9 دقیقه
قطعات باستانی و یک اثر انگشت شگفت‌انگیز
سامانهٔ خورشیدی حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش از یک دیسک چرخان گاز و غبار شکل گرفت. سیارک‌ها از جمله بازماندگان بسیار خوب نگهداری‌شدهٔ آن دوران هستند: اجرامی کوچک که اطلاعاتی از فرایندهای نخستین شکل‌گیری سیارات، برخوردها و تفکیک شیمیایی را حفظ کرده‌اند. پژوهشگران سیارک‌ها را بر اساس نوری که بازتاب میکنند — یعنی طیف‌هایشان — دسته‌بندی میکنند؛ طیفها از مواد سطحی مانند فلزات، سیلیکات‌ها یا مواد کربن‌دار خبر می‌دهند. این کلاسهای طیفی (برچسب‌گذاری‌شده با حروفی مانند M، K، C و غیره) به اخترشناسان کمک میکنند تنوع و منشأ جمعیت‌های سیارکی را ترسیم کنند.
یک مطالعهٔ جدید به سرپرستی دانشمند IPAC، جو مازیرو، که در The Planetary Science Journal منتشر شده است، از محور رصدی متفاوتی — یعنی قطبش نور بازتابی — برای ارتباط دادن دو کلاس سیارکی ظاهراً متمایز استفاده کرده است. نتیجهٔ شگفت‌آور این بود که هر دو نوع سیارکی M (غنی از فلز) و K (غنی از سیلیکات) نشانگر یک پوشش سطحی نادر یکسان را نشان می‌دهند: ترویلیت، یک سولفید آهن (FeS). این نشان ترویلیت که در کمربند سیارکی نادر است، مانند یک اثر انگشت عمل میکند و اجرامی را به هم پیوند میدهد که در غیر این صورت از نظر ترکیب سطحی متفاوت به نظر می‌رسند.
«سیارک‌ها به ما این فرصت را می‌دهند تا آنچه در سامانهٔ خورشیدی آغازین می‌گذشت را مانند یک فریز فریم ببینیم؛ شرایطی که وقتی نخستین اجسام جامد شکل گرفتند وجود داشت.» مازیرو گفت. این مطالعه از اندازهگیریهای قطبش در نزدیک مادون قرمز برای بررسی مواد سطحی استفاده میکند که طیف نور بازتابی معمولی ممکن است آن‌ها را نشان ندهد و بدین‌ترتیب بعد جدیدی به پایش از راه دور سیارک‌ها می‌افزاید.
این تصویر نشان میدهد که یک سیارک چگونه در فازهای مختلف بسته به موقعیتش نسبت به خورشید دیده می‌شود، مشابه فازهای ماه. اعتبار تصویر: Caltech/IPAC/K. Miller
رده‌بندی سیارکی، رگولیت و چالش‌های رصدی
رده‌های طیفی سیارک‌ها مفیدند اما کامل نیستند. سیارکهای نوع M رفتار طیفی‌ای نشان می‌دهند که با فلز فراوان سازگار است، در حالی که سیارکهای نوع K علامت‌های سیلیکاتی دارند که شبیه گروه‌‌هایی از شهاب‌سنگ‌هاست. با این حال، ظاهر یک سیارک در طیف به عوامل فراوانی فراتر از ترکیب شیمیایی بستگی دارد: اندازه ذرات و تخلخل رگولیت (لایهٔ شُلِ گرد و غبار، قلوه‌سنگ‌ها و سنگ‌هایی که سطح را می‌پوشانند)، شکل و چرخش جسم، فرسایش فضایی، و زاویهٔ فاز — هندسهٔ خورشید–سیارک–زمین در زمان رصد. این متغیرها میتوانند ویژگی‌های تشخیصی طیفی را پنهان یا تغییر دهند.
از آنجا که زاویهٔ فاز هم بر درخشندگی و هم بر ویژگی‌های طیفی تأثیر می‌گذارد، دو جسم با ترکیب کلی متفاوت گاهی میتوانند بسته به هندسهٔ رصد شبیه‌تر یا متفاوت‌تر به نظر برسند. آن ابهام مازیرو و همکارانش را ترغیب کرد که قطبش را بهعنوان یک ابزار تکمیلی اضافه کنند. قطبش جهتگیری موجهای نوری را پس از بازتاب توصیف میکند و به بافت سطح، ترکیب دانهها و اندازهٔ ذرات به شیوه‌هایی واکنش نشان میدهد که بازتاب طیفی نشان نمی‌دهد.
«در حالی که طیفها نشان می‌دهند مواد معدنی متفاوتی روی سطح این اجرام وجود دارد، ما در تلاشیم بفهمیم این اجرام تا چه حد واقعاً متفاوت هستند.» مازیرو توضیح داد. «ما می‌خواهیم ساعت را به زمانی بازگردانیم که این‌ها شکل گرفتند و تحت چه شرایطی در سامانهٔ خورشیدی اولیه پدید آمدند.»
این انیمیشن نشان میدهد که یک سیارک چگونه در فازهای مختلف بسته به موقعیتش نسبت به خورشید دیده می‌شود، مشابه فازهای ماه. اعتبار تصویر: Caltech/IPAC/K. Miller
استفاده از قطبش برای آشکارسازی ترویلیت و استنتاج اجسام والد
قطبش بهعنوان محور رصدی سوم
قطبش جهت موجهای نور را توصیف میکند و معمولاً در مطالعات جوی و سیاره‌ای استفاده می‌شود. مواد معدنی مختلف نور بازتابی را در طول‌موج‌ها و هندسه‌های دیدی گوناگون به‌طور متفاوتی قطبیده میکنند. مازیرو با استفاده از اندازهگیریهای قطبش در نزدیک مادون قرمز و با ابزار WIRC+Pol در رصدخانهٔ پالومار کال‌تک دید که درجه و زاویهٔ قطبش چگونه با زاویهٔ فاز برای نمونه‌ای از سیارکهای نوع M و K تغییر میکند.
برخلاف درخشندگی یا شیب طیفی، قطبش میتواند سهم‌های ظریف از دانه‌های کوچک یا شفاف روی سطح را آشکار کند، از جمله پوشش‌ها و لایه‌های گرد و غبار که ممکن است در طیف‌های بازتابی غالب نباشند. در این مطالعه، تغییرات قطبش با زاویهٔ فاز پاسخ نسبتاً یکنواختی در میان اهداف نوع M و K نشان داد که با انتظارات آزمایشگاهی و نظری برای سطوحی که توسط ترویلیت (سولفید آهن) پوشیده شدهاند مطابقت دارد.
«قطبش به ما بینشی دربارهٔ مواد معدنی روی سیارک‌ها میدهد که صرفاً از نحوهٔ بازتاب نور خورشید یا شکل طیف نمی‌توانیم به دست آوریم.» مازیرو گفت. «قطبش یک محور سوم را فراهم میکند تا دربارهٔ کانی‌شناسی سطح سوالاتی بپرسیم که مستقل از درخشندگی یا اطلاعات طیفی است.»
مشاهدات از پالومار
مازیرو نقش پالومار را برجسته کرد: «پالومار تاسیساتی فوق‌العاده است. تعامل با تیم رصدی آنجا عالی است؛ اپراتورهای تلسکوپ و اخترشناسان پشتیبان واقعاً کمک میکنند تا بهترین داده‌ها را به دست آورید. برای داده‌های قطبش فروسرخ که لازم داشتم، هیچ ابزار دیگری نیست که بتواند تا این حد عمیق برود. این یک مزیت منحصر به فرد پالومار است.» ابزار WIRC+Pol اندازهگیریهای قطبش دقیق در نزدیکی مادون قرمز از اهداف سیارکی کم‌نور را ممکن ساخت و دامنهٔ کاربرد تشخیص‌های قطبشی را به ناحیه‌ای طیفی گسترش داد که کمتر تحت تأثیر فرسایش فضایی قرار دارد.
پیامدها: اجسام والد مشترک و فرایندهای سطحی
یافتن پوشش گرد و غبار غنی از ترویلیت روی هر دو نوع سیارکی M و K نشان‌دهندهٔ تاریخچه‌ای مشترک است. ترویلیت در سراسر کمربند سیارکی رایج نیست، بنابراین حضور آن روی دو کلاس ترکیباً متمایز به یکی از دو سناریوی کلی اشاره دارد: یا این سیارک‌ها قطعاتی از عمق‌های مختلف یک جسم والد بزرگتر هستند که قبلاً تفکیک شده بود (با هسته‌های غنی از فلز، گوشته‌های سیلیکاتی و لایه‌هایی که ترویلیت دارند)، یا ابر گرد و غباری از ترویلیت بعد از یک شکستگی فاجعهبار قطعات را پوشانده است.
این ایدهٔ لایه‌بندی مشابه ساختار درونی زمین است: یک سیارک والد تفکیکشده میتواند قطعات غنی از فلز (شبیه مادهٔ هسته) و قطعات غنی از سیلیکات (گوشته یا پوسته) تولید کند. یک لایه یا پوشش گرد و غبار ترویلیت که در اثر گرمایش، ذوب جزئی یا پردازش ناشی از برخورد تولید شده باشد میتواند روی بسیاری از قطعات نشست کند و پوشش سطحی تشخیصی‌ای باقی بگذارد که از طریق قطبش قابل رویت است.
هر تفسیر پیامدهای مهمی برای مدلهای پویایی سامانهٔ خورشیدی اولیه، تکامل برخوردی و توزیع کانی‌های سولفیدی میان اجرام کوچک دارد. اگر قطعات پوشیده از ترویلیت از درون سیاره‌واره‌های بزرگ تفکیکشده آمده باشند، آنگاه این نتایج محدودیت‌های رصدی جدیدی دربارهٔ گستردگی تفکیک و گرمایش داخلی در میان اجسام اولیهٔ سامانهٔ خورشیدی ارائه می‌دهند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر لینا تورس، اخترفیزیکی که در سطوح اجرام کوچک تخصص دارد، اظهار کرد: «پلاریمتری یا قطب‌سنجی ابزاری کمتر استفاده‌شده اما قدرتمند برای علوم سیارکی است. آنچه این مطالعه نشان میدهد این است که با ترکیب قطبش با طیفسنجی و اندازهگیریهای حرارتی می‌توانیم پوششهای سطحی را از ترکیب کلی جدا کنیم. پیوند ترویلیت قانع‌کننده است زیرا یک پیشبینی قابل آزمون ارائه میدهد: مجموعههای شهاب‌سنگی و مأموریتهای بازگرداندن نمونهٔ آینده میتوانند به دنبال نشانگرهای ترویلیت و توزیع اندازهٔ دانهٔ مشابه بگردند. این مستقیماً سنجش از دور را به تحلیل آزمایشگاهی پیوند خواهد داد.»
این نوع رویکرد چندرشتهای — ترکیب پلاریمتری تلسکوپی، طیفسنجی، ژئوشیمی شهاب‌سنگ‌ها و نمونهبرداری فضایی — برای رمزگشایی تاریخ‌های پیچیده‌ای که توسط اجرام کوچک حفظ شدهاند ضروری خواهد بود.
نتیجه‌گیری
اندازهگیریهای قطبش از پالومار یک نشان گرد و غبار ترویلیت نادر را که در هر دو نوع سیارکی M و K مشترک است کشف کرده‌اند؛ این نشان میدهد که این اجرام ظاهراً متفاوت ممکن است اصل و نسب مشترک داشته باشند یا تحت همان فرایند پوشش‌دهی پس از شکست قرار گرفته باشند. با افزودن قطبش بهعنوان محور رصدی سوم در کنار درخشندگی و شکل طیفی، دانشمندان نسبت به پوششهای سطحی و ویژگی‌های دانه‌ای حساسیت بیشتری پیدا میکنند که ممکن است زیر طیف‌های معمولی پنهان شوند. این یافتهها این فرضیه را قوت می‌بخشند که بسیاری از سیارک‌ها قطعاتی از اجسام والد بزرگتر و تفکیکشده هستند و نیاز به مشاهدات یکپارچه و تحلیل نمونه‌ها را برای بازسازی برخوردها و تکامل شیمیایی سامانهٔ خورشیدی در دوران شکل‌گیری آن برجسته میکنند.
«نمی‌توانید به زمین بروید و آن را باز کنید تا ببینید درونش چیست، اما می‌توانید به سیارک‌ها نگاه کنید — قطعات باقی‌مانده و اجزای استفاده‌نشدهٔ شکل‌گیری سامانهٔ خورشیدی — و از آن‌ها برای دیدن چگونگی ساخته‌شدن سیارات‌مان استفاده کنید.» مازیرو گفت.
منبع: scitechdaily
.avif)
نظرات