حلقت المركبة الفضائية OSIRIS-REx التابعة لناسا بالقرب من الأرض في 24 سبتمبر 2023، وأسقطت عينتها من الغبار والحصى المجمعة من سطح الكويكب القريب من الأرض بينو.
سيساعد تحليل هذه العينة العلماء على فهم كيفية تشكل النظام الشمسي ومن أي نوع من المواد. سيبدأ العلماء تحليلهم في نفس المنشأة التي قامت بتحليل الصخور والغبار الناتج عن هبوط أبولو على سطح القمر.
باعتباري عالم فلك يدرس كيفية تشكل الكواكب حول النجوم البعيدة، شعرت بالإثارة وأنا أشاهد بث عينة بينو وهي تنحدر إلى صحراء يوتا – وشعرت بالقليل من الحسد. أولئك منا الذين يدرسون الأنظمة الشمسية الشابة البعيدة لا يمكنهم إرسال مركبة فضائية آلية لإلقاء نظرة فاحصة عليها، ناهيك عن أخذ عينة للتحليل المختبري. وبدلا من ذلك، نعتمد على الملاحظات عن بعد.
لكن ما يمكن لعلماء الفلك قياسه باستخدام التلسكوبات ليس هو ما نريد معرفته حقًا، وبدلاً من ذلك، نقوم بحساب الخصائص التي نهتم بدراستها من خلال مراقبة وتفسير الخصائص الظاهرة من بعيد.
أدوات علماء الفلك
تشبه الكويكبات الحفريات، فهي تتكون من مواد صخرية نشأت من التكوين والتطور المبكر للنظام الشمسي، ويتم الحفاظ عليها دون تغيير تقريبًا. هذه هي الطريقة التي ستساعد بها عينات بينو الأصلية علماء الفلك في التعرف على تكوين نظامنا الشمسي.
على مدى العقود العديدة الماضية، اكتشف علماء الفلك أن أقراصًا من الغاز والغبار تسمى الأقراص الكوكبية الأولية تدور حول نجوم شابة. يمكن أن تساعد مراقبة هذه الأقراص – التي تقع على بعد عدة سنوات ضوئية خارج نظامنا الشمسي – علماء الفلك على فهم عملية تكوين الكوكب المبكرة، لكنها بعيدة جدًا بحيث لا يمكن إرسال مهمة عودة عينة مثل OSIRIS-REx لقياس الغبار والكويكبات الموجودة في هذه الأقراص بشكل مباشر. الأنظمة مصنوعة من.
كل ما يستطيع علماء الفلك مثلي فعله هو مراقبة تلك المناطق البعيدة من الكون عن بعد، باستخدام التلسكوبات هنا على الأرض أو في مدار قريب من الأرض. ولكن حتى مع الأدوات والتقنيات المحدودة، مازلنا قادرين على تعلم الكثير عنها.
المسافة والضياء
أقرب أنظمة الكواكب الأولية تقع على بعد بضع مئات من السنين الضوئية من الشمس، لكننا لا نستطيع قياس المسافات الكبيرة بشكل مباشر. وبدلاً من ذلك، يتعين علينا تحديد المسافة بشكل غير مباشر باستخدام قياسات دقيقة للمنظر – وهي تغييرات صغيرة في الموضع الظاهري للنجم ناجمة عن منظورنا المتغير أثناء دوران الأرض حول الشمس.
بمجرد أن نعرف المسافة التي تفصلها عن الأرض، يمكننا تحديد خاصية فيزيائية أساسية أخرى لأقراص الكواكب الأولية: سطوعها وإضاءة نجومها.
اللمعان هو ناتج طاقة الجسم الذي يتم قياسه بالواط. يصل لمعان نجم مثل شمسنا إلى مئات تريليونات تريليونات الواط. مثلما يؤثر ضوء الشمس على الطقس وكيمياء الأجواء الكوكبية في نظامنا الشمسي، فإن لمعان النجم الشاب يؤثر بشكل مباشر على المادة الموجودة في قرصه الكوكبي الأولي. يمكن أن يغير اللمعان حجم وتكوين جزيئات الغبار التي ستشكل فيما بعد الكويكبات وقلوب الكواكب.
لكن السطوع لا يشير بشكل مباشر إلى اللمعان. يتناقص السطوع المقاس لنجم أو أي جسم مضيء مع مربع بعده عنا. نحن نقيس السطوع الظاهري للنجم، أو مدى سطوعه في صورة رقمية، ومن ثم نحسب لمعانه من هذا السطوع المرصود والمسافة التي يبعدها النجم.
اللون ودرجة الحرارة
يعتمد اللمعان أيضًا على درجة الحرارة – فالأجسام الأكثر دفئًا عادة ما تكون أكثر إضاءة – لكننا لا نستطيع قياس درجات حرارة الأنظمة البعيدة بشكل مباشر. يحدد علماء الفلك درجة الحرارة باستخدام قياسات دقيقة للون الظاهري للنجم والغاز والغبار الذي يدور في قرصه الذي يشكل الكوكب.
الصور الملونة للأجرام السماوية التي تراها من المراصد مثل تلسكوبات هابل أو جيمس ويب الفضائية هي عبارة عن مركبات من صور متعددة تم التقاطها من خلال سلسلة من المرشحات الملونة.
بالنسبة لعلماء الفلك، الألوان هي أرقام تصف سطوع جسم عند طول موجي معين مقارنة بسطوعه عند طول موجي آخر. تبعث الأجسام الأكثر دفئًا مزيدًا من الضوء الأزرق مقارنة بالضوء الأحمر، لذلك يبدو لونها أكثر زرقاء والرقم المقابل أصغر. يقيس علماء الفلك اللون بمزيد من التفصيل عن طريق تمرير ضوء النجوم من خلال منشور صغير مثبت في كاميرا التلسكوب. هذا المنشور يشتت الضوء إلى الطيف.
إن طيف الضوء الصادر عن النجم والمواد المحيطة به ليس قوس قزح سلسًا من الألوان. تشير السمات الساطعة والداكنة الحادة في الأطياف إلى وجود الذرات والجزيئات وحتى المعادن ووفرتها النسبية. تنبعث هذه العناصر الكيميائية أو تمتص الضوء في مجموعات فريدة من الألوان يمكن التعرف عليها.
القياس والتفسير
هل يمكنك رؤية موضوع ناشئ؟ لا يستطيع علماء الفلك قياس سوى عدد قليل من الخصائص الظاهرة: السطوع، واللون، والموضع في السماء، والشكل، والحجم الزاوي، وكيف يتغير كل من هذه مع مرور الوقت. هذه هي نفس الخصائص التي يقيسها كل منا بحواسه للتنقل في محيطه في الحياة اليومية. إنهم ليسوا شيئًا غريبًا أو مميزًا.
ومع ذلك، فإن كل ما يعرفه علماء الفلك عن الأنظمة الشمسية البعيدة وتكوينها، اشتقناه من قياسات هذه الخصائص الظاهرة المألوفة وغير الملحوظة. إن الأوصاف الغنية والمفصلة التي نتوقعها في علم الفلك والفيزياء الفلكية تأتي من تطبيق فهمنا للكيمياء والفيزياء على هذه القياسات.
إن وصول عينة بينو أمر مثير لأنه “حقيقي”. وفي الأشهر والسنوات المقبلة، سيقوم العلماء بفحص هذا الغبار لإرشاد دراساتنا ليس فقط عن الكويكبات والغبار بين الكواكب، ولكن أيضًا عن الغبار بين النجوم في الأنظمة الشمسية البعيدة. أنا متشوق لرؤية ما ستعلمنا إياه هذه التفاصيل الجديدة عن الغبار الكوني، وهو أحد العناصر الأساسية لبناء الكواكب في كل مكان.
تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation، وهو موقع إخباري مستقل غير ربحي مخصص لمشاركة أفكار الخبراء الأكاديميين. مثل هذه المقالة؟ إشترك في رسائلنا الإخبارية الأسبوعية.
كتب بواسطة: لوك كيلر، كلية إيثاكا.
اقرأ أكثر:
تلقى لوك كيلر تمويلًا من الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.