آپوفیس ۲۰۲۹ و خطر پنهان زباله های فضایی برای علم

سنگی ۳۷۰ متری را تصور کنید که با سرعت ده‌ها هزار کیلومتر از کنار زمین عبور می‌کند. از نظر نجومی، آن‌قدر نزدیک که گرانش سیاره بتواند سطح آن را بکشد، بفشارد و تحریک کند. آن‌قدر نزدیک که نیروهای کشندی بر چرخش آن اثر بگذارند و شاید رگولیت سطحی را به حرکت درآورند. آن‌قدر نزدیک که قصد داریم آن را با بهترین ابزارهای علمی موجود رصد کنیم.

دانشمندان انتظار برخورد ندارند. دهه‌ها رصد مسیر آپوفیس را به دالانی بسیار دقیق در فضای نزدیک زمین محدود کرده است. با این حال، دقت روی کاغذ می‌تواند با آشفتگی واقعیت روبه‌رو شود. این آشفتگی در اینجا ساخته دست انسان است: تکه‌های فلز، پوسته‌های رنگ، ماهواره‌های از کارافتاده و دیگر زباله‌های فضایی که در مدارهای بلند زمین شناورند.

وقتی زمین سنگی در حال چرخش را می‌کشد

آپوفیس در گذر نزدیک سال ۲۰۲۹ از فاصله‌ای کمتر از ۳۲ هزار کیلومتر از کنار سیاره ما عبور خواهد کرد. این فاصله آن را به‌خوبی در ناحیه‌ای قرار می‌دهد که گرانش زمین می‌تواند چرخش و سطح یک سیارک را به‌طور معنادار دگرگون کند. همین، فرصت علمی مهمی است. گرانش می‌تواند زمین‌لغزش‌هایی روی سیارک ایجاد کند، رویدادهای لرزه‌ای را برانگیزد و موادی را که زیر پوسته فرسوده و هوازده آن پنهان شده‌اند آشکار کند. دو ماموریت نیز از هم‌اکنون برای مطالعه این اثرات آماده شده‌اند.

ماموریت اوسیریس-اپکس ناسا و ماموریت رامسس آژانس فضایی اروپا قرار است این گذر را رصد کنند. آن‌ها به دنبال تغییر در شکل، نرخ چرخش و هرگونه ماده پرتاب‌شده‌ای خواهند بود که بتواند از ساختار درونی سیارک خبر بدهد. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، این فضاپیماها نمونه‌ای کلاسیک از این را ثبت خواهند کرد که گرانش یک سیاره چگونه جرم کوچکی را بازآرایی می‌کند.

اما اگر پیش از آغاز این رصدها، چیز دیگری آپوفیس را کمی منحرف یا تحریک کند چه؟ حتی برخوردی جزئی با زباله‌های فضایی، سیارک را وارد مداری تازه به دور زمین نخواهد کرد. با این حال، علم ماجرا را پیچیده می‌کند. یک دهانه برخوردی، ابری از مواد پرتاب‌شده یا تغییری ناگهانی در چرخش می‌تواند سیگنال ناشی از اثر کشندی زمین را مبهم کند. کدام تغییر از زمین آمده است؟ کدام از یک پیچ یا تکه سرگردان؟ جدا کردن این اثرها کار ساده‌ای نخواهد بود.

مسیر پیش‌بینی‌شده آپوفیس آن را بی‌خطر از کنار زمین و ماه عبور می‌دهد. 

شبیه‌سازی رویارویی با زباله‌های فضایی

فیزیک‌دانان جولیا اسکِتینو و آلساندرو روسی از موسسه فیزیک کاربردی ایتالیا این سناریو را مدل‌سازی کردند. آن‌ها مسیر به‌خوبی تعیین‌شده آپوفیس را در نظر گرفتند، ناحیه زمین‌آهنگ را با اجرام ردیابی‌شده پر کردند و سپس جمعیتی محتمل از قطعات دیده‌نشده را نیز به آن افزودند. ناحیه زمین‌آهنگ در ارتفاعی حدود ۳۶ هزار کیلومتری بالای زمین قرار دارد. اجرام در این ناحیه با همان نرخی به دور زمین می‌چرخند که سیاره می‌چرخد. این بخش از فضا برای ماهواره‌ها هم شلوغ است و هم ارزشمند.

روسی و اسکِتینو انتظار داشتند خطر ناچیزی پیدا کنند. آن‌ها پیش‌بینی می‌کردند نتیجه عملا صفر باشد. اما شبیه‌سازی‌هایشان احتمال کوچک، اما غیرصفری را نشان داد که آپوفیس ممکن است با چیزی ساخته دست انسان روبه‌رو شود. نه برخوردی سینمایی. نه تغییری در مسیر آن به دور خورشید. بلکه ضربه‌ای کوچک. خراشی جزئی. یا توده‌ای از مواد پراکنده.

چرا این موضوع فراتر از تیترهای خبری اهمیت دارد؟ چون ارزش علمی این گذر به یک آزمایش کنترل‌شده وابسته است: زمین نیرو وارد می‌کند، ما رصد می‌کنیم. اگر برخوردی غیرمنتظره اضافه شود، آن «کنترل» از میان می‌رود. تفسیر داده‌ها مبهم‌تر می‌شود. ابزارها همچنان می‌توانند نشانه‌های برخورد را تشخیص دهند. این حتی شاید مفید هم باشد. اما دو فرایند فیزیکی را در یک مجموعه داده آشفته در هم می‌آمیزد.

مسئله دیگر، زباله‌های آبشاری است. آیا برخوردی کوچک می‌تواند همان واکنش زنجیره‌ای معروف به سندرم کسلر را آغاز کند؛ حالتی که در آن برخوردها قطعات بیشتری می‌سازند و آن قطعات برخوردهای بعدی را رقم می‌زنند؟ پاسخ این مطالعه اطمینان‌بخش است. محیط زمین‌آهنگ بسیار خلوت‌تر از مدار پایین زمین است. مواد پرتاب‌شده از یک برخورد با آپوفیس به احتمال زیاد آبشاری مهارنشدنی ایجاد نمی‌کنند که ماهواره‌های دیگر را تهدید کند.

آنچه این پژوهش واقعا آشکار می‌کند، نادانی ماست. ما ماهواره‌های بزرگ و زباله‌های آشکار را ردیابی می‌کنیم. اما هزاران قطعه کوچک‌تر، به‌ویژه در ارتفاعات بالا، عملا از دید پیمایش‌های کنونی پنهان می‌مانند. همین قطعات کارت‌های ناشناخته بازی‌اند. آن‌قدر کوچک‌اند که از ردیابی روزمره می‌گریزند، اما در موارد نادر آن‌قدر بزرگ‌اند که یک برنامه رصدی دقیق و از پیش طراحی‌شده را تغییر دهند.

دیدگاه کارشناس

دکتر پریا منون، اخترفیزیک‌دانی که در یک مرکز پژوهشی دانشگاهی دینامیک اجرام کوچک را مطالعه می‌کند، می‌گوید: «رویارویی ۲۰۲۹ یک آزمایش طبیعی کم‌نظیر است. ما درباره ساختار درونی، چسبندگی و واکنش رگولیت به نیروهای کشندی خواهیم آموخت. اما آزمایش‌ها به ورودی‌های روشن نیاز دارند. زباله‌های ناشناخته یک ورودی ناشناخته‌اند. همین موضوع ما را وادار می‌کند پیش از آن رویداد، درباره پایش و مدل‌سازی دوباره فکر کنیم.»

منون اشاره می‌کند که نسل آینده تلسکوپ‌های پایشی کمک خواهد کرد. آژانس فضایی اروپا و شرکای آن در چند سال آینده برنامه‌هایی برای پایش تقویت‌شده مدارهای بلند زمین دارند. توان تشخیص بهتر، عدم قطعیت درباره جمعیت قطعات را کاهش می‌دهد و به تیم‌های ماموریت اجازه می‌دهد راهبردهای رصدی خود را دقیق‌تر کنند.

تنظیمات عملیاتی نیز امکان‌پذیر است. برای نمونه، اگر تلسکوپ‌ها قطعه‌ای نامزد را در مسیری متقاطع شناسایی کنند، تیم‌ها می‌توانند زمان رصدها را طوری تنظیم کنند که نشانه‌های برخورد جدا شود یا ابزارها را برای ثبت مواد پرتاب‌شده دوباره هدف‌گیری کنند. انعطاف‌پذیری کلیدی خواهد بود. همکاری بین‌المللی نیز همین‌طور، زیرا زباله‌های مداری و ماموریت‌های فضایی مرزهای ملی را به رسمیت نمی‌شناسند.

ماموریت‌ها چه چیزی را رصد می‌کنند و امیدوارند چه ببینند

رامسس و اوسیریس-اپکس محموله‌های علمی مکملی حمل می‌کنند. ابزارهای سطحی مانند لرزه‌سنج‌ها و گرانش‌سنج‌ها می‌توانند سیگنال مکانیکی یک برخورد را ثبت کنند. تصویربردارها و طیف‌سنج‌های مداری نیز به دنبال مواد تازه و ترکیب هرگونه توده یا فواره پرتاب‌شده خواهند بود. این مجموعه ابزارها می‌تواند میان بازشکل‌گیری کشندی و اثرات برخوردی تمایز بگذارد، به شرط آنکه بدانیم چه چیزی را چه زمانی باید جست‌وجو کنیم.

تفسیر داده‌ها به تطبیق دقیق نیاز دارد: تصاویر دارای مهر زمانی، اندازه‌گیری‌های درجا و پایش پیش از رویارویی زباله‌های نزدیک زمین. اگر توده‌ای از مواد ثبت شود، طیف‌سنج‌ها ممکن است تعیین کنند آیا با رگولیتی سازگار است که بر اثر لرزش کشندی بیرون آمده یا با ضربه‌ای پرانرژی از فلزات و کامپوزیت‌های ساخت بشر. چنین سطحی از جزئیات جرم‌شناسانه می‌تواند حتی از یک رویداد آشفته نیز ارزش علمی استخراج کند.

جمع‌بندی

گذر نزدیک آپوفیس در سال ۲۰۲۹ هم برای زمین بی‌خطر است و هم از نظر فرصت علمی شکننده. برخوردی بسیار کوچک و بعید با زباله‌های فضایی بشریت را به خطر نمی‌اندازد، اما فرصتی را که شاید فقط یک‌بار در یک نسل برای تماشای بازنویسی یک جهان کوچک توسط گرانش به دست می‌آید، پیچیده می‌کند. مطالعه روسی و اسکِتینو یادآوری روشنی است: شلوغی ساخته دست ما در مدار فقط مزاحمتی عملیاتی نیست. این شلوغی می‌تواند در آزمایش‌های علوم فضای عمیق نیز اختلال ایجاد کند.

نتیجه عملی ساده است. باید در پایش بهتر زباله‌های ارتفاع بالا سرمایه‌گذاری کنیم. تبادل داده بین‌المللی را دقیق‌تر و سریع‌تر کنیم. و نزدیک شدن آپوفیس را انگیزه‌ای بدانیم برای سامان دادن به محیط مداری پیش از آنکه آن روز فرا برسد.