เบาะแสบอกเรื่องราวถึงวิธีที่อุกกาบาตเกิดขึ้นตั้งแต่กำเนิดของระบบสุริยะ


William Herbst เป็นศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Wesleyan และ James Greenwood เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านธรณีและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมที่มหาวิทยาลัย Wesleyan บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกที่ บทสนทนา. สิ่งพิมพ์มีส่วนทำให้บทความของ Space.com Expert Voices: Op-Ed & Insights.

วิลเลียมเฮิร์สต์ศาสตราจารย์วิชาดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยเวสลียัน และ James Greenwoodผู้ช่วยศาสตราจารย์วิชาวิทยาศาสตร์โลกและสิ่งแวดล้อม มหาวิทยาลัยเวสลียัน.

26 เมษายน 1803 เป็นวันที่ผิดปกติในเมืองเล็ก ๆ ของ L’Aigle ใน Normandy, ฝรั่งเศส – มันฝนตกหิน.

กว่า 3,000 คนตกจากท้องฟ้า โชคดีที่ไม่มีใครได้รับบาดเจ็บ สถาบันวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศส ตรวจสอบและประกาศตามเรื่องราวของพยานหลายคนและรูปลักษณ์ที่ผิดปกติของหินที่พวกเขามาจากอวกาศ

ที่เกี่ยวข้อง: รูปถ่าย: Fireball หยดอุกกาบาตในแคลิฟอร์เนีย

โลกเต็มไปด้วยหินอย่างไม่หยุดหย่อนขณะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ เพิ่มประมาณ 50 ตันต่อมวลของโลกของเราทุกวัน. อุกกาบาตที่เรียกว่าหินเหล่านี้หาได้ง่ายในทะเลทรายและบนที่ราบน้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกาที่ซึ่งยื่นออกมาเหมือนนิ้วหัวแม่มือที่เจ็บ พวกเขายังสามารถลงจอดในสนามหลังบ้านขุมทรัพย์ที่ซ่อนอยู่ในหินพื้นดินทั่วไป มือสมัครเล่นและมืออาชีพรวบรวมอุกกาบาตและสิ่งที่น่าสนใจมากขึ้นก็คือพิพิธภัณฑ์และห้องปฏิบัติการทั่วโลกเพื่อจัดแสดงและศึกษา พวกเขายังซื้อและขายใน eBay.

แม้จะมีการศึกษาอย่างเข้มข้นหลายทศวรรษโดยนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนก็ตาม ไม่มีมติทั่วไป อุกกาบาตส่วนใหญ่ก่อตัวอย่างไร ในฐานะที่เป็น นักดาราศาสตร์ และ นักธรณีวิทยาเราเพิ่งพัฒนาทฤษฎีใหม่ของสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของระบบสุริยะเพื่อสร้างสิ่งมีค่าที่มีคุณค่าเหล่านี้ในอดีตของเรา เนื่องจากดาวเคราะห์ก่อตัวจากการชนกันของหินก้อนแรกนี่เป็นส่วนสำคัญของประวัติศาสตร์โลก

หลุมอุกกาบาตนี้ในรัฐแอริโซนาถูกสร้างขึ้นเมื่อ 50,000 ปีก่อนเมื่ออุกกาบาตเหล็กถล่มโลก มันเป็นประมาณหนึ่งไมล์ข้าม

(ภาพ: © W. Herbst, CC BY-SA)

chondrules ลึกลับ

อุกกาบาตประมาณ 10% เป็นเหล็กบริสุทธิ์ รูปแบบเหล่านี้ผ่านกระบวนการหลายขั้นตอนซึ่งดาวเคราะห์น้อยที่หลอมเหลวขนาดใหญ่มีแรงโน้มถ่วงเพียงพอที่จะทำให้เหล็กจมลงสู่ใจกลาง สิ่งนี้สร้างแกนเหล็กเช่นเดียวกับโลก หลังจากดาวเคราะห์น้อยนี้แข็งตัวมันก็จะแตกเป็นอุกกาบาตโดยการชนกับวัตถุอื่น อุกกาบาตเหล็กนั้นเก่าแก่เท่ากับระบบสุริยะเองซึ่งพิสูจน์ว่าดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็วและหลอมเหลวอย่างสมบูรณ์นั้นเคยมีอยู่มากมาย

Drew Barringer (ซ้าย) เจ้าของหลุมอุกกาบาตของแอริโซนาภรรยาของเขา Clare Schneider และผู้เขียน William Herbst ในหอดูดาว Van Vleck จากมหาวิทยาลัย Wesleyan ที่ซึ่งมีอุกกาบาตเหล็กจากปล่องภูเขาไฟปรากฏอยู่

(รูปภาพ: © W. Herbst)

อุกกาบาตอีก 90% ถูกเรียกว่า "chondrites" เพราะเต็มไปด้วยหินทรงกลมเล็ก ๆ ลึกลับที่เรียกว่า "chondrules" ไม่มีหินบกใด ๆ ที่มี chondrule อยู่ข้างใน เป็นที่ชัดเจนว่า chondrules เกิดขึ้นในอวกาศในช่วงเวลาสั้น ๆ ของความร้อนที่รุนแรงเมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลวของหินรอบ ๆ 3,000 องศาฟาเรนไฮต์น้อยกว่าหนึ่งชั่วโมง สิ่งที่อาจเป็นไปได้สำหรับสิ่งนั้น

นักวิจัยมีสมมติฐานมากมายในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา แต่ไม่ได้รับฉันทามติเกี่ยวกับความร้อนที่เกิดขึ้น

ปัญหา chondrule นั้นมีชื่อเสียงยากและเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าเมื่อเราประกาศให้เพื่อนร่วมงานทราบเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาว่าเรากำลังดำเนินการอยู่ปฏิกิริยาของพวกเขาคือการยิ้มสั่นศีรษะของพวกเขาและแสดงความเสียใจ ตอนนี้เราได้เสนอวิธีการแก้ปัญหาที่เรากำลังเตรียมการสำหรับการตอบสนองที่สำคัญยิ่งขึ้นซึ่งก็ดีเพราะนั่นเป็นวิธีที่วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า

รูปแบบ flyby

ความคิดของเราค่อนข้างง่าย. การพบกัมมันตภาพรังสีหลายร้อย chondrules แสดงว่าพวกมันก่อตัวขึ้นระหว่าง 1.8 และ 4 ล้านปีหลังจากการเริ่มต้นของระบบสุริยะเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อน ในช่วงเวลานี้ดาวเคราะห์น้อยที่หลอมละลายอย่างสมบูรณ์ซึ่งเป็นร่างหลักของอุกกาบาตเหล็กก็มีอยู่มากมาย การปะทุของภูเขาไฟบนดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ปล่อยความร้อนจำนวนมหาศาลออกสู่อวกาศรอบ ๆ พวกเขา วัตถุขนาดเล็กใด ๆ ที่ผ่านไปในระหว่างการปะทุจะได้รับความร้อนที่รุนแรงและสั้น

เพื่อทดสอบสมมติฐานของเราเราแบ่งความท้าทาย นักดาราศาสตร์เฮิร์สต์ได้บดขยี้ตัวเลขเพื่อพิจารณาว่าจำเป็นต้องใช้ความร้อนมากแค่ไหนและใช้เวลานานแค่ไหนในการสร้าง chondrules จากนั้นนักธรณีวิทยากรีนวูดใช้เตาเผาในห้องแล็บของเราที่เวสลียันเพื่อสร้างเงื่อนไขที่คาดการณ์ไว้ใหม่และดูว่าเราสามารถสร้าง chondrules ของเราเองได้หรือไม่

ช่างเทคนิคในห้องปฏิบัติการ Jim Zareski (บนสุด) โหลดเตาแบบตั้งโปรแกรมได้เมื่อ Jim Greenwood ผู้ร่วมเขียนมองในห้องปฏิบัติการของเขาที่ Wesleyan University นี่คือที่ที่ทำจากวัสดุสังเคราะห์

(รูปภาพ: © W. Herbst)

การทดลองกลับกลายเป็นว่าค่อนข้างประสบความสำเร็จ

เราใส่ฝุ่นละเอียดบางอย่างจากหินโลกด้วยองค์ประกอบที่คล้ายกับฝุ่นอวกาศลงในแคปซูลขนาดเล็กวางไว้ในเตาเผาของเราและกรณือุณหภูมิตามช่วงที่คาดการณ์ไว้ ออกมาเป็น chondrule สังเคราะห์ที่ดูดี ปิดคดี? ไม่เร็วนัก

สองปัญหาเกิดขึ้นกับโมเดลของเรา ในตอนแรกเราไม่สนใจปัญหาที่ใหญ่กว่าของวิธีการที่ chondrules มาเป็นส่วนหนึ่งของอุกกาบาตทั้งหมด ความสัมพันธ์ของพวกเขากับสิ่งของระหว่าง chondrules – เรียกว่า matrix คืออะไร? นอกจากนี้แบบจำลองของเราก็ดูมีเสน่ห์สำหรับเราเช่นกัน สสารดั้งเดิมเพียงเล็กน้อยเท่านั้นจะได้รับความร้อนในแบบที่เราเสนอ มันจะเพียงพอหรือไม่ที่จะอธิบายว่าอุกกาบาตที่อัดแน่นไปด้วย chondrule ชนโลก?

การเปรียบเทียบ chondrule สังเคราะห์ (ซ้าย) ที่ทำในห้องทดลอง Wesleyan ด้วยเส้นโค้งความร้อนจากแบบจำลองของ flyby กับ chondrule จริง (ขวา) จากอุกกาบาต Semarkona โครงสร้างผลึกค่อนข้างคล้ายกันดังแสดงในภาพขยาย (แถวล่าง)

(ภาพ: © J. Greenwood)

ทำให้ทั้งอุกกาบาต

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้เรา ขยายโมเดลเริ่มต้นของเรา เพื่อพิจารณาการให้ความร้อนจากวัตถุที่มีขนาดใหญ่มากขึ้นในระยะทางไม่กี่ไมล์ เมื่อสารนี้เข้าใกล้ดาวเคราะห์น้อยร้อนส่วนหนึ่งของมันจะระเหยเป็นเหมือนดาวหางทำให้เกิดบรรยากาศที่เต็มไปด้วยออกซิเจนและองค์ประกอบระเหยอื่น ๆ สิ่งนี้กลายเป็นบรรยากาศแบบที่ chondrules ก่อตัวขึ้นจากก่อนหน้านี้ การศึกษาสารเคมีอย่างละเอียด.

นอกจากนี้เรายังคาดว่าแรงดันความร้อนและก๊าซจะทำให้วัตถุที่แข็งตัวกลายเป็นอุกกาบาตทั้งก้อนผ่านกระบวนการที่เรียกว่า ร้อนกด isostaticซึ่งใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อสร้างโลหะผสม เมื่อ chondrules หลอมละลายเป็นทรงกลมเล็ก ๆ พวกมันจะปล่อยแก๊สเข้าสู่เมทริกซ์ซึ่งดักจับธาตุเหล่านั้นเมื่ออุกกาบาตแข็งตัว หาก chondrules และ chondrites รวมตัวกันในลักษณะนี้เราคาดว่าเมทริกซ์จะได้รับการปรับปรุงในองค์ประกอบเดียวกันกับที่ chondrules จะหมดไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า complementarityในความเป็นจริงได้รับการปฏิบัติมานานหลายทศวรรษและแบบจำลองของเราให้คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับมัน

รูปแบบของผู้แต่งเพื่อสร้างชิ้นส่วน หินก้อนเล็ก ๆ (ขวา) – สองสามไมล์ข้ามหรือน้อยกว่า – ชิงช้าใกล้กับดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ที่ร้อนแรงที่ปะทุลาวาที่พื้นผิว การแผ่รังสีอินฟราเรดจากลาวาร้อนทำให้อุณหภูมิบนหินก้อนเล็ก ๆ สูงพอที่จะสร้างชิ้นส่วนและทำให้ชิ้นส่วนแข็งเป็นวัตถุอุกกาบาต

(ภาพ: © W. Herbert / Icarus)

บางทีคุณสมบัติที่แปลกใหม่ที่สุดของแบบจำลองของเราคือมันเชื่อมโยงการก่อตัว chondrule โดยตรงกับการชุบแข็งของอุกกาบาต เนื่องจากวัตถุที่แข็งอย่างดีจากอวกาศสามารถทำให้มันผ่านชั้นบรรยากาศของโลกเราคาดว่าอุกกาบาตในพิพิธภัณฑ์ของเราจะเต็มไปด้วย chondrules อย่างที่เป็น แต่อุกกาบาตที่แข็งตัวเต็มไปด้วย chondrules จะเป็นข้อยกเว้นไม่ใช่กฎในอวกาศเนื่องจากพวกมันก่อตัวขึ้นโดยกระบวนการที่ค่อนข้างคงที่ซึ่งเรียกว่า flyby ร้อน เราควรรู้ได้เร็วพอถ้าความคิดนี้กักเก็บน้ำเพราะมันทำนายว่า chondrules จะหายากบนดาวเคราะห์น้อย ทั้งสอง ประเทศญี่ปุ่น และ สหรัฐ มีภารกิจต่อเนื่องไปยังดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งจะคืนตัวอย่างในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

หากดาวเคราะห์น้อยเหล่านั้นเต็มไปด้วย chondrules เช่นอุกกาบาตที่แข็งตัวซึ่งขึ้นสู่พื้นผิวโลกโมเดลของเราก็จะถูกทิ้งและการค้นหาวิธีแก้ปัญหา chondrule ที่มีชื่อเสียงก็สามารถดำเนินต่อไปได้ หากในทางกลับกัน chondrules หายากบนดาวเคราะห์น้อยโมเดล flyby จะผ่านการทดสอบที่สำคัญ

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ซ้ำจาก The Conversation ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons อ่านบทความต้นฉบับ

ติดตามปัญหาและการอภิปรายของผู้เชี่ยวชาญด้านเสียงทั้งหมดและร่วมเป็นส่วนหนึ่งของการอภิปราย Facebook และ พูดเบาและรวดเร็ว. มุมมองที่แสดงเป็นของผู้แต่งและไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของผู้จัดพิมพ์