Catching Stardust, um novo livro de Natalie Starkey, explora nosso relacionamento com cometas e asteróides.
(Imagem: © Bloomsbury Sigma)
Natalie Starkey está ativamente envolvida na pesquisa em ciências espaciais há mais de 10 anos. Ela esteve envolvida em missões espaciais de retorno de amostras, como NASA Stardust e JAXA Hayabusa, e foi convidada a ser co-investigadora de uma das equipes de instrumentos da inovadora missão do cometa ESA Rosetta.
Seu novo livro, "Catching Stardust", examina o que estamos descobrindo sobre cometas e asteróides - como aprendemos sobre eles e o que as rochas empoeiradas e geladas têm a compartilhar sobre as origens do sistema solar. Leia uma sessão de perguntas e respostas com a Starkey sobre seu novo livro aqui.
Abaixo está um trecho do capítulo 3 de "Catching Stardust". [Melhores encontros próximos do tipo cometa]
Cometas e asteróides na Terra
Ao longo dos últimos 50 anos, a instrumentação espacial tornou-se cada vez mais avançada à medida que os humanos perseguiam um número variado de objetos diferentes em nosso Sistema Solar para criar imagens, medir e amostrar. Os seres humanos colocaram com sucesso um veículo espacial totalmente funcional no planeta Marte para percorrer sua superfície, perfurando e coletando amostras para analisar a bordo de sua carga de instrumentos científicos. Um laboratório científico sofisticado também foi enviado ao espaço em uma jornada de uma década para alcançar e pousar em um cometa em alta velocidade para realizar análises de suas rochas, gelados e gases. E esse é o nome de apenas alguns dos destaques mais recentes da exploração espacial. No entanto, apesar desses avanços e conquistas surpreendentes, os melhores e mais facilmente controlados instrumentos científicos existem na Terra. O problema é que esses instrumentos da Terra não podem ser enviados para o espaço com muita facilidade - eles são pesados e sensíveis demais para serem lançados a bordo de um foguete e precisam de condições quase perfeitas para funcionar com precisão e exatidão. O ambiente espacial não é um lugar amigável, com extremos substanciais de temperatura e pressão, condições que não são adequadas para instrumentos de laboratório delicados e, às vezes, temperamentais.
O resultado é que muitas vezes há muitas vantagens em trazer amostras de rochas espaciais de volta à Terra para análises cuidadosas, consideradas e precisas, em vez de tentar lançar no laboratório instrumentos avançados de laboratório. O grande problema, no entanto, é que coletar rochas no espaço e trazê-las de volta à Terra com segurança também não é uma tarefa simples. De fato, o retorno da amostra do espaço só foi alcançado algumas vezes: desde a Lua com as missões Apollo e Luna na década de 1970, do asteróide Itokawa com a missão Hayabusa e do cometa 81P / Wild2 com a missão Stardust. Embora centenas de quilos de rocha lunar tenham sido devolvidos à Terra, as missões Hayabusa e Stardust retornaram apenas pequenas quantidades de amostra de rocha - fragmentos do tamanho de poeira para ser preciso. Ainda assim, amostras minúsculas certamente são melhores do que nenhuma amostra, pois mesmo pequenas rochas podem conter uma quantidade imensa de informações em suas estruturas - segredos que os cientistas podem desvendar com seus instrumentos científicos altamente especializados na Terra. [Como pegar um asteróide: missão da NASA explicada (infográfico)]
A missão da Stardust, em particular, alcançou muito no aprimoramento de nosso conhecimento da composição de cometas. As amostras de poeira de cometa que retornou à Terra manterão os cientistas ocupados por muitas décadas, apesar de sua massa limitada. Aprenderemos mais sobre esta missão e as amostras preciosas que ela coletou no capítulo 7. Felizmente, existem planos futuros para coletar rochas do espaço, com algumas missões já a caminho e outras aguardando financiamento. Essas missões incluem visitas a asteróides, Lua e Marte e, embora todos possam ser empreendimentos arriscados, sem garantia de que atingirão seus objetivos, é bom saber que há esperança para o retorno de amostras do espaço para análises baseadas na Terra. no futuro.
A chegada de rochas espaciais na Terra
Felizmente, verifica-se que há outra maneira de obter amostras de rochas espaciais e nem mesmo envolve deixar os limites seguros da Terra. Isso ocorre porque as rochas espaciais naturalmente caem na Terra como meteoritos o tempo todo. De fato, cerca de 40.000 a 80.000 toneladas de rochas espaciais caem em nosso planeta a cada ano. Essas amostras de espaço livre podem ser comparadas aos Ovos Kinder cósmicos - eles são embalados com prêmios celestiais, informações sobre o nosso Sistema Solar. Os meteoritos podem incluir amostras de asteróides, cometas e outros planetas, a maioria dos quais ainda não foram amostrados por naves espaciais.
Das milhares de toneladas de rochas espaciais que chegam à Terra a cada ano, a maioria é muito pequena, principalmente do tamanho de poeira, das quais aprenderemos mais no Capítulo 4, mas algumas rochas individuais podem ser bastante grandes. Alguns dos maiores meteoritos pedregosos que chegaram à Terra pesam até 60 toneladas, o que equivale a cinco ônibus de dois andares. Os meteoritos podem se originar de qualquer lugar do espaço, mas tendem a ser rochas de asteróides que são mais comumente encontradas na Terra como pedaços do tamanho de seixos, embora pedaços de cometas e planetas também possam aparecer. Pedaços de asteróides podem acabar arremessando em direção à Terra depois de se separarem do asteróide parental no espaço, geralmente durante colisões com outros objetos espaciais, o que pode fazer com que eles se separem completamente ou que pequenos pedaços sejam derrubados de suas superfícies. No espaço, uma vez que essas pequenas amostras de asteróides se separam da rocha original, elas são chamadas de meteroides e podem passar centenas, milhares, talvez até milhões de anos viajando pelo espaço até, eventualmente, colidir com a lua, um planeta ou o Sol. À medida que a rocha entra na atmosfera de outro planeta, ela se torna um meteoro e se e quando essas peças atingem a superfície da Terra, ou a superfície de outro planeta ou Lua, elas se tornam meteoritos. Não há nada mágico sobre uma rocha espacial que se transforma em meteorito; é simplesmente um nome que a rocha recebe quando fica estacionária na superfície do corpo que encontra. [Tempestades de meteoros: como exibições gigantescas de 'estrelas cadentes' funcionam (infográficos)]
Se todas essas rochas espaciais chegam naturalmente à Terra de graça, então você deve estar se perguntando por que os cientistas se dão ao trabalho de visitar o espaço para tentar amostrar. Apesar do fato de que as rochas que caem na Terra provam uma variedade muito maior de objetos do Sistema Solar do que os humanos podem visitar em muitas vidas, essas amostras tendem a ser tendenciosas em direção àquelas que podem melhor sobreviver aos efeitos adversos da entrada atmosférica. O problema surge por causa das mudanças extremas de temperatura e pressão experimentadas por uma rocha, ou qualquer objeto, durante a entrada atmosférica do espaço para a Terra, variações que são grandes o suficiente para obliterar totalmente uma rocha em muitos casos.
As mudanças de temperatura durante a entrada atmosférica ocorrem como resultado direto da alta velocidade de entrada do objeto, que pode variar de 10 km / se 70 km / s (25.000 a 150.000 km / h). O problema para a rocha espacial que chega ao viajar nessas velocidades hipersônicas é que a atmosfera não pode sair do caminho com rapidez suficiente. Tal efeito está ausente quando uma rocha viaja através do espaço, simplesmente porque o espaço é um vácuo e, portanto, há poucas moléculas presentes para se colidirem. Uma rocha que viaja através de uma atmosfera tem um efeito de choque e compressão nas moléculas que encontra, fazendo com que elas se acumulem e se dissociem em seus átomos componentes. Esses átomos ionizam para produzir uma cobertura de plasma incandescente que é aquecido a temperaturas extremamente altas - até 20.000 graus C (36.032ºF) - e envolve a rocha espacial, fazendo com que ela superaqueça. O resultado é que a rocha parece queimar e brilhar na atmosfera; o que poderíamos chamar de bola de fogo ou estrela cadente, dependendo do tamanho.
Os efeitos desse processo provocam uma mudança física notável na rocha que chega, que realmente facilita a identificação de quando se torna um meteorito na superfície da Terra. Ou seja, a formação de uma crosta de fusão, que se desenvolve à medida que a rocha penetra na atmosfera mais baixa e é desacelerada e aquecida pelo atrito com o ar. A parte externa da rocha começa a derreter e a mistura de líquido e gás que se forma é varrida da parte de trás do meteorito, levando o calor consigo. Enquanto esse processo é contínuo e significa que o calor não pode penetrar na rocha (agindo como um escudo térmico), quando a temperatura finalmente cai, o 'escudo térmico' fundido solidifica quando o último líquido restante esfria na superfície da rocha para formar a fusão crosta. A casca escura, geralmente brilhante, resultante dos meteoritos é uma característica distinta que pode ser usada com frequência para ajudar a identificá-los e diferenciá-los das rochas terrestres. A formação da crosta de fusão protege as partes internas do meteorito dos piores efeitos do calor, preservando a composição do asteróide, cometa ou planeta original do qual se originou. No entanto, embora os meteoritos se pareçam muito com os pais, eles não são exatamente iguais. No processo de formação da crosta de fusão, a rocha perde alguns de seus componentes mais voláteis à medida que é fervida com as mudanças extremas de temperatura experimentadas nas camadas externas da rocha. A única maneira de obter uma amostra 'perfeita' seria coletar uma diretamente de um objeto espacial e devolvê-la em uma espaçonave. No entanto, como os meteoritos são amostras grátis do espaço, e certamente mais abundantes do que as amostras devolvidas pelas missões espaciais, eles oferecem aos cientistas uma grande oportunidade de descobrir de que realmente são feitos asteróides, cometas e até outros planetas. Eles são muito estudados na Terra por esse motivo. [6 curiosidades sobre o cometa Pan-STARRS]
Apesar da formação de uma crosta de fusão, os efeitos da entrada atmosférica podem ser bastante severos e destrutivos. As rochas com menor resistência à compressão ou menor esmagamento têm menos probabilidade de sobreviver à experiência; se um objeto sobrevive à desaceleração na atmosfera, sua resistência à compressão deve ser superior à pressão aerodinâmica máxima que ele experimenta. A pressão aerodinâmica é diretamente proporcional à densidade local da atmosfera, que depende de qual planeta um objeto encontra. Assim, por exemplo, Marte tem uma atmosfera mais fina que a Terra, que não age para desacelerar tanto os objetos recebidos e explica por que os engenheiros espaciais precisam pensar com muito cuidado sobre o pouso de naves na superfície do planeta vermelho, já que seus sistemas de desaceleração não podem ser pré-testado na Terra.
A resistência à compressão de uma rocha é controlada por sua composição: sua proporção de minerais, metais, material carbonáceo, fases voláteis, quantidade de espaço poroso e quão bem seus materiais componentes são compactados. Por exemplo, rochas espaciais resistentes, como as dos asteróides ricos em ferro, tendem a sobreviver às mudanças extremas de temperatura e pressão à medida que se lançam a grande velocidade pela atmosfera da Terra. Os meteoritos pedregosos também são bastante robustos, mesmo quando contêm pouco ou nenhum ferro. Embora o ferro seja forte, os próprios minerais da rocha podem ser muito bem ligados para criar também um pedaço duro de rocha. Os meteoritos com menor probabilidade de sobreviver intactos à entrada atmosférica são aqueles que contêm uma porcentagem maior de voláteis, espaço poroso, fases carbonáceas e os chamados minerais hidratados - aqueles que acomodaram a água em sua estrutura de crescimento. Tais fases estão em alta abundância nos meteoritos conhecidos como condritos carbonáceos e também nos cometas. Esses objetos são, portanto, mais sensíveis aos efeitos do aquecimento e não podem suportar as forças aerodinâmicas que eles experimentam enquanto viajam pela atmosfera da Terra. Em alguns casos, eles não passam de um punhado frouxamente consolidado de neve fofa com um pouco de terra misturada. Mesmo que você jogasse uma bola de neve feita com uma mistura de materiais, seria de esperar que ela se desintegrasse no ar. Isso demonstra por que uma amostra grande de um cometa geralmente é considerada improvável de sobreviver à pressão severa e aos efeitos de aquecimento da entrada atmosférica sem derreter, explodir ou quebrar em pedaços muito pequenos. Como tal, apesar das grandes coleções de meteoritos na Terra, os cientistas ainda não estão certos de que encontraram um grande meteorito especificamente de um cometa por causa das estruturas extremamente frágeis que se espera que tenham. O resultado de tudo isso é que algumas rochas espaciais são super-representadas como meteoritos na Terra, simplesmente porque suas composições suportam melhor os efeitos da entrada atmosférica.
Extraído de Catching Stardust: cometas, asteróides e o nascimento do sistema solar por Natalie Starkey. Copyright © Natalie Starkey 2018. Publicado por Bloomsbury Sigma, uma impressão da Bloomsbury Publishing. Reproduzido com permissão.
