سیارک دونالدجوهانسون؛ بادام زمینی لرزان منظومه شمسی

شبیه یک بادام‌زمینی آسمانی است و مثل فرفره‌ای سرمست رفتار می‌کند. دونالدجوهانسون کوچک، زخمی و به‌طرزی غیرمنتظره درباره گذشته‌اش گویاست.

مأموریت لوسی ناسا نشان داد که سیارک دونالدجوهانسون یک سنگ فضایی لرزان و بادام‌زمینی‌شکل است که چرخش آن طی میلیون‌ها سال به‌تدریج بر اثر نور خورشید تغییر کرده است. این سیارک همچنین سرنخ‌هایی دارد که نشان می‌دهد آب مایع برای مدت کوتاهی روی جرم مادر آن وجود داشته و دید تازه‌ای از تکامل اولیه منظومه شمسی ارائه می‌کند. 

در ۲۰ آوریل ۲۰۲۵، فضاپیمای لوسی تا فاصله‌ای حدود ۶۵۰ مایل از دونالدجوهانسون نزدیک شد و نخستین تصاویر و طیف‌های نمای نزدیک از این جرم پیش‌تر ناشناخته کمربند اصلی را ثبت کرد. تصویرگر ال‌لوری فضاپیما نزدیک‌شدنی تماشایی را ضبط کرد: یک ویدیوی زمان‌گریز ساخته‌شده از عکس‌هایی که طی دو ساعت گرفته شدند، زمانی که لوسی از فاصله‌ای بیش از ۵۸٬۰۰۰ مایل، معادل ۹۳٬۰۰۰ کیلومتر، به نزدیکی عبوری ۱۰۰۰ کیلومتری از جرمی با پهنای تقریبی ۸ کیلومتر رسید.

ویدیوی زمان‌گریزی که از تصاویر ثبت‌شده توسط فضاپیمای لوسی ناسا هنگام نزدیک شدن به سیارک دونالدجوهانسون در ۲۰ آوریل ۲۰۲۵ ساخته شده است. ابزار ال‌لوری، یعنی تصویرگر شناسایی دوربرد لوسی و دوربین سیاه‌وسفید وضوح‌بالای فضاپیما، این تصاویر را طی دو ساعت گردآوری کرد؛ زمانی که فضاپیما به‌سرعت از فاصله اولیه بیش از ۵۸٬۰۰۰ مایل، معادل ۹۳٬۰۰۰ کیلومتر، به سیارک نزدیک شد تا در نهایت تنها از فاصله ۶۵۰ مایلی، معادل ۱۰۰۰ کیلومتر، از کنار سیارکی با پهنای ۵ مایل، معادل ۸ کیلومتر، عبور کند. 

چرا این سنگ سرگردان اهمیت دارد

دونالدجوهانسون مانند یک جرم منظم با چرخش تک‌محوره رفتار نمی‌کند. در عوض، لوسی حرکتی ترکیبی را آشکار کرد: این سیارک هر ۱۰٫۵ روز زمینی از سر تا ته واژگون می‌شود و هم‌زمان در چرخه‌ای حدودا ۲۶٫۵ روزه پیرامون محور بلند خود تاب می‌خورد. این دو حرکت در کنار هم چرخشی نامنظم و غیرمحوری ایجاد می‌کنند که از خشونت‌های گذشته و دگرگونی آهسته آن حکایت دارد.

چرا باید به چرخش اهمیت داد؟ زیرا چرخش شکل، فرایندهای سطحی و حتی شیوه‌ای را کنترل می‌کند که نور خورشید در مقیاس زمان زمین‌شناسی به‌آرامی یک جرم را تغییر می‌دهد. شکل دونالدجوهانسون دو‌لوبی است؛ دو بخش که با گردنی باریک به هم متصل شده‌اند، همان شمایل کلاسیک بادام‌زمینی. این ظاهر نتیجه تراش آرام نیست، بلکه اثر انگشت گردآمدن دوباره مواد است. بر اساس تحلیل تیم لوسی که در مجله ساینس منتشر شده، تکه‌های ناشی از یک برخورد فاجعه‌بار حدود ۱۵۵ میلیون سال پیش زیر نیروی گرانش خود دوباره به هم پیوستند و این جرم مرکب را ساختند.

تصاویر نزدیک سطحی را نشان می‌دهند که با دهانه‌های برخوردی سوراخ‌سوراخ شده و با برآمدگی‌های فرسوده شکل گرفته است، اما لبه‌های بسیاری از کاسه‌های برخوردی نرم و کم‌وضوح‌اند. این هموارشدگی نشانه‌ای روشن است از اینکه مواد سست با تغییر نرخ چرخش به سمت پایین حرکت کرده‌اند، عوارض تیزتر را پوشانده‌اند و شیب‌ها را دوباره شکل داده‌اند. مدل‌ها نشان می‌دهند دونالدجوهانسون زمانی دست‌کم ده برابر سریع‌تر از امروز می‌چرخیده است. طی ۲۰ تا ۶۰ میلیون سال گذشته، چرخش آن کند شده و به گرانش اجازه داده تا آوارهای سطحی را دوباره جمع و بازتوزیع کند.

نور خورشید به‌عنوان موتوری آهسته

شاید بعید به نظر برسد، اما نور خورشید می‌تواند مانند موتوری ظریف عمل کند. اثر یارکوفسکی، اوکیف، رادزیفسکی و پداک، که معمولا اثر یورپ نامیده می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که یک سیارک نامنظم زیر تابش خورشید گرم می‌شود و سپس آن انرژی را به شکل نور فروسرخ بازمی‌تاباند. این نور بازتابیده تکانه حمل می‌کند. روی جرمی ناهموار و نامتقارن، رانش‌های بسیار کوچک یکدیگر را خنثی نمی‌کنند و طی میلیون‌ها سال می‌توانند جسم را بپیچانند، به آن گشتاور وارد کنند، نرخ چرخشش را تغییر دهند و حتی محور چرخش آن را وارونه کنند.

دونالدجوهانسون به نظر می‌رسد نمونه‌ای آموزنده از عملکرد اثر یورپ در کمربند اصلی سیارک‌ها باشد. لرزش کند و پیچیده کنونی آن احتمالا نقطه پایانی یک کاهش سرعت بلندمدت است که بر اثر گرم‌شدن نامتوازن خورشیدی ایجاد شده. همین سازوکار روی توده‌های آواری دیگر به‌گونه‌ای متفاوت اثر گذاشته است: بنو اکنون تقریبا هر چهار ساعت یک بار و ریوگو هر هفت ساعت یک بار می‌چرخد، که هر دو بسیار سریع‌تر از نرخ‌های چرخش معمول اجرام آغازین هستند. این تفاوت نشان می‌دهد نور خورشید چگونه می‌تواند اجرامی ظاهرا مشابه را در مسیرهای تکاملی بسیار متفاوتی پیش ببرد.

سرنخ‌های معدنی از آب مایع گذرا

شاید چشمگیرترین کشف در دیدار کوتاه لوسی، شناسایی کانی‌های رسی سرشار از آهن روی سطح دونالدجوهانسون بود که با طیف‌سنج فروسرخ مأموریت انجام شد. فیلوسیلیکات‌های آهن‌دار در حضور آب مایع شکل می‌گیرند. با این حال، امضای ویژه ثبت‌شده روی دونالدجوهانسون نشان‌دهنده قرارگیری کوتاه‌مدت در معرض دگرسانی آبی است.

چرا مدت‌زمان اهمیت دارد؟ برهم‌کنش طولانی با آب مایع معمولا با تحول شیمی سنگ، رس‌های آهن‌دار را به گونه‌های غنی از منیزیم تبدیل می‌کند. در مقابل، بنو و ریوگو رس‌های منیزیم‌دار نشان می‌دهند که با محیط‌های آبی بادوام‌تر، احتمالا برای میلیون‌ها سال، زمانی که هنوز بخشی از اجرام مادر بزرگ‌تر بودند، سازگار است. رس‌های آهن‌دار دونالدجوهانسون از دوره‌های مرطوب کوتاه‌عمر خبر می‌دهند: شاید گرم‌شدن موضعی ناشی از برخوردها، سامانه‌های گرمابی گذرا یا تماس‌های کوتاه درون یک جرم مادر پیش از آنکه قطعات دوباره گرد هم آیند و سرد شوند.

در جریان رویارویی ۲۰ آوریل ۲۰۲۵ با سیارک کمربند اصلی دونالدجوهانسون، فضاپیمای لوسی ناسا با استفاده از طیف‌سنج فروسرخ خود شواهدی از رس‌های غنی از آهن روی سطح آن کشف کرد. این رس‌ها، که شبیه موادی هستند که در شهاب‌سنگ‌های غنی از کربن مانند کیوئی ۹۷۹۹۰ یافت شده‌اند، نشان می‌دهند در گذشته‌ای دور آب برای مدت کوتاهی در این سیارک حضور داشته است. اعتبار: ناسا/گادرد/مؤسسه تحقیقات جنوب‌غربی/دن گلگر

این تفاوت‌ها برای فهم منظومه شمسی اولیه مهم‌اند. اگر اجرام مادر در مناطق متفاوت یا در زمان‌های مختلف شکل گرفته باشند، بودجه گرمایی داخلی، تاریخچه برخوردها و ذخایر مواد فرار آن‌ها از هم جدا می‌شود و تنوع کانی‌شناختی‌ای را می‌سازد که امروز مشاهده می‌کنیم. به نظر می‌رسد دونالدجوهانسون قطعه‌ای نسبتا جوان باشد که حدود ۱۵۵ میلیون سال پیش ایجاد شده، بسیار جوان‌تر از بنو و ریوگو که پیشینه آن‌ها به حدود یک تا دو میلیارد سال پیش می‌رسد.

مقایسه‌ها و زمینه علمی

سیاره‌شناسی تطبیقی جعبه‌ابزار دانشمندان است. بنو و ریوگو به‌ترتیب توسط مأموریت‌های اوسایریس-رکس و هایابوسا۲ از نزدیک بررسی شده‌اند، از جمله با بازگرداندن نمونه‌هایی که به پژوهشگران اجازه داد به شیمی مواد اولیه منظومه شمسی نگاه دقیق‌تری بیندازند. گذر نزدیک لوسی از دونالدجوهانسون این مجموعه نمونه‌ها را بدون بازگرداندن فیزیکی مواد به زمین گسترش می‌دهد. هر سیارک یک کپسول زمان است، اما هرکدام در آزمایشگاهی متفاوت مهر و موم شده‌اند.

دونالدجوهانسون تمام عمر خود را در کمربند اصلی گذرانده است، در حالی که بنو و ریوگو به مدارهای نزدیک زمین مهاجرت کرده‌اند. این تفاوت بر محیط‌های گرمایی و برخوردی‌ای اثر می‌گذارد که این اجرام تجربه کرده‌اند. مهاجرت می‌تواند سیارک‌ها را در معرض دوره‌های تازه گرم‌شدن و برهم‌کنش‌های کشندی قرار دهد و نرخ و سبک تکامل سطحی را تغییر دهد. یک جرم بادام‌زمینی‌شکل در کمربند اصلی که هرگز از این کمربند خارج نشده، نقطه داده‌ای مکمل برای نمونه‌های نزدیک زمین در اختیار دانشمندان می‌گذارد.

رویارویی لوسی همچنین آزمونی برای عملیات فضاپیما و ابزارهای آن پیش از هدف اصلی مأموریت بود: بازدید از سیارک‌های تروجان مشتری. همه تجهیزات لوسی مطابق برنامه عمل کردند و اطمینان دادند که فضاپیما می‌تواند سفر طولانی و هماهنگی دقیق‌تری را که برای مطالعه تروجان‌ها لازم است انجام دهد؛ اجرامی که گمان می‌رود حتی کهن‌تر و بهتر از بسیاری از قطعات کمربند اصلی حفظ شده باشند.

دیدگاه کارشناس

«یک سنگریزه دو‌لوبی و لرزان ممکن است ساده به نظر برسد، اما دونالدجوهانسون فصلی کلیدی در روایت بزرگ‌تر منشأ بلوک‌های سازنده سیارات است»، دکتر النا وارگاس، دانشمند سیاره‌شناس در مؤسسه تحقیقات جنوب‌غربی، می‌گوید. «رس‌های غنی از آهن به ما می‌گویند پنجره‌ای از وجود آب مایع در جایی از تبار این جرم باز بوده است، هرچند کوتاه. همین رطوبت کوتاه‌مدت فرضیه‌های ما را درباره چگونگی دگرگونی و اختلاط مواد در منظومه شمسی اولیه تغییر می‌دهد.»

«اندازه‌گیری‌های لوسی به ما اجازه می‌دهد بافت‌های سطحی، کانی‌شناسی و حالت‌های چرخش را به شیوه‌هایی مقایسه کنیم که یک دهه پیش فقط رویای آن را داشتیم. هر تفاوتی که میان اجرامی مانند دونالدجوهانسون، بنو و ریوگو پیدا می‌کنیم، محدودیت‌های مدل‌های شکل‌گیری و مهاجرت سیاره‌ای را دقیق‌تر می‌کند.»

گام بعدی چیست

داستان لوسی هنوز به پایان نرسیده است. پس از رویارویی موفق با دونالدجوهانسون، این فضاپیما به مسیر خود به سوی مجموعه‌ای از سیارک‌های تروجان ادامه می‌دهد که نزدیک نقاط لاگرانژی پایدار مشتری گردش می‌کنند. این تروجان‌ها احتمالا موادی را از نخستین دوره‌های منظومه شمسی حفظ کرده‌اند و می‌توانند نظریه‌های مربوط به مهاجرت سیاره‌ای و انتقال مواد فرار به سیارات درونی را به‌طور چشمگیری دقیق‌تر کنند.

نام لوسی از یک فسیل نمادین گرفته شده و این تشبیه کاملا مناسب است: هر دو تکه‌هایی از یک داستان منشأ را آشکار می‌کنند که مدت‌ها پیش نوشته شده است. دانشمندان با ترکیب پویایی چرخشی، ریخت‌شناسی سطح و شیمی کانی‌ها می‌توانند توالی رویدادها را بازسازی کنند: برخوردها، گردآمدن دوباره، گرم‌شدن، دوره‌های آبی گذرا و اثر آرام اما بی‌وقفه نور خورشید.

اجرام کوچک ساده نیستند. آن‌ها وقایع‌نامه‌اند.

جمع‌بندی

دونالدجوهانسون از نظر اندازه فروتن، اما از نظر اطلاعات سرشار است. شکل دو‌لوبی، چرخش لرزان و رس‌های غنی از آهن آن، گزارشی فشرده از شکل‌گیری برخوردی، تکامل چرخش بر اثر یورپ و دگرسانی آبی کوتاه‌مدت ارائه می‌کند. وقتی این جرم در کنار بنو، ریوگو و داده‌های آینده لوسی از سیارک‌های تروجان قرار می‌گیرد، همین سنگ بادام‌زمینی‌شکل به پر کردن شکاف‌های تصویر ما از تاریخ منظومه شمسی کمک می‌کند و نشان می‌دهد تفاوت در زمان، مکان و تاریخچه گرمایی چگونه خانواده متنوع اجرام کوچک امروزی را پدید آورده است.

لوسی یک گذر نزدیک کوتاه را به بینشی ماندگار تبدیل کرده است. داده‌های این مأموریت سال‌ها بررسی خواهند شد و هر تحلیل تازه، داستانی را که این بادام‌زمینی لرزان درباره آب، برخوردها و دست آهسته نور خورشید برای گفتن دارد، دقیق‌تر خواهد کرد.