Natalie Starkey의 새로운 책인 Catching Stardust는 혜성과 소행성과의 관계를 탐구합니다.
(이미지 : © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey는 10 년 이상 우주 과학 연구에 적극적으로 참여해 왔습니다. 그녀는 NASA Stardust 및 JAXA Hayabusa와 같은 샘플 반환 우주 임무에 참여했으며 획기적인 ESA Rosetta 혜성 임무를위한 계기 팀 중 하나의 공동 조사자로 초대되었습니다.
그녀의 새로운 저서 "Catching Stardust"는 우리가 혜성과 소행성에 대해 발견 한 것들, 그것들에 대해 배우는 방법, 먼지가 많고 얼음이 많은 암석이 태양계의 기원에 대해 공유해야하는 것을 조사합니다. 새 책에 대한 Starkey의 Q & A를 여기에서 읽으십시오.
다음은 "Stardust 캐치"3 장에서 발췌 한 것입니다. [혜성 종류의 가장 친밀한 만남]
지구상의 혜성과 소행성
지난 50 년 동안 인간이 이미지, 측정 및 샘플링을 위해 태양계에서 다양한 수의 다른 물체를 추구함에 따라 우주 계측이 더욱 발전했습니다. 인간은 지구상에서 로밍하고 과학 장비의화물을 기내에서 분석하기 위해 샘플을 뚫고 채집하기 위해 행성 화성에 모든 기능을 갖춘 로버를 성공적으로 배치했습니다. 정교한 과학 실험실이 10 년 동안 우주로 보내져 암석, 얼음 및 가스에 대한 분석을 수행하기 위해 과속 혜성에 도달하고 착륙했습니다. 그리고 이것은 우주 탐험의 가장 최근의 하이라이트 중 일부에 불과합니다. 그러나 이러한 진보와 놀라운 업적에도 불구하고 가장 훌륭하고 가장 쉽게 제어 할 수있는 과학 도구가 지구상에 존재합니다. 문제는이 지구 계측기를 우주로 매우 쉽게 보낼 수 없다는 것입니다. 로켓을 발사하기에는 너무 무겁고 민감하며 정밀하고 정확하게 수행하기 위해 거의 완벽한 조건이 필요합니다. 우주 환경은 온도와 압력이 극도로 높고, 때로는 실험실 실험실 장비에 적합하지 않은 조건이있는 친절한 장소가 아닙니다.
그 결과, 고급 실험실 장비를 우주로 발사하려는 시도와는 달리, 신중하고 신중하며 정밀한 분석을 위해 우주 암석 샘플을 지구로 다시 가져 오는 경우가 많은 장점이 있습니다. 그러나 가장 큰 문제는 우주에서 암석을 모아 안전하게 지구로 되 돌리는 것이 간단한 작업이 아니라는 것입니다. 실제로 우주에서 샘플을 반환하는 것은 몇 번만 이루어졌습니다. 1970 년대 아폴로와 루나 미션이있는 달, 하야부사 미션이있는 소행성 이토 카와, 스타 더스트 미션이있는 혜성 81P / Wild2에서. 수백 킬로그램의 달 석이 지구로 돌아 왔지만 하야부사와 스타 더스트 미션은 미세한 분진의 암석 샘플을 정확하게 반환했습니다. 그럼에도 불구하고 작은 암석이라도 구조에 엄청난 양의 정보를 보유 할 수 있기 때문에 작은 샘플은 샘플이없는 것보다 확실히 낫습니다. 과학자들이 지구에서 고도로 전문화 된 과학 도구로 잠금을 해제 할 수있는 비밀입니다. [소행성을 잡는 방법 : NASA 미션 설명 (Infographic)]
특히 스타 더스트의 사명은 혜성의 구성에 대한 지식을 넓히는 데 큰 도움이되었습니다. 지구로 돌아 오는 혜성 먼지 샘플은 질량이 제한되어 있음에도 불구하고 과학자들이 앞으로 수십 년 동안 바쁘게 지낼 것입니다. 우리는이 임무와 그 수집 된 귀중한 샘플에 대해 7 장에서 더 배울 것입니다. 운 좋게도 우주에서 암석을 모으는 계획이 있습니다. 일부 임무는 이미 진행 중이고 다른 임무는 자금을 기다리고 있습니다. 이러한 임무에는 소행성, 달 및 화성 방문이 포함되며, 목표를 달성 할 것이라는 보장없이 위험에 처한 노력을 기울일 수 있지만, 지구 기반 분석을 위해 우주에서 샘플을 반환 할 희망이 있음을 아는 것이 좋습니다. 앞으로.
지구상의 우주 암석의 도착
운 좋게도 우주 암석 샘플을 얻는 또 다른 방법이 있으며 안전한 지구 경계를 떠나는 것도 포함하지 않습니다. 우주 암석은 항상 운석처럼 지구에 떨어지기 때문입니다. 실제로 매년 약 40,000 ~ 80,000 톤의 우주 암석이 지구에 떨어집니다. 이 여유 공간 샘플은 우주 킨더 에그 (Kinder Eggs)에 비유 할 수 있습니다. 태양계에 대한 정보 인 천상의 상으로 가득합니다. 운석은 소행성, 혜성 및 다른 행성의 샘플을 포함 할 수 있으며, 대부분은 아직 우주선에 의해 샘플링되지 않았습니다.
매년 지구에 도착하는 수 천톤의 우주 암석 중 대부분은 아주 작고 대부분 먼지 크기이며, 4 장에서 더 자세히 배울 수 있지만 일부 개별 암석은 상당히 클 수 있습니다. 지구에 도착하는 가장 큰 돌 운석 중 일부는 최대 60 톤의 무게를 지녔으며 이는 5 개의 이층 버스와 거의 같습니다. 운석은 우주의 어느 곳에서나 생길 수 있지만, 혜성과 행성 조각도 나타날 수 있지만 지구상에서 자갈 크기의 조각으로 가장 일반적으로 발견되는 소행성의 암석 인 경향이 있습니다. 소행성 덩어리는 우주에서 더 큰 모체 소행성에서 떨어져 나간 후, 종종 다른 우주 물체와 충돌하는 동안 지구를 향해 상처를 입게 될 수 있으며, 이로 인해 완전히 분리되거나 작은 조각이 표면에서 부서 질 수 있습니다. 우주에서 소량의 소행성 샘플이 일단 부모의 암석에서 분리되면 미터로 불리며 결국 달, 행성 또는 태양과 충돌 할 때까지 우주를 여행하는 데 수백, 수천, 아마도 수백만 년을 보낼 수 있습니다. 암석이 다른 행성의 대기에 들어가면 유성이되고,이 조각들이 지구 표면이나 다른 행성이나 달의 표면에 도달하면 운석이됩니다. 들어오는 우주 암석이 운석으로 변하는 것에 대해 마법은 없습니다. 그것은 암석이 만나는 몸의 표면에 고정되어있을 때받는 암석입니다. [유성 폭풍 : '슈팅 스타즈'의 초대형 디스플레이 작동 방법 (인포 그래픽)]
이 모든 우주 암석이 자연스럽게 지구에 무료로 도착한다면, 과학자들이 왜 샘플링을 시도하기 위해 우주를 방문하는 데 어려움을 겪고 있는지 궁금 할 것입니다. 지구로 떨어지는 암석은 인간이 여러 생에서 방문 할 수있는 것보다 훨씬 넓은 범위의 태양계 물체를 채취한다는 사실에도 불구하고,이 시료는 대기 진입의 가혹한 영향을 가장 잘 견뎌 낼 수있는 물체로 편향되는 경향이 있습니다. 이 문제는 우주에서 지구로 대기로 진입하는 동안 바위 나 다른 물체가 겪는 극심한 온도와 압력 변화로 인해 발생하며, 많은 경우 바위를 완전히 없애기 위해 충분히 큰 변화가 발생합니다.
대기 진입 중 온도 변화는 물체의 높은 들어오는 속도의 직접적인 결과로 발생하며, 약 10km / s ~ 70km / s (25,000mph ~ 150,000mph)의 어느 곳이든 가능합니다. 이러한 초음속으로 이동할 때 들어오는 우주 암석의 문제점은 대기가 빠르게 빠르게 빠져 나갈 수 없다는 것입니다. 암석이 우주를 통과 할 때 이러한 효과는 없다. 단순히 우주가 진공이기 때문에 분자가 너무 적어서 서로 부딪 칠 수 없기 때문이다. 대기를 통과하는 암석은 발생하는 분자에 부풀어 오르고 압축 효과가있어 구성 요소 원자에 쌓여서 해리됩니다. 이 원자들은 이온화되어 백열 플라즈마의 슈라우드를 만들어냅니다.이 플라즈마는 극도로 높은 온도 (최대 20,000도 (36,032ºF))로 가열되어 우주 암석을 감싸고 과열됩니다. 결과적으로 암석은 대기에서 타거나 타는 것처럼 보입니다. 크기에 따라 불 덩어리 또는 슈팅 스타라고 부르는 것.
이 과정의 영향으로 인해 들어오는 암석의 물리적 변화가 눈에 띄게됩니다.이 암석은 지구 표면의 운석이 될 때 실제로 식별하기가 더 쉽습니다. 즉, 암석이 낮은 대기에 침투하고 공기와의 마찰에 의해 느려지고 가열됨에 따라 발생하는 융합 지각의 형성. 암석의 바깥 부분이 녹기 시작하고 형성되는 액체와 기체의 혼합물이 운석 뒤에서 휩쓸려 열을가합니다. 이 과정은 연속적이며 열이 암석을 통과 할 수 없다는 것을 의미합니다 (따라서 열 차폐 역할을 함). 온도가 마침내 떨어지면 용융 된 '열 차폐'가 마지막 남은 액체가 암석 표면에서 냉각되어 핵융합을 형성하므로 응고 빵 껍질. 결과적으로 운석에 대한 어둡고 반짝이는 껍질은 종종 그것을 식별하고 지구의 암석과 구별하는 데 도움이되는 독특한 기능입니다. 융합 지각의 형성은 운석의 내부 부분을 열의 최악의 영향으로부터 보호하여 모체 소행성, 혜성 또는 행성의 구성을 보존합니다. 그러나 운석은 부모와 매우 비슷하지만 정확하게 일치하는 것은 아닙니다. 핵융합 크러스트를 형성하는 과정에서 암석은 암석의 외층에서 겪는 온도의 급격한 변화와 함께 끓여서 더 휘발성 성분을 잃습니다. '완벽한'샘플을 얻는 유일한 방법은 우주 물체에서 직접 샘플을 수집하여 우주선으로 돌려 보내는 것입니다. 그러나 운석은 우주에서 무료 샘플이며 우주 임무에서 반환 한 샘플보다 훨씬 더 풍부하기 때문에 과학자들은 소행성, 혜성 및 다른 행성이 실제로 만들어지는 것을 알 수있는 좋은 기회를 제공합니다. 그들은 이런 이유로 지구에서 많은 연구를했습니다. [혜성 팬스타에 관한 6 가지 재미있는 사실]
융합 지각의 형성에도 불구하고, 대기 유입의 영향은 다소 거칠고 파괴적 일 수있다. 압축률이 낮거나 분쇄 강도가 낮은 암석은 경험에서 생존 할 가능성이 적습니다. 물체가 대기를 통한 감속에서 살아남는 경우 압축 강도는 최대 공기 역학적 압력보다 높아야합니다. 공기 역학적 압력은 대기의 국부 밀도에 정비례하며, 물체가 어떤 행성을 만나는가에 달려 있습니다. 예를 들어, 화성은 지구보다 더 얇은 대기로 인해 들어오는 물체를 늦추지 않고 우주 엔지니어가 감속 시스템이 할 수 없기 때문에 붉은 행성 표면에 착륙하는 우주선에 대해 매우 신중하게 생각해야하는 이유를 설명합니다. 지구상에서 사전 테스트를 거쳤습니다.
암석의 압축 강도는 암석 광물, 금속, 탄소 질 재료, 휘발성 상, 기공 공간의 양 및 구성 재료가 얼마나 잘 포장되어 있는지에 따라 그 구성에 의해 제어됩니다. 예를 들어, 철이 풍부한 소행성에서 나온 것과 같은 강건한 우주 암석은 지구 대기를 통해 빠른 속도로 상처를 입으면서 온도와 압력의 극심한 변화에서 살아남는 경향이 있습니다. 돌이 많은 운석은 철이 거의 없거나 전혀없는 경우에도 매우 견고합니다. 철은 강하지 만, 암석 광물 자체도 아주 잘 결합되어 거친 암석 조각을 만들 수 있습니다. 대기로 유입되지 않는 운석은 더 높은 비율의 휘발성 물질, 기공 공간, 탄소 질 상 및 소위 수화 된 광물 (물을 성장 구조에 수용 한 것)을 포함합니다. 이러한 단계는 탄소 질 연골과 혜성으로 알려진 운석에 풍부합니다. 그러므로이 물체들은 열의 영향에 더 민감하며 지구 대기를 통과 할 때 경험하는 공기 역학적 힘을 견딜 수 없습니다. 어떤 경우에는 먼지가 섞인 솜털 같은 눈이 느슨하게 통합되어있을뿐입니다. 이러한 혼합 재료로 만든 눈덩이를 던지더라도 공기 중에 붕괴 될 것으로 예상 할 수 있습니다. 이것은 왜 혜성의 큰 표본이 일반적으로 녹거나, 폭발하거나 아주 작은 조각으로 분해되지 않고 대기의 가혹한 압력과 가열 효과를 견뎌 낼 수없는 것으로 여겨지는 이유를 보여줍니다. 따라서 지구상에서 많은 운석이 모여 있음에도 불구하고 과학자들은 그들이 예상 할 수있는 매우 깨지기 쉬운 구조로 인해 혜성에서 특히 큰 운석을 발견했다고 확신하지 못합니다. 이 모든 것의 결과는 일부 우주 암석이 지구상의 운석으로 과대 표현되어 단순히 그 구성이 대기 진입의 영향을 더 잘 견디기 때문입니다.
나탈리 스타키 (Natalie Starkey)가 혜성, 소행성 및 태양계의 탄생에서 발췌 한 스타 더스트에서 발췌. Copyright © Natalie Starkey 2018. Bloomsbury Publishing의 인쇄물 인 Bloomsbury Sigma에 의해 게시 됨. 허가를 받아 재 인쇄되었습니다.
