کشف جدید: کوچکترین سنگ‌های فضایی در کمربند سیارکی شناسایی شدند!

کشف سنگ‌های فضایی ریز در کمربند سیارکی

سنگ فضایی که عامل انقراض دایناسورها شد، تخمین زده میشه حدود ده کیلومتر قطر داشته. این اندازه تقریباً برابر با پهنای منطقه‌ی بروکلینه. پیش‌بینی‌ها نشون می‌ده که برخوردای این‌چنینی با زمین خیلی کم پیش میاد، چیزی حدود هر صد تا پانصد میلیون سال یه بار. اما در مقابل، سنگ‌های فضایی خیلی کوچیک‌تر، به‌اندازه یه اتوبوس، می‌تونن خیلی بیشتر به زمین برخورد کنن، شاید هر چند سال یه بار. این سنگ‌های فضایی «ده متری» که فقط چند ده متر پهنا دارن، احتمال بیشتری داره که از کمربند اصلی سیارکی فرار کنن و تبدیل به اجرام نزدیک به زمین بشن. اگه این سنگ‌های فضایی ریز، ولی قوی، به زمین بخورن، می‌تونن امواج ضربه‌ای رو در مناطق وسیعی ایجاد کنن؛ مثل برخورد سال 1908 در تونگوسکا، سیبری، یا اون سنگ فضایی که در سال 2013 توی آسمون چلیابینسک، در ناحیهٔ اورال، منفجر شد. توانایی دیدن سنگ‌های فضایی ده متری در کمربند اصلی سیارکی می‌تونه یه پنجره به منبع شهاب‌سنگ‌ها باز کنه.

حالا، ستاره‌شناسای MIT یه راهی پیدا کردن که کوچک‌ترین سنگ‌های فضایی ده متری رو در کمربند اصلی سیارکی شناسایی کنن؛ این کمربند یه منطقه‌ست از خرده‌سنگ‌ها بین مریخ و مشتری که میلیون‌ها سنگ فضایی توش می‌چرخن. تا حالا، کوچیک‌ترین سنگ‌های فضایی که دانشمندا تونسته بودن اونجا ببینن، حدود یه کیلومتر قطر داشتن. با روش جدید این تیم، دانشمندا الان می‌تونن سنگ‌های فضایی به کوچکی ده متر رو در کمربند اصلی شناسایی کنن.

در مقاله‌ای که توی مجله‌ی Nature چاپ شده، د ویت و همکاراش گزارش دادن که با استفاده از این روش، بیش از صد سنگ فضایی جدید ده متری رو در کمربند اصلی سیارکی شناسایی کردن. این سنگ‌های فضایی اندازه‌ای بین یه اتوبوس تا چندین استادیوم دارن و کوچیک‌ترین سنگ‌های فضایی هستن که تا به امروز در کمربند اصلی دیده شدن. محقق‌ها فکر می‌کنن که این روش می‌تونه برای شناسایی و ردیابی سنگ‌های فضایی که احتمال نزدیک شدن به زمین رو دارن استفاده بشه.

آرتیم بورداکوف، نویسنده اصلی این مقاله و دانشمند پژوهشی در گروه علوم زمین، جو و سیارات MIT، می‌گه: «ما تونستیم اجرام نزدیک به زمین رو تا اندازه‌ی ده متر شناسایی کنیم، وقتی که واقعاً به زمین نزدیک هستن. حالا یه راهی پیدا کردیم که این سنگ‌های فضایی کوچیک رو وقتی خیلی دورتر هستن شناسایی کنیم، بنابراین می‌تونیم ردیابی مداری دقیق‌تری انجام بدیم که برای دفاع از سیارات خیلی مهمه.»

توجه به سیارات خارج از منظومه شمسی

همکارای این مطالعه شامل پروفسورای علوم سیاره‌ای MIT، ژولین د ویت و ریچارد بینزل، و همچنین همکارایی از موسسات دیگه هستن. د ویت و تیمش بیشتر روی جستجو و مطالعهٔ سیارات خارج از منظومه شمسی تمرکز دارن؛ یعنی دنیاهایی بیرون از منظومه شمسی که شاید قابل سکونت هم باشن. این محقق‌ها بخشی از گروهی هستن که در سال 2016 یه سیستم سیاره‌ای رو دور TRAPPIST-1، یه ستاره که حدود چهل سال نوری از زمین فاصله داره، کشف کردن. با استفاده از تلسکوپ کوچک سیارات گذرنده و سنگ‌های فضایی (TRAPPIST) در شیلی، تیم تأیید کرد که این ستاره سیارات سنگی به اندازهٔ زمین داره که چندتاشون توی منطقه‌ی قابل سکونت قرار دارن.

از اون موقع، دانشمندا تلسکوپ‌های متعددی رو با تمرکز روی طول موج‌های مختلف به سمت سیستم TRAPPIST-1 گرفتن تا سیارات رو بهتر بشناسن و دنبال نشانه‌هایی از حیات باشن. توی این جستجوها، ستاره‌شناسا مجبور شدن «نویز» موجود در تصاویر تلسکوپ، مثل وجود هر نوع گاز، غبار و اجرام سیاره‌ای بین زمین و ستاره، رو بررسی کنن تا بتونن سیارات TRAPPIST-1 رو واضح ببینن. اغلب، نویزی که حذف می‌کنن شامل سنگ‌های فضایی در حال عبوره.

کشف سنگ‌های فضایی جدید با استفاده از داده‌های تلسکوپ جیمز وب

به گفته‌ی دِ ویت، «برای اکثر ستاره‌شناسا، سنگ‌های فضایی یه جورایی مثل مزاحم‌ توی آسمون دیده می‌شن، یعنی فقط از جلوی چشمتون رد می‌شن و روی داده‌هاتون تأثیر می‌ذارن.» دِ ویت و بوردانوف به این فکر افتادن که آیا می‌تونن از همون داده‌هایی که برای جستجوی سیارات خارج از منظومه شمسی استفاده می‌شه، برای شناسایی سنگ‌های فضایی توی منظومه خودمون هم بهره ببرن. برای این کار، اونا به یه تکنیک پردازش تصویر به اسم «جابه‌جایی و روی هم گذاشتن» نگاه کردن که اولین بار توی دهه 1990 توسعه پیدا کرده بود. این روش شامل جابه‌جا کردن چند تصویر از یه میدان دید مشابه و روی هم گذاشتن اوناست تا ببینن یه شیء کم‌نور می‌تونه بر نویز زمینه غلبه کنه یا نه.

استفاده از این روش برای جستجوی سنگ‌های فضایی ناشناس در تصاویری که در اصل روی ستاره‌های دور متمرکزن، به منابع محاسباتی زیادی نیاز داره، چون شامل امتحان کردن تعداد زیادی سناریو برای مکان احتمالی سنگ فضایی می‌شه. بعد محقق‌ها باید هزاران تصویر رو برای هر سناریو جابه‌جا کنن تا ببینن آیا سنگ فضایی واقعاً همون‌جایی که پیش‌بینی شده، وجود داره یا نه. چند سال پیش، بوردانوف، دِ ویت و دانشجوی فارغ‌التحصیل MIT، سامانتا هاسلر، متوجه شدن که می‌تونن این کار رو با استفاده از واحدهای پردازش گرافیکی پیشرفته (GPU) انجام بدن که توانایی پردازش حجم عظیمی از داده‌های تصویری با سرعت بالا رو دارن.

اونا اول کارشون رو روی داده‌های به دست اومده از نظرسنجی SPECULOOS (جستجوی سیارات قابل سکونت که دارن از ستاره‌های فوق‌العاده سرد عبور می‌کنن) امتحان کردن؛ SPECULOOS سیستمی از تلسکوپ‌های زمینیه که تصاویر زیادی از یه ستاره رو در طول زمان می‌گیره. این تلاش، به همراه یه کاربرد دوم با استفاده از داده‌های یه تلسکوپ در قطب جنوب، نشون داد که محقق‌ها واقعاً می‌تونن تعداد زیادی سنگ فضایی جدید رو در کمربند اصلی شناسایی کنن.

فضای ناشناخته

برای مطالعه جدید، محقق‌ها دنبال سنگ‌های فضایی بیشتری با اندازه‌های کوچک‌تر بودن و از داده‌های قوی‌ترین رصدخونه‌ی دنیا، یعنی تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) استفاده کردن که به طور خاص به نور مادون قرمز حساس‌تره تا نور مرئی. طبیعتاً، سنگ‌های فضایی که در کمربند اصلی سیارک‌ها دارن می‌چرخن، توی طول موج‌های مادون قرمز خیلی روشن‌تر از طول موج‌های مرئی هستن و در نتیجه شناسایی‌شون با قابلیت‌های مادون قرمز JWST خیلی راحت‌تره.

این تیم روش خودشون رو روی تصاویر JWST از TRAPPIST-1 امتحان کرد. داده‌ها شامل بیش از ده هزار تصویر از این ستاره بود که در ابتدا برای جستجوی نشانه‌هایی از جوها در اطراف سیارات داخلی این سیستم به دست اومده بود. بعد از پردازش تصاویر، محقق‌ها تونستن هشت سنگ فضایی شناخته شده در کمربند اصلی رو شناسایی کنن. بعدش بیشتر جستجو کردن و 138 سنگ فضایی جدید رو در اطراف کمربند اصلی کشف کردن که همه‌شون چند ده متر قطر داشتن – کوچیک‌ترین سنگ‌های فضایی کمربند اصلی که تا حالا شناسایی شدن. اونا شک دارن که چندتا از این سنگ‌های فضایی دارن تبدیل به اجرام نزدیک به زمین می‌شن، در حالی که یکی احتمالاً یه تروجان هست – یعنی یه سنگ فضایی که داره مشتری رو دنبال می‌کنه.

دِ ویت می‌گه: «فکر می‌کردیم فقط چند شیء جدید شناسایی می‌کنیم، اما تعداد خیلی بیشتری از اون چیزی که انتظار داشتیم، به‌ویژه اشیای کوچیک، شناسایی کردیم.» اون ادامه می‌ده: «این نشونه‌ایه که ما داریم یه رژیم جمعیتی جدید رو بررسی می‌کنیم، جایی که اشیای کوچک‌تر از طریق یه زنجیره از برخوردها شکل می‌گیرن که توی خرد کردن سنگ‌های فضایی به اندازه‌های زیر صد متر خیلی خوب عمل می‌کنه.»

بوردانوف می‌گه: «این یه فضای کاملاً جدید و ناشناخته‌ست که ما واردش می‌شیم، به لطف فناوری‌های مدرن. این یه مثال خوب از چیزیه که می‌تونیم توی یه حوزه انجام بدیم، وقتی به داده‌ها به شکل متفاوتی نگاه می‌کنیم. بعضی وقتا، نتیجه بزرگی به همراه داره و اینم یکیشونه.»

این کار به طور کمکی با حمایت بنیاد هایسینگ-سیمونز، بنیاد علم چک و برنامه کمک‌های سخت‌افزاری NVIDIA انجام شده.