تتعرض الأرض باستمرار لقصف شظايا الصخور والجليد، المعروفة أيضًا باسم النيازك، من الفضاء الخارجي. معظم النيازك صغيرة مثل حبيبات الرمل والحصى الصغيرة، وتحترق تمامًا في الجو. يمكنك رؤية النيازك التي يزيد حجمها عن كرة الغولف عندما تضيء على شكل شهب أو شهب في ليلة مظلمة صافية.
في حين أن النيازك الصغيرة جدًا شائعة، إلا أن النيازك الأكبر حجمًا – أكبر من غسالة الأطباق – ليست كذلك.
تعتبر النيازك من الأجسام التي يصعب على باحثي الفضاء والجيوفيزياء مثلنا دراستها، لأننا لا نستطيع عادة التنبؤ بموعد ومكان سقوطها على الغلاف الجوي. لكن في حالات نادرة جدًا، يمكننا دراسة الأجسام الاصطناعية التي تدخل الغلاف الجوي بشكل يشبه إلى حد كبير النيزك.
تأتي هذه الأجسام من مهمات فضائية مصممة لنقل عينات مادية من خارج كوكب الأرض من الفضاء الخارجي إلى الأرض. وبسبب هذا التشابه مع النيازك في الدخول، غالبًا ما نشير إلى كبسولات عودة العينات هذه، أو SRCs، باسم “النيازك الاصطناعية”.
وقد عمل مؤخرًا أكثر من 80 باحثًا من أكثر من اثنتي عشرة مؤسسة معًا لدراسة مثل هذا “النيزك الاصطناعي” – كبسولة عودة عينة OSIRIS-REx التابعة لناسا – أثناء عودته إلى الغلاف الجوي للأرض.
وشملت هذه المؤسسات مختبرات سانديا الوطنية، ومختبر الدفع النفاث التابع لناسا، ومختبر لوس ألاموس الوطني، ووكالة الحد من التهديدات الدفاعية، وشركة TDA للأبحاث، وجامعة هاواي، ومختبر أبحاث القوات الجوية، ومؤسسة الأسلحة الذرية بلاكنيست، وجامعة ولاية بويز، وأيداهو. المختبر الوطني، جامعة جونز هوبكنز، جامعة كوتشي للتكنولوجيا، موقع الأمن القومي في نيفادا، جامعة جنوب ميثوديست، جامعة ممفيس وجامعة ولاية أوكلاهوما.
أتاحت هذه العينة المقدمة لفرقنا فرصة فريدة لقياس الموجات الصوتية والظواهر الأخرى التي تنتجها الأجسام من الفضاء أثناء سرعتها عبر الغلاف الجوي للأرض.
لالتقاط الإشارات، قمنا بتركيب العديد من الميكروفونات الحساسة وأدوات أخرى في مواقع رئيسية قريبة من مسار رحلة SRC.
في حين أن وكالات الفضاء والشركات الخاصة تطلق أجسامًا إلى الفضاء طوال الوقت، فإن OSIRIS-REx SRC هو واحد من عدد قليل من الأجسام التي تعود إلى الأرض من الفضاء بين الكواكب منذ نهاية مهمات أبولو. هذه الأجسام فقط هي التي يمكنها تحقيق سرعة النيازك الطبيعية، مما يجعل إعادة دخولها ذات قيمة لدراسة خصائص الأجسام الطبيعية.
أخذ عينات من الكويكب
أطلقت ناسا مهمة الأصول والتفسير الطيفي وتحديد الموارد والأمن ومستكشف الثرى أو OSIRIS-REx في 8 سبتمبر 2016. وسافرت إلى بينو، وهو كويكب قريب من الأرض، وجمعت عينة من سطحه في أكتوبر 2016. 2020.
عادت العينة إلى الأرض في الصباح الباكر من يوم 24 سبتمبر 2023، في كبسولة عودة العينة. عاد SRC إلى الغلاف الجوي للأرض فوق المحيط الهادئ بسرعة تزيد عن 27000 ميل في الساعة (43500 كم في الساعة) وهبط في ولاية يوتا بعد بضع دقائق فقط.
تنتج SRCs موجة صدمية أثناء انغماسها في عمق الغلاف الجوي، على غرار دوي الصوت الناتج عن طائرة نفاثة أسرع من الصوت تخترق حاجز الصوت. ثم تفقد موجة الصدمة قوتها حتى لا يتبقى سوى صوت منخفض التردد، يسمى الموجات فوق الصوتية.
في حين أن البشر لا يستطيعون سماع الموجات دون الصوتية، إلا أن الأجهزة العلمية الحساسة يمكنها اكتشافها، حتى على مسافات بعيدة. بعض هذه الأدوات توضع على الأرض، والبعض الآخر معلق في الهواء بالبالونات.
مراقبة SRC
قفزت فرقنا من العلماء إلى عودة SRC كفرصة لمعرفة المزيد عن النيازك. استخدم أحد الفرق، بقيادة سيدهارث كريشنامورثي في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، إعادة دخول SRC لاختبار بالونات الكشف عن الموجات فوق الصوتية التي يمكن استخدامها لاحقًا على كوكب الزهرة.
استخدم فريق آخر، بقيادة واحدة منا – إليزابيث سيلبر – وداني بومان في مختبرات سانديا الوطنية، SRC لفهم كيفية استخدام الصوت بشكل أفضل. [gather information about meteoroids].
شارك باحثون من العديد من المؤسسات في جميع أنحاء البلاد في حملات المراقبة هذه.
قامت فرقنا بوضع الأدوات بشكل استراتيجي في مواقع على مسافة 300 ميل (482 كم) تمتد من يوريكا، نيفادا، بالقرب من موقع الهبوط في ولاية يوتا. وتراوحت الأدوات بين أجهزة الاستشعار المخصصة عالية التقنية والهواتف الذكية الموجودة على الأرض حول مسار رحلة SRC وموقع الهبوط. لقد راقبوا الموجات الصوتية ذات التردد المنخفض من عودة دخول SRC.
بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار الأرضية، قام باحثونا بربط أدوات بالبالونات التي تطفو على ارتفاع ضعف الطائرات التجارية أثناء إعادة دخول SRC. سجلت أجهزة الاستشعار المرفقة بهذه البالونات الموجات الصوتية التي تنتجها موجة الصدمة الصادرة عن SRC. وحملت هذه الموجات الصوتية معلومات عن الهلال الأحمر السوداني وحركته والبيئة التي مر بها.
كان على فرق البالونات ضبط توقيت البالونات بعناية للتأكد من أنها ستكون في الموضع الصحيح عند مرور SRC. أطلق أعضاء فريق من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا وجامعة ولاية أوكلاهوما ومختبرات سانديا الوطنية بضعة أنواع مختلفة من البالونات قبل الفجر من يوريكا بولاية نيفادا.
كما قام باحثون من جامعة ولاية أوهايو وسانديا وجامعة هاواي بنشر أجهزة استشعار أرضية تعمل بالموجات فوق الصوتية بالقرب من موقع هبوط SRC، على طول حدود يوتا ونيفادا وفي مطار ويندوفر. بينما كان SRC يتباطأ بالفعل وكان مطار ويندوفر أبعد بحوالي ثلاث مرات عن مسار الرحلة من نشر يوريكا، اكتشفنا إشارة واضحة تحت الصوت في هذا الموقع أيضًا.
يقوم الباحثون في هذه الفرق الآن بتحليل البيانات لتحديد النقاط على طول المسار حيث سجلت الأجهزة إشارات إعادة دخول SRC. نظرًا لأن مسار رحلة SRC امتد حوالي 300 ميل (482 كم)، يحتاج الباحثون إلى معرفة النقاط الأصلية للإشارات عندما تكتشفها أجهزة الاستشعار المختلفة.
كانت هذه هي عملية إعادة الدخول التي تفوق سرعتها سرعة الصوت الأكثر استخدامًا في التاريخ.
سيساعد هذا البحث فرقنا على معرفة الأنماط التي تنتشر بها الموجات الصوتية منخفضة التردد عبر الغلاف الجوي وأين كانت موجة الصدمة في ذروة شدتها.
وبينما لا تزال فرقنا تحلل البيانات، تظهر النتائج الأولية أن أدواتنا التقطت الكثير من الإشارات التي ستساعد الأبحاث المستقبلية على استخدام موجات صوتية منخفضة التردد لدراسة النيازك.
والحصول على نظرة ثاقبة حول التعقيدات المتعلقة بكيفية انتقال الموجات الصوتية منخفضة التردد عبر الغلاف الجوي يمكن أن يساعد الباحثين على استخدام الموجات فوق الصوتية للكشف عن المخاطر على الأرض، مثل الأعاصير والانهيارات الجليدية.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: بريان إلبينج، جامعة ولاية أوكلاهوما وإليزابيث أ. سيلبر، مختبرات سانديا الوطنية
اقرأ أكثر:
تلقى بريان إلبينج التمويل المتعلق بهذا المشروع من وكالة ناسا لأنشطة البالون ودعمت مؤسسة جوردون وبيتي مور قياساته الأرضية.
تلقت إليزابيث أ. سيلبر التمويل المتعلق بهذا المشروع من DTRA.