Catching Stardust, sebuah buku baru karya Natalie Starkey, mengeksplorasi hubungan kita dengan komet dan asteroid.
(Gambar: © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey telah aktif terlibat dalam penelitian ilmu luar angkasa selama lebih dari 10 tahun. Dia telah terlibat dalam misi luar angkasa sampel-kembali, seperti NASA Stardust dan JAXA Hayabusa, dan dia diundang untuk menjadi peneliti bersama di salah satu tim instrumen untuk misi komet ESA Rosetta yang inovatif.
Buku barunya, "Catching Stardust," meneliti apa yang kita temukan tentang komet dan asteroid - bagaimana kita belajar tentang mereka dan apa yang harus dibagikan oleh batu-batu es yang berdebu tentang asal-usul tata surya. Baca tanya jawab dengan Starkey tentang buku barunya di sini.
Di bawah ini adalah kutipan dari Bab 3 dari "Catching Stardust." [Encounters Terbaik dari Jenis Komet]
Komet dan Asteroid di Bumi
Selama 50 tahun terakhir, instrumentasi ruang telah menjadi lebih dan lebih maju karena manusia telah mengejar berbagai objek di Tata Surya kita untuk mengambil gambar, mengukur dan sampel. Manusia telah berhasil menempatkan penjelajah yang berfungsi penuh di planet Mars untuk menjelajahi permukaannya, mengebor dan mengumpulkan sampel untuk menganalisis muatan instrumen ilmiah di atas kapal. Sebuah laboratorium ilmiah canggih juga telah dikirim ke luar angkasa dalam perjalanan satu dekade untuk mengejar ketinggalan dan mendarat di komet yang melaju kencang untuk melakukan analisis batu, es, dan gasnya. Dan ini adalah untuk menyebutkan beberapa highlights dari eksplorasi ruang angkasa. Namun, terlepas dari kemajuan dan pencapaian luar biasa ini, instrumen ilmiah terbaik dan paling mudah dikendalikan ada di Bumi. Masalahnya adalah bahwa instrumen Bumi ini tidak dapat dikirim ke luar angkasa dengan sangat mudah - mereka terlalu berat dan sensitif untuk diluncurkan dengan roket dan mereka membutuhkan kondisi yang hampir sempurna untuk bekerja dengan presisi dan akurasi. Lingkungan luar angkasa bukanlah tempat yang bersahabat, dengan suhu dan tekanan ekstrem yang substansial, kondisi yang tidak cocok untuk kondisi lembut dan, kadang-kadang, instrumen laboratorium yang temperamental.
Hasilnya adalah bahwa sering ada banyak keuntungan untuk membawa sampel batuan ruang angkasa kembali ke Bumi untuk analisis yang cermat, dipertimbangkan dan tepat, sebagai lawan dari upaya untuk meluncurkan instrumen laboratorium canggih ke luar angkasa. Masalah utama, bagaimanapun, adalah mengumpulkan batu di ruang angkasa dan membawanya dengan selamat kembali ke Bumi juga bukan tugas yang mudah. Faktanya, sampel yang kembali dari luar angkasa baru tercapai beberapa kali: dari Bulan dengan misi Apollo dan Luna pada 1970-an, dari asteroid Itokawa dengan misi Hayabusa dan dari komet 81P / Wild2 dengan misi Stardust. Meskipun ratusan kilogram batuan Bulan telah dikembalikan ke Bumi, misi Hayabusa dan Stardust hanya mengembalikan sampel batuan dalam jumlah kecil - tepatnya potongan-potongan berukuran debu. Namun, sampel kecil tentu lebih baik daripada tidak ada sampel, karena bahkan batuan kecil dapat menyimpan sejumlah besar informasi dalam struktur mereka - rahasia yang dapat dibuka oleh para ilmuwan dengan instrumen ilmiah khusus mereka di Bumi. [Cara Menangkap Asteroid: Misi NASA Dijelaskan (Infografis)]
Misi Stardust, khususnya, mencapai banyak hal dalam memajukan pengetahuan kita tentang komposisi komet. Sampel debu komet yang dikembalikan ke Bumi akan membuat para ilmuwan sibuk selama beberapa dekade mendatang, meskipun jumlahnya terbatas. Kita akan belajar lebih banyak tentang misi ini, dan sampel-sampel berharga yang dikumpulkannya, di Bab 7. Untungnya, ada rencana di masa depan untuk mengumpulkan batu dari luar angkasa, dengan beberapa misi sudah dalam perjalanan dan yang lain menunggu pendanaan. Misi-misi ini termasuk kunjungan ke asteroid, Bulan dan Mars, dan sementara mereka semua bisa menjadi upaya yang berisiko tanpa jaminan bahwa mereka akan mencapai tujuan mereka, adalah baik untuk mengetahui ada harapan untuk pengembalian sampel dari ruang angkasa untuk analisis berbasis Bumi. di masa depan.
Kedatangan batu ruang angkasa di Bumi
Untungnya, ternyata ada cara lain untuk mendapatkan sampel batuan ruang angkasa dan itu bahkan tidak melibatkan meninggalkan batas aman Bumi. Ini karena batu ruang angkasa secara alami jatuh ke Bumi sebagai meteorit sepanjang waktu. Faktanya, sekitar 40.000 hingga 80.000 ton batuan angkasa jatuh ke planet kita setiap tahun. Sampel ruang bebas ini dapat disamakan dengan Telur Kinder kosmik - mereka dikemas dengan hadiah surgawi, informasi tentang Tata Surya kita. Meteorit dapat mencakup sampel asteroid, komet, dan planet lain, yang sebagian besar belum diambil sampelnya dengan pesawat ruang angkasa.
Dari ribuan ton batuan antariksa yang tiba di Bumi setiap tahun, mayoritasnya cukup kecil, sebagian besar berukuran debu, yang akan kita pelajari lebih lanjut di Bab 4, tetapi beberapa batuan individual bisa cukup besar. Beberapa meteorit berbatu terbesar yang tiba di Bumi memiliki berat hingga 60 ton, yang kira-kira sama dengan lima bus tingkat. Meteorit dapat berasal dari mana saja di ruang angkasa, tetapi cenderung berupa batuan dari asteroid yang paling umum ditemukan di Bumi sebagai potongan berukuran kerikil, meskipun potongan komet dan planet juga dapat muncul. Bongkahan asteroid dapat berakhir meluncur ke bumi setelah mereka terputus dari asteroid induknya yang lebih besar di ruang angkasa, seringkali selama tabrakan dengan benda ruang angkasa lainnya, yang dapat menyebabkan mereka pecah sepenuhnya atau untuk bagian-bagian kecil yang terlempar dari permukaan mereka. Di ruang angkasa, begitu sampel asteroid kecil ini terlepas dari batuan induknya, mereka disebut meteroid dan mereka dapat menghabiskan ratusan, ribuan, bahkan mungkin jutaan tahun bepergian melalui ruang angkasa hingga akhirnya bertabrakan dengan bulan, planet atau Matahari. Saat batu memasuki atmosfer planet lain, ia menjadi meteor dan jika dan ketika potongan-potongan ini mencapai permukaan bumi, atau permukaan planet atau Bulan lain, mereka menjadi meteorit. Tidak ada yang ajaib tentang batu ruang angkasa yang masuk berubah menjadi meteorit, itu hanyalah nama batu yang diterima ketika menjadi diam di permukaan tubuh yang ditemuinya. [Badai Meteor: Bagaimana Tampilan Super Besar Karya 'Bintang Menembak' (Infografis)]
Jika semua batuan ruang angkasa ini secara alami tiba di Bumi secara gratis, maka Anda mungkin bertanya-tanya mengapa para ilmuwan bersusah payah mengunjungi ruang angkasa untuk mencoba pengambilan sampel sama sekali. Terlepas dari kenyataan bahwa batu-batu yang jatuh ke Bumi memiliki sampel yang jauh lebih luas dari objek-objek Tata Surya daripada yang dapat dikunjungi manusia dalam banyak kehidupan, sampel-sampel ini cenderung bias terhadap batuan yang paling baik bertahan dari efek keras dari masuknya atmosfer. Masalah ini muncul karena perubahan suhu dan tekanan ekstrim yang dialami oleh batu, atau benda apa pun, selama masuknya atmosfer dari angkasa ke Bumi, variasi yang cukup besar untuk benar-benar melenyapkan batu dalam banyak kasus.
Perubahan suhu selama masuknya atmosfer terjadi sebagai akibat langsung dari kecepatan masuk objek yang tinggi, yang dapat berkisar antara 10 km / detik hingga 70 km / detik (25.000 mph hingga 150.000 mph). Masalah bagi batuan antariksa yang masuk ketika melakukan perjalanan pada kecepatan hipersonik ini adalah bahwa atmosfer tidak dapat bergerak keluar dengan cepat. Efek seperti itu tidak ada ketika batu bergerak melalui ruang, hanya karena ruang adalah ruang hampa sehingga ada terlalu sedikit molekul yang hadir untuk saling mengetuk. Sebuah batu yang bergerak melalui atmosfer memiliki efek hentakan dan penekanan pada molekul-molekul yang dihadapinya, menyebabkan mereka menumpuk dan terdisosiasi menjadi atom-atom komponennya. Atom-atom ini terionisasi untuk menghasilkan selubung plasma pijar yang dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi - hingga 20.000 derajat C (36.032ºF) - dan menyelimuti batuan ruang angkasa, menyebabkannya menjadi super-panas. Hasilnya adalah batu itu tampak terbakar dan bercahaya di atmosfer; apa yang kita sebut bola api atau bintang jatuh, tergantung pada ukurannya.
Efek dari proses ini membawa perubahan fisik yang penting pada batuan yang masuk, yang sebenarnya membuat kita lebih mudah untuk mengidentifikasi kapan itu menjadi meteorit di permukaan bumi. Yaitu, pembentukan kerak fusi, yang berkembang ketika batu menembus atmosfer yang lebih rendah dan diperlambat dan dipanaskan oleh gesekan dengan udara. Bagian terluar batu mulai meleleh dan campuran cairan dan gas yang terbentuk tersapu ke belakang meteorit, mengambil panas bersamanya. Sementara proses ini terus menerus dan berarti bahwa panas tidak dapat menembus batu (sehingga bertindak seperti perisai panas), ketika suhu akhirnya turun, 'perisai panas' cair membeku ketika cairan terakhir yang tersisa mendingin di permukaan batu untuk membentuk fusi Kerak. Kulit gelap yang dihasilkan, sering mengkilap, pada meteorit adalah ciri khas yang sering dapat digunakan untuk membantu mengidentifikasi mereka dan membedakannya dari batuan terestrial. Pembentukan kerak fusi melindungi bagian-bagian internal meteorit dari efek terburuk dari panas, menjaga komposisi asteroid induk, komet atau planet tempat asalnya. Namun, meskipun meteorit sangat mirip dengan orang tua mereka, mereka bukan pasangan yang tepat. Dalam proses pembentukan kerak fusi, batuan kehilangan beberapa komponen yang lebih mudah menguap karena mereka mendidih dengan perubahan ekstrim dalam suhu yang dialami lapisan luar batu. Satu-satunya cara untuk mendapatkan sampel 'sempurna' adalah dengan mengumpulkan satu langsung dari objek ruang angkasa dan mengembalikannya dalam pesawat ruang angkasa. Namun, karena meteorit adalah sampel gratis dari luar angkasa, dan tentu saja lebih banyak daripada sampel yang dikembalikan oleh misi luar angkasa, mereka menawarkan para ilmuwan peluang besar untuk mengetahui asteroid, komet, dan bahkan planet lain apa yang benar-benar dibuat. Mereka banyak belajar di Bumi karena alasan ini. [6 Fakta Menarik Tentang Comet Pan-STARRS]
Meskipun pembentukan kerak fusi, efek masuknya atmosfer bisa agak keras dan merusak. Batuan tersebut dengan kekuatan tekan yang lebih rendah, atau kekuatan peremukan yang lebih rendah, lebih kecil kemungkinannya untuk bertahan dari pengalaman; jika suatu benda bertahan perlambatan melalui atmosfer, maka kekuatan tekannya harus lebih dari tekanan aerodinamik maksimum yang dialaminya. Tekanan aerodinamis berbanding lurus dengan kerapatan lokal atmosfer, yang bergantung pada planet mana yang ditemui objek. Jadi, misalnya, Mars memiliki atmosfer yang lebih tipis daripada Bumi yang tidak terlalu berperan memperlambat objek yang masuk dan menjelaskan mengapa insinyur ruang angkasa harus berpikir dengan sangat hati-hati tentang pendaratan pesawat ruang angkasa di permukaan planet merah, karena sistem perlambatan mereka tidak dapat pra-diuji di Bumi.
Kekuatan tekan batuan dikendalikan oleh komposisinya: proporsinya mineral batuan, logam, bahan karbon, fase volatil, jumlah ruang pori dan seberapa baik bahan komponennya dikemas bersama. Misalnya, batuan ruang angkasa yang keras, seperti yang berasal dari asteroid yang kaya zat besi, cenderung bertahan dari perubahan ekstrem suhu dan tekanan saat mereka meluncur dengan sangat cepat melalui atmosfer Bumi. Meteorit berbatu juga cukup kuat, bahkan ketika mengandung sedikit atau tidak ada besi. Meskipun zat besi itu kuat, mineral-mineral batuan itu sendiri bisa sangat terikat untuk membuat batu yang keras juga. Meteorit yang lebih kecil kemungkinannya untuk bertahan masuk atmosfer adalah meteorit yang mengandung persentase volatil yang lebih tinggi, ruang pori, fase karbon dan apa yang disebut mineral terhidrasi - mineral yang telah menampung air ke dalam struktur pertumbuhannya. Fase semacam itu sangat melimpah di meteorit yang dikenal sebagai chondrites berkarbon dan juga komet. Objek-objek ini, oleh karena itu, lebih peka terhadap efek pemanasan dan tidak dapat menahan gaya aerodinamis yang mereka alami ketika mereka melakukan perjalanan melalui atmosfer bumi. Dalam beberapa kasus, mereka tidak lebih dari segelintir salju yang terkonsolidasi secara longgar dengan beberapa kotoran bercampur. Bahkan jika Anda melempar bola salju yang terbuat dari campuran bahan seperti itu, Anda mungkin berharap itu akan hancur di udara. Ini menunjukkan mengapa sampel besar komet pada umumnya dianggap tidak mungkin selamat dari tekanan dan efek panas dari masuknya atmosfer tanpa meleleh, meledak atau pecah menjadi potongan-potongan yang sangat kecil. Dengan demikian, terlepas dari koleksi besar meteorit di Bumi, para ilmuwan masih belum yakin bahwa mereka telah menemukan meteorit besar secara khusus dari sebuah komet karena struktur sangat rapuh yang mereka harapkan miliki. Hasil dari semua ini adalah bahwa beberapa batuan luar angkasa terwakili secara berlebihan sebagai meteorit di Bumi hanya karena komposisinya menahan efek masuknya atmosfer dengan lebih baik.
Dikutip dari Catching Stardust: Komet, Asteroid dan Kelahiran Tata Surya oleh Natalie Starkey. Hak Cipta © Natalie Starkey 2018. Diterbitkan oleh Bloomsbury Sigma, sebuah cetakan dari Bloomsbury Publishing. Dicetak ulang dengan izin.
