13.2: الكويكبات والدفاع الكوكبي

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197802

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

تعرف على التهديد الذي تمثله الأجسام القريبة من الأرض للأرض
ناقش الاستراتيجيات الدفاعية الممكنة لحماية كوكبنا

لا توجد جميع الكويكبات في حزام الكويكبات الرئيسي. في هذا القسم، ننظر في بعض المجموعات الخاصة من الكويكبات ذات المدارات التي تقترب أو تعبر مدار الأرض. هذه تشكل خطر الاصطدام الكارثي مع كوكبنا، مثل الاصطدام قبل 65 مليون سنة الذي أودى بحياة الديناصورات.

الكويكبات تقترب من الأرض

الكويكبات التي تبتعد بعيدًا عن الحزام الرئيسي تهم علماء الفلك في الغالب. لكن الكويكبات التي تدخل إلى الداخل، وخاصة تلك التي لها مدارات تقترب من مدار الأرض أو تعبر مداره، تهم القادة السياسيين والمخططين العسكريين - وبالفعل، كل شخص على قيد الحياة على الأرض. أصبحت بعض هذه الكويكبات لفترة وجيزة أقرب كائن سماوي إلينا.

في عام 1994، تم التقاط جسم طوله كيلومتر واحد وهو يقترب من القمر، مما تسبب في إثارة الاهتمام في وسائل الإعلام الإخبارية. اليوم، أصبح من الروتيني قراءة الكويكبات الصغيرة القادمة بهذا القرب من الأرض. (كانوا دائمًا هناك، ولكن في السنوات الأخيرة فقط تمكن علماء الفلك من اكتشاف مثل هذه الأجسام الباهتة.)

في عام 2013، اصطدم كويكب صغير بكوكبنا، وانطلق عبر السماء فوق مدينة تشيليابينسك الروسية وانفجر بطاقة قنبلة نووية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). كان المصدم جسمًا صخريًا يبلغ قطره حوالي 20 مترًا، وانفجر على ارتفاع حوالي 30 كيلومترًا بطاقة تبلغ 500 كيلوطن (حوالي 30 مرة أكبر من القنابل النووية التي أسقطت على اليابان في الحرب العالمية الثانية). لم يصب أحد من جراء الانفجار نفسه، على الرغم من أنه أصبح لفترة وجيزة ساطعًا مثل الشمس، مما جذب العديد من المتفرجين إلى النوافذ في مكاتبهم ومنازلهم. وعندما وصلت موجة الانفجار إلى المدينة، انفجرت النوافذ. كان على حوالي 1500 شخص طلب العناية الطبية من إصابات الزجاج المحطم.

حدث انفجار جوي أكبر بكثير في روسيا عام 1908، بسبب كويكب قطره حوالي 40 مترًا، مما أدى إلى إطلاق طاقة تبلغ 5 ميغا طن، وهي أكبر قوة نووية في الوقت الحاضر. لحسن الحظ، كانت المنطقة المتضررة بشكل مباشر، على نهر تونغوسكا في سيبيريا، خالية من السكان، ولم يُقتل أحد. ومع ذلك، كانت مساحة الغابات التي دمرها الانفجار كبيرة مساوية لحجم مدينة رئيسية (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

إلى جانب أي مذنبات تقترب من كوكبنا، تُعرف هذه الكويكبات مجتمعة باسم الأجسام القريبة من الأرض (NEoS). كما سنرى (وكما اكتشفت الديناصورات قبل 65 مليون سنة)، يمكن أن يكون تصادم جسم قريب من الأرض بحجم كبير كارثة للحياة على كوكبنا.

بديل — \(\PageIndex{1}\)تأثيرات الشكل مع الأرض. (أ) عندما مر نيزك تشيليابينسك عبر الغلاف الجوي، ترك أثرًا من الدخان وأصبح لفترة وجيزة ساطعًا مثل الشمس. (ب) تم هدم مئات الكيلومترات من أشجار الغابات وحرقها في موقع الارتطام في تونغوسكا.

قم بزيارة مجموعة الفيديو الخاصة بنيزك تشيليابينسك الذي يتدفق في السماء فوق المدينة في 15 فبراير 2013، كما التقطها أشخاص كانوا في المنطقة عند حدوثه.

شاهد هذا الفيديو لحديث غير تقني لديفيد موريسون لمشاهدة «نيزك تشيليابينسك: هل يمكننا النجاة من تأثير أكبر؟» يناقش الدكتور موريسون (معهد SETI ومركز أبحاث ناسا أميس) تأثير تشيليابينسك وكيف نتعرف على الأجسام القريبة من الأرض ونحمي أنفسنا؛ الحديث مأخوذ من سلسلة محاضرات علم الفلك في وادي السيليكون.

حث علماء الفلك على أن الخطوة الأولى في حماية الأرض من التأثيرات المستقبلية للأجسام القريبة من الأرض يجب أن تكون معرفة الارتطامات المحتملة الموجودة. في عام 1998، بدأت وكالة ناسا مسح Spaceguard، بهدف اكتشاف وتتبع 90٪ من الكويكبات التي تقترب من الأرض والتي يزيد قطرها عن كيلومتر واحد. تم اختيار حجم كيلومتر واحد ليشمل جميع الكويكبات القادرة على إحداث أضرار عالمية، وليس فقط الآثار المحلية أو الإقليمية. على ارتفاع كيلومتر واحد أو أكثر، يمكن أن يؤدي التأثير إلى انفجار الكثير من الغبار في الغلاف الجوي بحيث يكون ضوء الشمس خافتًا لعدة أشهر، مما يتسبب في فشل المحاصيل العالمية - وهو حدث يمكن أن يهدد بقاء حضارتنا. تم الوصول إلى هدف Spaceguard البالغ 90٪ في عام 2012 عندما تم العثور على ما يقرب من ألف من هذه الكويكبات القريبة من الأرض (NEAs) التي يبلغ طولها كيلومترًا واحدًا، إلى جانب أكثر من 10000 كويكب أصغر. \(\PageIndex{2}\)يوضح الشكل كيف زادت وتيرة اكتشافات NEA خلال السنوات الأخيرة.

كيف عرف علماء الفلك متى اكتشفوا 90٪ من هذه الكويكبات؟ هناك عدة طرق لتقدير العدد الإجمالي، حتى قبل تحديد موقعها بشكل فردي. إحدى الطرق هي النظر إلى أعداد الحفر الكبيرة على ماريا القمرية المظلمة. تذكر أن هذه الحفر تم إنشاؤها من خلال التأثيرات تمامًا مثل تلك التي ندرسها. يتم حفظها على سطح القمر الخالي من الهواء، بينما تمحو الأرض قريبًا بصمات التأثيرات السابقة. وبالتالي، فإن عدد الحفر الكبيرة على القمر يسمح لنا بتقدير عدد المرات التي حدثت فيها التأثيرات على كل من القمر والأرض على مدى عدة مليارات من السنين الماضية. يرتبط عدد التأثيرات ارتباطًا مباشرًا بعدد الكويكبات والمذنبات على مدارات عبور الأرض.

هناك طريقة أخرى تتمثل في معرفة عدد المرات التي تعيد فيها الاستطلاعات (وهي عمليات بحث آلية عن نقاط الضوء الخافتة التي تتحرك بين النجوم) اكتشاف كويكب معروف سابقًا. في بداية الاستطلاع، ستكون جميع NEAs التي يكتشفها جديدة. ولكن عندما يصبح المسح أكثر اكتمالاً، سيتم إعادة اكتشاف المزيد والمزيد من النقاط المتحركة التي سجلتها كاميرات المسح. كلما زاد عدد عمليات إعادة الاكتشاف في كل تجربة استقصائية، يجب أن يكون مخزوننا من هذه الكويكبات أكثر اكتمالاً.

لقد شعرنا بالارتياح عندما وجدنا أن أيًا من NEAs المكتشفة حتى الآن لا تسير في مسار سيؤثر على الأرض في المستقبل المنظور. ومع ذلك، لا يمكننا التحدث عن حفنة من الكويكبات التي يزيد حجمها عن كيلومتر واحد والتي لم يتم العثور عليها بعد، أو عن الكويكبات الأصغر عددًا. تشير التقديرات إلى أن هناك مليون NEA قادرة على ضرب الأرض التي يقل حجمها عن كيلومتر واحد ولكنها لا تزال كبيرة بما يكفي لتدمير المدينة، وقد وجدت استطلاعاتنا أقل من 10٪ منها. يقدر الباحثون الذين يعملون في مدارات الكويكبات أنه بالنسبة للكويكبات الأصغر (وبالتالي الخافتة) التي لم نتتبعها بعد، سيكون لدينا تحذير مدته 5 ثوانٍ تقريبًا من أن المرء سيصطدم بالأرض - وبعبارة أخرى، لن نراه حتى يدخل الغلاف الجوي. من الواضح أن هذا التقدير يمنحنا الكثير من الدوافع لمواصلة هذه الاستطلاعات لتتبع أكبر عدد ممكن من الكويكبات.

على الرغم من إمكانية التنبؤ بها تمامًا على مدى بضعة قرون، إلا أن مدارات الكويكبات المقتربة من الأرض غير مستقرة على مدى فترات زمنية طويلة حيث يتم سحبها من خلال عوامل الجذب الجاذبة للكواكب. ستقابل هذه الأجسام في النهاية أحد مصيرين: إما أنها ستؤثر على أحد الكواكب الأرضية أو الشمس، أو سيتم طردها بالجاذبية من النظام الشمسي الداخلي بسبب مواجهة قريبة مع كوكب. احتمالات هاتين النتيجتين هي نفسها تقريبًا. يبلغ النطاق الزمني للتأثير أو الطرد حوالي مائة مليون سنة فقط، وهو قصير جدًا مقارنة بعمر 4 مليارات سنة للنظام الشمسي. تظهر الحسابات أن ما يقرب من ربع الكويكبات الحالية التي تقترب من الأرض سينتهي بها الأمر في النهاية إلى الاصطدام بالأرض نفسها.

إذا كان سيتم إزالة معظم المجموعات الحالية من الكويكبات المقتربة من الأرض عن طريق الارتطام أو القذف في مائة مليون سنة، فيجب أن يكون هناك مصدر مستمر للأجسام الجديدة لتجديد إمداداتنا من الأسلحة النووية. يأتي معظمها من حزام الكويكبات بين المريخ والمشتري، حيث يمكن أن تؤدي التصادمات بين الكويكبات إلى إخراج أجزاء إلى مدارات عبور الأرض (انظر الشكل\(\PageIndex{3}\)). قد يكون البعض الآخر من المذنبات «الميتة» التي استنفدت موادها المتطايرة (والتي سنناقشها في القسم التالي).

أحد أسباب اهتمام العلماء بتكوين الأجسام القريبة من الأرض وبنيتها الداخلية هو أن البشر ربما يحتاجون إلى الدفاع عن أنفسهم ضد تأثير الكويكب يومًا ما. إذا وجدنا يومًا واحدًا من هذه الكويكبات في مسار تصادم معنا، فسوف نحتاج إلى تحريكه حتى يفوته كوكب الأرض. الطريقة الأكثر مباشرة لتحويلها هي اصطدام مركبة فضائية بها، إما بإبطائها أو تسريعها، وتغيير فترتها المدارية قليلاً. إذا تم ذلك قبل عدة سنوات من الاصطدام المتوقع، فسيفقد الكويكب الكوكب تمامًا - مما يجعل ارتطام الكويكب هو الخطر الطبيعي الوحيد الذي يمكننا القضاء عليه تمامًا من خلال تطبيق التكنولوجيا. وبدلاً من ذلك، يمكن القيام بهذا الانحراف عن طريق تفجير قنبلة نووية بالقرب من الكويكب لدفعه بعيدًا عن مساره.

ولتحقيق انحراف ناجح بأي من الأسلوبين، نحتاج إلى معرفة المزيد عن الكثافة والهيكل الداخلي للكويكب. سيكون لتأثير مركبة فضائية أو انفجار قريب تأثير أكبر على الكويكب الصخري الصلب مثل إيروس منه على كومة الأنقاض السائبة. فكر في تسلق الكثبان الرملية مقارنة بتسلق تل صخري بنفس المنحدر. على الكثبان الرملية، يتم امتصاص الكثير من طاقتنا في الرمال المنزلقة، وبالتالي فإن التسلق يكون أكثر صعوبة ويستهلك المزيد من الطاقة.

هناك اهتمام دولي متزايد بمشكلة ارتطام الكويكبات. شكلت الأمم المتحدة لجنتين تقنيتين للدفاع عن الكواكب، مدركة أن الكوكب بأكمله معرض لخطر تأثيرات الكويكبات. ومع ذلك، لا تزال المشكلة الأساسية تتمثل في العثور على أسلحة نووية في الوقت المناسب لاتخاذ التدابير الدفاعية. يجب أن نكون قادرين على العثور على المصدم التالي قبل أن يجدنا. وهذه وظيفة لعلماء الفلك.

المفاهيم الأساسية والملخص

تعتبر الكويكبات القريبة من الأرض (NEAs) والأجسام القريبة من الأرض (NEOS) بشكل عام ذات أهمية جزئيًا بسبب قدرتها على ضرب الأرض. إنها موجودة في مدارات غير مستقرة، وعلى نطاقات زمنية تبلغ 100 مليون سنة، إما أنها ستؤثر على أحد الكواكب الأرضية أو الشمس، أو سيتم طردها. ربما يأتي معظمها من حزام الكويكبات، لكن بعضها قد يكون مذنبات ميتة. وجد مسح Spaceguard التابع لوكالة ناسا أن 90٪ من الأجسام القريبة من الأرض أكبر من كيلومتر واحد، ولم تكن أي من تلك التي تم العثور عليها حتى الآن في مسار تصادم مع الأرض. يعمل العلماء بنشاط على التقنيات الممكنة للدفاع الكوكبي في حالة العثور على أي أجسام قريبة من الأرض في مسار تصادمي مع الأرض قبل سنوات. في الوقت الحالي، المهمة الأكثر أهمية هي مواصلة استطلاعاتنا، حتى نتمكن من العثور على مصدم الأرض التالي قبل أن يجدنا.

مسرد المصطلحات

جسم قريب من الأرض (NEO): مذنب أو كويكب يتقاطع مساره مع مدار الأرض

كويكب قريب من الأرض (NEA): كويكب يقترب من الأرض، يمكن أن يجعله مداره في مسار تصادمي مع كوكبنا