به توضیح چگونگی انفجار شهاب ها در جو زمین پرداخته‌ شده است.

به سنگ‌‌ها و اجرام در فضا که با اتمسفر زمین برخورد می‌کنند، سنگ آسمانی (Mereoroid) اطلاق می‌شود. اگر یک سنگ آسمانی به اتمسفر زمین برخورد کند و در آن بسوزد، شهاب (Meteor) نام می‌گیرد. حال اگر این سنگ آسمانی که به اتمسفر زمین برخورد کرده، آنقدر بزرگ باشد که بتواند از جو عبور و به زمین برخورد کند، یک شهاب سنگ‌ (Meteorid) را به وجود می آورد.

از آنجایی که بسیاری از این سنگ‌های آسمانی در اندازه‌ای کوچک‌تر از دانه‌های شن هستند؛ هرگز به سطح زمین نمی‌رسند و به سادگی در اتمسفر زمین می‌سوزند، اما هر از گاهی ممکن است یک شهاب با اندازه مناسب از اتمسفر زمین نیز عبور کند و در بالای سطح منفجر شوند که می‌تواند صدمات قابل توجه‌ای را در برداشته باشد.

بهترین مثال این پدیده در فوریه ۲۰۱۳ و در آسمان شهر چلیابینسک (Chelyabinsk) روسیه اتفاق افتاد. این پدیده نشان داد که تا چه حد شهاب‌سنگ ها می‌توانند مخرب باشند و بر اهمیت آمادگی در برابر آنها تاکید کرد.

خوشبختانه، یک مطالعه جدید از سوی دانشگاه پردیو (Purdue University) نشان می‌دهد که اتمسفر زمین حقیقتا بهتر از آن‌چیزی که ما تصور می‌کردیم در برابر سنگ‌های آسمانی از زمین محافظت می‌کند. این مطالعه که از سوی دفتر دفاع سیاره‌ای ناسا (Office of Planetary Defense) پشتیبانی می‌شود، اخیرا با عنوان “نفوذ هوا عامل افزاینده تکه‌تکه شدن سنگ‌های فضایی” (لینک مقاله) در ژورنال علمی Meteoritics and Planetary Science به چاپ رسیده است.

تیم مطالعاتی این تحقیق شامل جی ملوش (Jay Melosh) ، پروفسور دپارتمان زمین وعلوم سیاره‌ای اتمسفری دانشگاه پردیو، و یکی از دانشجویان پست‌داک او به نام مارشال تابتا‌ (Marshall Tabetah) است.

در گذشته محققان به این موضوع پی بردند که سنگ‌های فضایی قبل از رسیدن به سطح زمین منفجر می‌شوند. با این وجود آنها در توضیح چگونگی این رخداد ناکام مانده بودند. پروفسور ملوش برخورد شهاب‌سنگ در شهر چلیابینسک را با هدف تعیین دقیق چگونگی انفجار شهاب‌ها در برخورد با اتمسفر زمین به عنوان موضوع مطالعاتی خود برگزیدند. انفجاری که در زمان خود موضوع عجیبی به شمار می‌رفت و نیز خسارت‌های گسترده‌ای را موجب شد.

زمانی که این سنگ‌ آسمانی به اتمسفر زمین وارد شد، تشکیل یک گوی آتشین درخشان را داد و دقایقی بعد دچار انفجار شد. مقدار انرژی آزاد شده در نتیجه این انفجار با یک سلاح هسته‌ای کوچک برابری می‌کرد.

در نتیجه موج ایجاد شده از این انفجار، شیشه‌ پنجره‌ها از هم فروپاشید، حدود ۱۵۰۰ نفر دچار جراحت شدند و میلیون‌ها دلار نیز خسارت به بار آمد. قطعات بسیاری از این شهاب‌سنگ بر زمین فرود آمد و شناسایی شد. بخشی از این قطعات در طراحی مدال های بازی‌های زمستانی سوچی ۲۰۱۴ مورد استفاده قرار گرفت.

اما چیزی که در این میان حیرت‌برانگیز بود، مقدار بقایای به جا مانده از شهاب سنگ‌ بود که بعد از انفجار شناسایی شد و تفاوت چشمگیری با جرم اولیه سنگ‌‌آسمانی داشت. در توضیح باید گفت در حالی که شهاب سنگ به خودی خود وزنی در حدود ۹ هزار تن متریک (معادل ۹۹۲۰ تن) داشت، بقایای به جا مانده و شنسایی شده از آن تنها ۱۸۰۰ تن متریک (معادل ۱۹۸۴ تن) جرم داشتند.

این موضوع از وقوع اتفاقی در اتسمفر بالایی زمین حکایت می‌کند که منجر به نابودی بخش عمده‌ای از جرم شهاب سنگ شده است. در جستجوی حل این مسئله، پروفسور ملوش شروع به بررسی این موضوع کرد که چگونه هوا، در فشار زیاد بخش بالایی اتمسفر که بخش جلویی شهاب‌سنگ با آن در تماس است، می‌تواند به درون حفرات و شکاف‌ها نفوذ کرده و با وارد آوردن فشار از درون به شهاب سنگ‌، منجر به فروپاشی و در نهایت انفجار آن شود. در همین زمینه پروفسور ملوش در کنفرانس خبری دانشگاه پردیو گفت:

اختلاف بسیار زیادی میان فشار در بخش جلویی شهاب سنگ و خلا موجود در پشت آن وجود دارد. اگر هوا بتواند به درون سنگ نفوذ کند، به سادگی قطعات آن را از بین خواهد برد.

در راستای افشای این راز که بخش عمده جرم شهاب‌سنگ کجا رفته است، پروفسور ملوش مدلی را برای توضیح فرآیند ورود شهاب‌سنگ‌ چلیابینسک طراحی کرد. در این مدلسازی جرم اولیه و چگونگی شکسته شدن آن پس از ورود نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

در ادامه او و تیم تحقیقاتی‌اش کد کامپیوتری منحصر به فردی را توسعه دادند که امکان حضور مواد جامد ساختار سنگ فضایی و همچنین هوا را در هر قسمتی از محاسبات مهیا می‌کند. پروفسور ملوش در همین رابطه می‌افزاید:

برای مدت‌ها به دنبال چنین ساز و کاری می‌گشته‌ام. بیشتر کدهای کامپیوتری که ما برای شبیه‌سازی ضربه‌ها استفاده می‌کنیم، امکان حضور چندین ماده را در یک سلول فراهم می‌کنند، اما در نهایت همه را به صورت میانگین ارائه می‌کنند. مواد مختلف در یک سلول از هویتی و ویژگی‌هایی اختصاصی برخوردار هستند. بنابراین چنین محاسباتی برای کار ما مناسب نبود.

این کد جدید امکان شبیه‌سازی کامل تغییرات انرژی و تکانه میان ورود سنگ آسمانی به اتمسفر و برهمکنش‌ هوای موجود در جو را مهیا می‌کند.

در طول شبیه‌سازی، هوایی که با سنگ‌ آسمانی برخورد می‌کند، امکان نفوذ به درون آن را دارد. این موضوع استحکام جرم را به مقدار قابل توجه‌ای کاهش می‌دهد. به طور کلی قادر است به بخش‌های درونی سنگ نفوذ کرده و آن را از درون متلاشی کند.

این تحقیق نه تنها معمای جرم از دست رفته شهاب سنگ چلیابینسک روسیه را حل می‌کند، بلکه با اثرات ناشی از انفجار هوا که در سال ۲۰۱۳ مشاهده شد نیز همخوانی دارد. همچنین باید اشاره کرد که نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد که بهترین سپر دفاعی سیاره زمین در برابر سنگ‌های کوچک آسمانی، اتمسفر آن است.

وجود اقدامات هشداردهنده پیش از وقوع این پدیده که فقدان آن در حادثه برخورد شهاب سنگ در چلیابینسک روسیه احساس می‌شد، در آینده می‌تواند از بروز صدمات انسانی بکاهد.

تانی کال

برگرفته از ScienceAlert

تکراتو