چگونه زمین با شهاب‌سنگ‌های مرگبار مقابله می‌کند

در تاریخ ۱۵ فوریه ۲۰۱۳، مردم شهر چلیابینسک در روسیه شاهد رویدادی هولناک بودند. یک شهاب‌سنگ به طولی برابر با ارتفاع یک ساختمان شش‌طبقه و وزنی نزدیک به ۱۰۰۰۰ تن، با سرعتی بیش از ۶۴۰۰۰ کیلومتر بر ساعت وارد جو شد. این جرم آسمانی در ارتفاعی بین ۱۹ تا ۲۴ کیلومتر بالای شهر منفجر شد و انرژی آزادشده آن ۳۰ تا ۴۰ برابر قدرت بمب اتمی هیروشیما بود.

موج انفجار این جرم آسمانی، هزاران پنجره را خرد کرد، ۷۲۰۰ ساختمان را در شش شهر مختلف آسیب زد و بیش از ۱۵۰۰ نفر را مجروح کرد که بیشتر این جراحات ناشی از خرده‌شیشه‌هایی بود که در پی کنجکاوی مردم و نزدیک‌ شدن آن‌ها به پنجره‌ها برای مشاهده نور خیره‌کننده ایجاد شد. این‌که هیچ‌کس در این حادثه جان نباخت، به‌راستی یک معجزه بود.

شهاب‌سنگ‌ها به‌طور معمول به زمین برخورد نمی‌کنند، اما همان‌گونه که حادثه چلیابینسک یادآوری کرد، در صورت وقوع چنین برخوردهایی بسیار آسیب‌پذیر هستیم. پیامدهای برخورد می‌تواند از تخریب محلی تا ویرانی گسترده منطقه‌ای متغیر باشد. پرسش این است: اگر بار دیگر چنین جرمی به سمت زمین بیاید، آیا آماده خواهیم بود؟ پاسخ، هرچند شبیه یک داستان علمی‌تخیلی به نظر می‌رسد، در قالب یک سامانه‌ی جهانی برای دفاع سیاره‌ای شکل گرفته؛ سامانه‌ای که توسط اخترشناسان، سازمان‌های فضایی و حتی دانشمندان داوطلب در حال توسعه است.

شهاب‌سنگ‌ها چگونه به زمین می‌رسند

شهاب‌سنگ‌ها بقایای باستانی دوران بیش از چهار میلیارد سال پیش‌اند. برخی از آن‌ها از غبار کیهانی شکل گرفته‌اند که هرگز به اندازه کافی بزرگ نشده تا به سیاره تبدیل شود، و برخی دیگر از تکه‌های به‌جا‌مانده از برخورد بین سنگ‌های بزرگ فضایی هستند. این اجرام به دور خورشید می‌چرخند؛ گاهی در مدارهایی پایدار و گاهی در مسیرهایی پیش‌بینی‌ ناپذیر.

یک شهاب‌سنگ تنها زمانی تهدید محسوب می‌شود که مدار آن با مسیر حرکت زمین تلاقی کند. این‌که آیا جرم آسمانی به سطح زمین می‌رسد یا نه، به سه عامل بستگی دارد: زاویه ورود، ترکیب ساختاری و اندازه.

در حادثه چلیابینسک خوش‌شانس بودیم. زاویه ورودی کم این جرم موجب شد پیش از برخورد با سطح زمین در جو منفجر شود. بااین‌حال موج حاصل از انفجار آن‌قدر قدرتمند بود که پنجره‌های مناطق وسیعی را درهم شکست.

ترکیب شیمیایی نیز نقش مهمی داشت. شهاب‌سنگ‌های چلیابینسک و تونگوسکا از جنس سنگ و به‌اندازه‌ای شکننده بودند که هنگام ورود به جو خرد شدند. رویداد تونگوسکای سال ۱۹۰۸ میلادی، که ۲۱۵۰ کیلومتر مربع از جنگل‌های سیبری را با موج انفجاری نیرومند خود درهم کوبید، به دلیل سنگی‌بودن جرم و انفجار آن در ارتفاع زیاد و نیز وقوع حادثه در منطقه‌ای دورافتاده، تلفات جانی نداشت. اما اگر شهاب‌سنگی با اندازه مشابه اما مرکب از آهن وارد جو می‌شد، می‌توانست از لایه‌های جو عبور کرده و با نیرویی بسیار مخرب به زمین اصابت کند.

بااین‌وجود، مهم‌ترین عامل، اندازه است. جسمی با قطر حدود پنج متر، تقریباً به اندازهٔ یک خودرو، می‌تواند فرود خود را تا سطح زمین دوام بیاورد. شهاب‌سنگی با عرض ۱۰۰ متر تقریباً به‌طور قطع به سطح زمین می‌رسد. حرارت حاصل از برخورد می‌تواند سطح زمین را ذوب کند، آتش‌سوزی‌های گسترده ایجاد نماید و لرزش‌هایی شبیه زمین‌لرزه پدید آورد. اگر در اقیانوس فرود آید، موج‌های عظیم می‌تواند سواحل را در مقیاس گسترده ویران کند.

شهاب‌سنگ‌های عظیم و شهرنابودکن، مانند دیمورفوس با عرض ۱۶۰ متر، قادرند مرکز شهری را به‌طور کامل از میان بردارند. برخورد چنین جرمی با لندن، دهانه‌ای به قطر ۱.۶ کیلومتر و عمق ۳۲۰ متر ایجاد می‌کرد، ساختمان‌های سراسر شهر را فرو می‌ریخت و پس از آن موج انفجار مرگباری را آزاد می‌ساخت. برخورد شهاب‌سنگ‌ها نادر است، اما پیامدهای احتمالی آن‌ها چنان سنگین هستند که نمی‌توان آن را نادیده گرفت. به همین دلیل است که تلاش‌های نظارت جهانی اهمیت حیاتی دارد.

جامعه جهانی آسمان را رصد می‌کند

در سال ۱۹۹۸ میلادی، کنگره ایالات متحده آمریکا مأموریت تازه‌ای به ناسا سپرد: شناسایی و رهگیری اجرام نزدیک به زمین (NEOها) با قطر یک کیلومتر یا بیشتر. سپس در سال ۲۰۰۵ میلادی، این وظیفه گسترش یافت و همه اجرام بزرگ‌تر از ۱۴۰ متر را نیز شامل شد؛ اندازه‌ای که مرز برخوردهای بالقوه ویرانگر محسوب می‌شود. از آن زمان، ناسا بیش از ۳۰۰۰۰ جرم نزدیک به زمین را فهرست کرده و هر سال صدها جرم دیگر را نیز کشف می‌کند.

یکی از مهم‌ترین رصدخانه‌ها در این برنامه، بر فراز کوه لمون در آریزونا قرار دارد. دوربین قدرتمند آن آسمان شب را اسکن می‌کند و تصاویر میدان‌گسترده را به ثبت می‌رساند. نرم‌افزارهای تحلیلی، هر تصویر را بررسی می‌کنند تا اجرامی را که در حال حرکت‌اند تشخیص دهند. هر کشف تازه با فهرست‌های موجود تطبیق داده می‌شود. اگر یک جرم جدید باشد، اخترشناسان مدار آن را محاسبه کرده و داده‌ها را به مرکز سیارات کوچک در هاروارد ارسال می‌کنند.

تلسکوپ کوه لمون تنها جزئی از یک شبکه جهانی است. اخترشناسان سراسر جهان، چه متخصص و چه علاقه‌مندان آماتور، یافته‌های خود را برای مرکز سیارات کوچک ارسال می‌کنند. در این میان اعضای انجمن سیاره‌ای نیز مشارکت فعال دارند. این انجمن، پژوهش فضایی و مشارکت عمومی را تشویق می‌کند و به هماهنگی رصدهای آماتوری در سراسر جهان یاری می‌رساند.

این مجموعه گسترده از چشم‌های دوخته به آسمان باعث می‌گردد شهاب‌سنگ‌های جدید به‌سرعت تأیید شوند. هنگامی که مرکز سیارات کوچک از یک کشف تازه باخبر می‌شود، شبکه را آگاه می‌کند. سپس رصدگران در نقاط مختلف جهان مشاهده‌های خود را گزارش می‌دهند. هرچه تعداد این مشاهده‌ها بیشتر باشد، داده‌های بیشتری فراهم می‌شود و هرچه داده‌ها بیشتر باشد، محاسبه مدار شهاب‌سنگ دقیق‌تر خواهد بود.

یکی از برنامه‌هایی که در این زمینه عملکردی ممتاز دارد، پروژه اسپیس‌واچ است که از رصدخانه ملی کیت پیک فعالیت می‌کند. تلسکوپ ۰.۹ متری آن به‌طور ویژه برای رهگیری تکمیلی اجرام آسمانی طراحی شده است. این تلسکوپ می‌تواند حرکت یک شهاب‌سنگ را در چهار نقطه ظرف حدود ۲۰ دقیقه ثبت کند. ترکیب این داده‌ها با مشاهدات رصدگران سایر نقاط جهان، به اخترشناسان امکان می‌دهد مسیر حرکت یک جرم آسمانی را با دقتی بسیار بالا تعیین کنند.

تمام داده‌های گردآوری‌شده به مرکز مطالعات اجرام نزدیک به زمین ناسا (CNEOS) ارسال می‌شود. این مرکز مدارهای ۱.۳ میلیون جرم نزدیک به زمین را با بازسازی مسیر حرکت آن‌ها در آینده و گذشته تحلیل می‌کند. هر شهاب‌سنگ بر اساس احتمال برخورد با زمین در صد سال آینده، در دو گروه کم‌خطر یا پرخطر طبقه‌بندی می‌شود. این سامانه همچنین می‌تواند طی حدود ۱۵ تا ۳۰ دقیقه پس از شناسایی، اجرامی را که در مسیر احتمالی برخورد قرار دارند مشخص کند؛ قابلیتی که برای واکنش اضطراری حیاتی است.

اما پیش‌بینی مدار به‌تنهایی کافی نیست. برای فهم این‌که یک شهاب‌سنگ در جو می‌سوزد، متلاشی می‌شود یا به‌صورت سالم به زمین برخورد می‌کند، دانشمندان باید از چگالی، سرعت دوران و شکل سطح آن آگاه باشند. سامانه‌های راداری در پاسخ‌ دادن به این پرسش‌ها نقش حیاتی دارند. این سامانه‌ها امواج الکترومغناطیسی را به‌سوی جرم عبوری می‌فرستند. امواج بازگشتی که بر اثر ساختار و شکل سطح تحریف شده‌اند، اطلاعاتی در مورد ترکیب، اندازه و حتی نرخ چرخش شهاب‌سنگ را آشکار می‌کنند. این داده‌ها برای پیش‌بینی اینکه آیا جرم آسمانی از جو عبور خواهد کرد یا نه، بسیار مهم‌ هستند.

مرحله بعدی کشف: تلسکوپ NEO Surveyor

با وجود این پایش جهانی، سامانه دفاعی زمین نقاط کور بزرگی دارد. بسیاری از شهاب‌سنگ‌ها تیره‌تر از زغال‌اند و تقریباً هیچ نور مرئی‌ای را بازتاب نمی‌دهند؛ بنابراین شناسایی آن‌ها از سطح زمین تا زمانی که بسیار نزدیک شوند، تقریباً ناممکن است. افزون بر این، تلسکوپ‌های زمینی به‌دلیل محدودیت‌های جوی و وابستگی به نور خورشید، قادر به اسکن همه مناطق سامانه خورشیدی نیستند.

برای رفع این کاستی، ناسا در حال ساخت تلسکوپ فضایی Near-Earth Object Surveyor است که به‌جای نور مرئی از پرتوهای فروسرخ برای شناسایی شهاب‌سنگ‌ها استفاده می‌کند. حسگرهای فروسرخ این تلسکوپ قادر خواهند بود اجرام بسیار روشن و حتی فوق‌العاده تاریک را تا فاصله حدود ۴۸۲۸۰۲۰۰ کیلومتر از زمین شناسایی کنند که بسیار فراتر از توان رصدخانه‌های زمینی است. این مأموریت که پرتاب آن پس از سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده است، طی ۵ سال به جست‌وجوی دو سوم تمام اجرام نزدیک به زمین با اندازه بیش از ۱۴۰ متر خواهد پرداخت. با آغاز به‌ کار رسمی NEO Surveyor. این تلسکوپ یک گام تعیین‌کننده در مسیر تحقق خواسته کنگره برای شناسایی ۹۰ درصد شهاب‌سنگ‌های شهرنابودکن خواهد بود.

تبدیل کشف به دفاع

شناسایی یک شهاب‌سنگ تنها نخستین گام است. جلوگیری از برخورد، مرحله‌ای کاملاً متفاوت است. در سال ۲۰۲۱، ناسا نخستین گام بزرگ به‌سوی دفاع فعال سیاره‌ای را با مأموریت Double Asteroid Redirection Test یا DART برداشت. مأموریت آن ساده بود: برخورد عمدی یک فضاپیما با یک شهاب‌سنگ برای بررسی امکان تغییر مسیر آن.‌ هدف، جرم دیمورفوس با عرض ۱۶۰ متر بود که به‌دور شهاب‌سنگ بزرگ‌تر دیدیموس می‌چرخید. دیمورفوس تهدیدی برای زمین نبود، اما اندازه‌اش آن را به نمونه آزمایشی ایده‌آل تبدیل می‌کرد. DART با یک موشک اسپیس‌ایکس فالکون ۹ در نوامبر ۲۰۲۱ پرتاب شد و نزدیک یک سال سفر کرد تا به فاصله ۱۱ میلیون کیلومتری از زمین و سامانه دیدیموس برسد.

این فضاپیما با وجود آنکه تنها یک جعبه‌ی یک‌متری با آرایه‌های خورشیدی گسترش‌یابنده بود، با استفاده از سامانه پیشران یونی خود با سرعت ۶.۶ کیلومتر بر ثانیه به سمت دیمورفوس شتاب گرفت. ناسا انتظار داشت این برخورد، مدار دیمورفوس به‌ دور دیدیموس را دست‌کم ۷۳ ثانیه کوتاه‌تر کند؛ اما مدار آن ۳۲ دقیقه کاهش یافت. این نتیجه فراتر از انتظار بود و نشان داد حتی یک فضاپیمای کوچک نیز می‌تواند مسیر جسمی بسیار بزرگ‌تر را منحرف کند، مشروط بر آنکه زمان هشدار کافی وجود داشته باشد.

کشورهای دیگر نیز در حال آغاز پروژه‌هایی مشابه‌اند. چین قصد دارد پیش از سال ۲۰۳۰، و شاید حتی در سال ۲۰۲۷، مأموریت انحراف شهاب‌سنگ خود را اجرا کند. روسیه نیز پیشنهاد داده است که موشک قدرتمند RS-28 Sarmat را که توان حمل چندین کلاهک را دارد، به یک سامانه رهگیر شهاب‌سنگ تبدیل کند.

ناسا همچنین چند گزینه نظری دیگر را بررسی کرده است. یکی از آن‌ها استفاده از یک فضاپیمای عظیم به‌عنوان یدک‌کش گرانشی است؛ بدین معنا که فضاپیما با نیروی گرانش خود، شهاب‌سنگ را به‌تدریج از مسیر برخورد منحرف کند. ایده‌ دیگر، دفع‌کننده یونی است که در آن پیشران‌های یونی فضاپیما به‌طور پیوسته به سطح جرم آسمانی پرتو یون می‌دمند تا به‌تدریج آن را از مسیر برخورد خارج کنند. و البته گزینهٔ کلاسیک اما بحث‌برانگیز نیز وجود دارد: استفاده از یک سلاح هسته‌ای برای تبخیر بخشی از سطح شهاب‌سنگ و وادار کردن آن به تغییر مسیر.

چرا هوشیاری همچنان ضروری است

برخورد شهاب‌سنگ‌ها به زمین نادر است، اما گذر نزدیک آن‌ها از کنار سیار ما بسیار بیش از آن چیزی رخ می‌دهد که اغلب مردم تصور می‌کنند. در ماه اوت یک شهاب‌سنگ در نیوجرسی منفجر شد و به داخل یک خانه نفوذ کرد. پس از آن، شهاب‌سنگی با اندازه یک آسمان‌خراش با نام ۲۰۲۵ FA22 تنها در فاصله‌ای دو برابر فاصله زمین تا ماه از کنار زمین عبور کرد.

در نمونه‌ای دیگر، شهاب‌سنگی در فاصله یک‌چهارم فاصله زمین تا ماه عبور کرد و ناسا تنها دو روز پیش از گذر، آن را کشف کرد. احتمال یک برخورد فاجعه‌بار در هر سال اندک است، اما صفر نیست. با وجود هزاران جرم نزدیک به زمین که هنوز کشف نشده‌اند و برخی که تنها چند روز پیش از عبورشان شناسایی می‌شوند، پایش مداوم همچنان مهم‌ترین سپر حفاظتی ماست. سامانه دفاعی ساخت بشر هنوز در حال تکامل است. این سامانه یک خیال‌پردازیِ علمی نیست، بلکه یک مأموریت واقعی، هماهنگ و بین‌المللی برای حفاظت از سیاره ماست.