به گزارش بخش اخبار علمی زوم تک , شهاب‌ سنگ‌ های کربن‌ دار، حاملان ارزشمند ترکیبات آلی و سرنخ‌ هایی از پیدایش حیات در منظومه شمسی، همواره از کمیابی قابل توجهی در میان دیگر انواع شهاب‌ سنگ‌ ها برخوردار بوده‌اند. این موضوع، پرسشی دیرینه را در ذهن دانشمندان علوم سیاره‌ای ایجاد کرده بود که چرا این اجرام غنی از کربن، به ندرت بر سطح زمین یافت می‌شوند. اکنون، پس از سال‌ها تحقیق و بررسی، پژوهشگران با ارائه شواهد جدید، پرده از این راز برداشته و مکانیسم احتمالی نابودی این شهاب‌ سنگ‌ های منحصر به‌ فرد در جو زمین را شناسایی کرده‌اند؛ یافته‌ای که می‌تواند درک ما از تحولات اولیه منظومه شمسی و پتانسیل وجود حیات فرازمینی را دگرگون سازد.

راز کمیابی شهاب سنگ های حامل حیات برملا شد: خورشید، فیلتری قدرتمند در مسیر سنگ های آسمانی

یکی از بزرگترین پرسش هایی که ذهن انسان را درگیر خود کرده، این است که حیات بر روی سیاره ما، زمین، چگونه آغاز شد؟ دانشمندان برای پاسخ به این سوال، به دنبال شواهد و سرنخ هایی در گذشته های دور، حتی پیش از شکل گیری کامل زمین، می گردند. یکی از منابع مهم این سرنخ ها، سنگ های فضایی هستند که از نقاط مختلف منظومه شمسی به سمت زمین می ایند و در نهایت بر سطح ان سقوط می کنند: شهاب سنگ ها. در میان انواع گوناگون شهاب سنگ ها، دسته ای خاص وجود دارند که اهمیت فوق العاده ای برای درک منشا حیات دارند؛ اینها شهاب سنگ های کربن دار (Carbonaceous Chondrites) نامیده می شوند.

شهاب سنگ های کربن دار به دلیل ترکیبات منحصر به فرد خود، بسیار مورد توجه دانشمندان هستند. این سنگ های آسمانی سرشار از موادی مانند اب (در قالب کانی های هیدراته) و مولکول های الی پیچیده از جمله امینواسیدها هستند. امینواسیدها واحدهای سازنده پروتئین ها محسوب می شوند و نقش اساسی در ساختار و عملکرد موجودات زنده بر روی زمین ایفا می کنند. نظریه ای قوی وجود دارد که این شهاب سنگ ها در دوران اولیه زمین، که سطح ان به شدت داغ و مذاب بود و احتمال از بین رفتن مواد الی در ان بالا بود، مقادیر قابل توجهی اب و این مولکول های حیاتی را به زمین اورده اند و بدین ترتیب، بذرهای اولیه حیات را در سیاره ما کاشته اند. بنابراین، مطالعه این شهاب سنگ ها می تواند کلیدی برای رمزگشایی از چگونگی پیدایش حیات روی زمین باشد.

اما با وجود اهمیت حیاتی انها، شهاب سنگ های کربن دار به طرز عجیبی نادر هستند. بر اساس امار، تنها حدود ۵ درصد از کل شهاب سنگ هایی که بر روی زمین کشف و جمع اوری می شوند، از نوع کربن دار هستند. این کمیابی، دسترسی محققان به نمونه های کافی برای مطالعه را محدود کرده و نمونه های موجود را بسیار باارزش ساخته است. این در حالی است که سیارک هایی که منشا این شهاب سنگ ها هستند، یعنی اجرامی که این قطعات در اصل از انها جدا شده اند (سیارک هایی مانند بنو و ریگو که نمونه برداری نیز از انها انجام شده است)، در کمربند سیارکی و بخش های داخلی تر منظومه شمسی، نسبتا رایج و پرتعداد هستند. این یک تناقض بزرگ است: چرا منبع فراوان است، اما محصول نهایی که به ما می رسد، اینقدر کمیاب است؟

اخترشناسان و دانشمندان علوم سیاره ای مدت هاست که به دنبال توضیحی برای این “پارادوکس کمیابی” بوده اند. یک توضیح رایج این بود که شهاب سنگ های کربن دار نسبت به انواع دیگر شهاب سنگ ها، ساختار ضعیف تر و شکننده تری دارند و به همین دلیل، احتمال بیشتری دارد که هنگام ورود به جو زمین، در اثر اصطکاک و گرمای شدید بسوزند و از بین بروند. در حالی که این توضیح تا حدی صحیح است و شکنندگی این مواد در مقایسه با سنگ های فضایی اهنی یا سنگی تر ثابت شده است، اما کاهش تعداد شهاب سنگ های کربن دار از حدود ۵۰ درصدی که انتظار می رود بر اساس منشا انها وارد جو شوند، به تنها ۵ درصد (یا حتی کمتر) که بر روی زمین یافت می شوند، با این توضیح به تنهایی قابل توجیه نبود. این کاهش بسیار قابل توجه است و نشان می دهد که عامل دیگری نیز در کار است که باعث می شود تعداد بسیار کمتری از این سنگ های مهم به سطح زمین برسند.

اکنون، تحقیقات جدیدی که توسط تیمی از دانشمندان به رهبری دکتر هادرین دوویلپوآ از دانشگاه کورتین و با مشارکت محققانی مانند دکتر پاتریک شوبِر از رصدخانه پاریس انجام شده و نتایج ان در نشریه معتبر Nature Astronomy منتشر شده است، بخش اعظم این معمای دیرینه را حل کرده است. این تیم پژوهشی با استفاده از داده های گسترده و متنوع، به بررسی دقیق این پدیده پرداخته اند. انها مجموعه ای شامل ۷۹۸۲ شهاب سنگ کشف شده بر روی زمین را مورد مطالعه قرار دادند. علاوه بر این، انها از داده های دوربین های مخصوصی که در مناطق مختلف، به ویژه در مناطق بیابانی، نصب شده اند و ورورد تقریبا ۸۰۰۰ جرم اسمانی را در حال ورود به جو زمین رصد کرده اند، استفاده کردند. این دوربین ها اجرام را هنگام تبدیل شدن به اذرگوی (گوی های اتشین ناشی از سوختن در جو) ثبت می کنند و اطلاعاتی نظیر مسیر و سرعت ورود انها را ارائه می دهند.

نتایج این تحقیق جدید نشان داد که شهاب سنگ های کربن دار حتی از انچه قبلا تصور می شد نیز نادرتر هستند و تنها حدود ۴ درصد از نمونه های مورد مطالعه را تشکیل می دهند. اما بخش اصلی کشف این تیم، عامل جدیدی بود که در کمیابی این شهاب سنگ ها نقش دارد: قرارگیری مکرر در معرض گرمای خورشید. محققان متوجه شدند که سیارک هایی که منشا شهاب سنگ های کربن دار هستند، اگرچه وارد جو زمین می شوند، اما تعداد انها در مقایسه با تخمین های قبلی از رصدهای جوی کمتر است. دلیل این تفاوت در این است که پیش از رسیدن به جو زمین و تبدیل شدن به اذرگوی های بزرگ قابل رصد، بسیاری از این سیارک های کربن دار در نزدیکی خورشید، به دلیل گرما بارها و بارها دچار شکستگی می شوند و به تکه های بسیار کوچک تقسیم می شوند. این تکه های کوچک توانایی ایجاد اذرگوی های درخشان و بزرگ را ندارند و در نتیجه، اغلب در جو کاملا می سوزند و به سطح زمین نمی رسند.

دکتر دوویلپوآ توضیح می دهد که مدت هاست می دانستیم مواد شکننده و کربنی به راحتی وارد جو زمین نمی شوند، اما نتایج این تحقیق نشان می دهد که بسیاری از انها حتی به مرحله ورود به جو هم نمی رسند، زیرا فیلتر خورشید انها را از پیش ضعیف و خرد کرده است. او افزود که سیارک های کربن دار به دلیل وجود مواد فرار در ترکیب خود، مانند اب در ساختار کانی ها، در برابر حرارت اسیب پذیرتر هستند. در حالی که ممکن است بتوانند یک یا چند بار گذر نسبتا نزدیک از کنار خورشید را تحمل کنند، اما قرارگیری مکرر در معرض این گرما، حتی در فاصله هایی مشابه فاصله زمین تا زهره، باعث تضعیف پیوندهای داخلی انها و در نهایت شکستگی و خرد شدن انها می شود. بنابراین، به گفته محققان، گرمای خورشید و جو زمین مانند یک فیلتر “دوگانه” عمل می کنند که شانس رسیدن هر جسم غنی از کربن به سطح زمین را به شدت کاهش می دهند.

تیم پژوهشی با بازسازی مدارهای اجسامی که وارد جو زمین شده بودند، توانستند این تاثیر را تایید کنند. انها دریافتند که در تعداد اجسام کربنی با اندازه متوسط که مدارشان انها را به نزدیکی خورشید می برد، کمبود چشمگیری وجود دارد. این در حالی است که سایر انواع سیارک ها که ترکیب متفاوتی دارند و در برابر حرارت مقاوم تر هستند، قادر به تحمل این شرایط در همان نواحی گرم تر منظومه شمسی هستند. این یافته به وضوح نشان می دهد که خورشید در حال حذف انتخابی سیارک های کربن دار از این مدارهای نزدیک به خود است.

این کشف توضیح می دهد که چرا هر زمان یک شهاب سنگ کربن دار جدید پیدا می شود، هیجان زیادی در میان دانشمندان و جامعه علمی ایجاد می شود. دکتر پاتریک شوبِر تاکید می کند که این شهاب سنگ ها یکی از ابتدایی ترین و دست نخورده ترین موادی هستند که می توانیم مطالعه کنیم و پنجره ای به شرایط اولیه منظومه شمسی و مواد تشکیل دهنده سیارات می گشایند.

دکتر دوویلپوآ اشاره کرد که یافته های این تحقیق ممکن است از نظر ظرفیت کلی شهاب سنگ ها برای اوردن اب به زمین، اهمیت چندانی نداشته باشد. او توضیح داد که حتی پس از شکستگی سیارک ها توسط خورشید، بقایای انها در مدار خود باقی می مانند و بسیاری از این ذرات کوچک و گرد و غبار حاصل از خرد شدن انها در نهایت با جو زمین برخورد می کنند. هر ابی که این اجسام حمل می کنند، در جو جذب شده و در نهایت به صورت باران به سطح زمین می رسد. بنابراین، از نظر انتقال اب، بزرگ یا کوچک بودن جسمی که به زمین می رسد تفاوت چندانی ایجاد نمی کند. با این حال، او مطمئن نیست که مولکول های الی پیچیده مانند امینواسیدها نیز در این فرآیند خرد شدن و ورود به جو به صورت ذرات ریز، سالم باقی بمانند یا خیر. این نکته جای تحقیق بیشتری دارد.

نکته جالب دیگر از بررسی مدارها این بود که سیارک هایی که در گذشته به دلیل گذر نزدیک از کنار یک سیاره دچار اختلال گرانشی شده و مدارشان تغییر کرده است، نیز به نظر ضعیف تر هستند و راحت تر خرد می شوند. هرچند علت دقیق این پدیده هنوز برای تیم مشخص نیست.

محققان همچنین با بررسی سرعت ورود اجرام به جو، تاثیر فیلتر خورشیدی را از زاویه دیگری مشاهده کردند. از مدت ها پیش می دانیم که هرچه جسمی با سرعت بیشتری وارد جو شود، احتمال سوختن کامل ان قبل از رسیدن به زمین بیشتر است. اجسامی که از مدارهای نزدیک تر به خورشید می ایند، معمولا سرعت مداری بالاتری دارند و با سرعت بیشتری به زمین برخورد می کنند. با توجه به اینکه خورشید قبلا سیارک های ضعیف تر را از این مدارهای سریع حذف کرده است، انهایی که توانسته اند در این مدارهای باقی بمانند و به زمین برخورد کنند، احتمالا به طور غیرعادی قوی هستند و به همین دلیل شانس بیشتری برای عبور از جو و رسیدن به سطح دارند.

دکتر دوویلپوآ همچنین اشاره کرد که یافته های این تحقیق ممکن است پیامدهایی برای “دفاع سیاره ای” داشته باشد. سیارک های کربن دار به دلیل سطح تیره خود، به خصوص در نزدیکی خورشید که نور خیره کننده وجود دارد، به سختی قابل مشاهده هستند. درک اینکه چه تعداد از این سیارک ها در اثر گرمای خورشید از بین می روند و چه تعداد باقی می مانند، می تواند به ما کمک کند تا تعداد واقعی سیارک های نزدیک زمین را بهتر تخمین بزنیم و ریسک برخورد انها با سیاره مان را دقیق تر ارزیابی کنیم.

در نهایت، این تحقیق مهم گامی بزرگ در جهت حل معمای کمیابی شهاب سنگ های کربن دار برداشته است. نشان داده شده که نه تنها جو زمین، بلکه مهمتر از ان، گرمای خورشید به عنوان یک فیلتر قدرتمند عمل می کند و بخش عمده ای از این حاملان احتمالی اب و عناصر حیات را پیش از رسیدن به زمین از بین می برد یا انها را به ذرات ریزی تبدیل می کند که شانس کمی برای بقا دارند. این یافته، درک ما از چگونگی رسیدن مواد اولیه حیات به زمین و همچنین جمعیت سیارک های خطرناک در منظومه شمسی را بهبود می بخشد. نتایج کامل این پژوهش در نشریه معتبر Nature Astronomy منتشر شده است و نقطه عطفی در مطالعه شهاب سنگ ها و منشا حیات محسوب می شود.