عمال النظافة الكونية: العلماء يجوبون أسطح الكاتدرائية الإنجليزية بحثًا عن الغبار الفضائي | علوم

ياعلى سطح كاتدرائية كانتربري، يبحث اثنان من علماء الكواكب عن الغبار الكوني. وبينما يخفي حاجز الطوب الأحمر الشوارع والمباني والأشجار في الأسفل، فإن السحب الضعيفة فقط هي التي تحجب السماء الزرقاء العميقة التي تمتد إلى الفضاء الخارجي.

يكسر هدير المكنسة الكهربائية الصمت، وتقوم الباحثة الدكتورة بيني وزنياكيويتز، التي ترتدي بدلة المواد الخطرة مع حقيبة ظهر كبيرة الحجم، بتتبع مزراب بعناية باستخدام أنبوب آلة الشفط.

“نحن نبحث عن مجالات مجهرية صغيرة”، يشرح زميلها، الدكتور ماتياس فان جينيكن من جامعة كينت، الذي يرتدي أيضًا ملابس واقية. “في الوقت الحالي، نقوم بجمع الآلاف والآلاف من جزيئات الغبار، ونأمل أن يكون هناك عدد ضئيل يأتي من الفضاء.”

يتبخر معظم الغبار الموجود خارج كوكب الأرض والذي يقصف الأرض كل عام في الغلاف الجوي – وتشير بعض النماذج إلى أن 15000 طن يصل إلى الغلاف الجوي للأرض (أي ما يعادل حوالي 75 حوتًا أزرقًا). لكن حوالي 5200 طن من النيازك الدقيقة تسقط على الأرض، بناءً على تقديرات من القارة القطبية الجنوبية. وهذه الجسيمات، التي تأتي على الأرجح من المذنبات والكويكبات، صغيرة الحجم، ويتراوح قطرها بين 50 ميكرون إلى 2 ملم.

يقول فان جينكين: “عليك أن تكون محققًا إلى حد ما”. يؤدي التسخين الشديد عند دخول الغلاف الجوي إلى تغيير العديد من المعادن و”عليك معرفة طبيعة الجسيم الأصلي بناءً على المعلومات المحدودة المتوفرة لديك”.

يلجأ الباحثون إلى النيازك الدقيقة للحصول على أدلة حول كيمياء الكويكبات والنيازك. ومن خلال النظر في المتغيرات الكيميائية المعروفة باسم النظائر، يمكن للعلماء فهم المزيد عن الجسم الأصلي الذي جاء منه الغبار الكوني، وما حدث له عند دخوله الغلاف الجوي للأرض.

كما أنه في الماضي كان الغبار الكوني أكثر وفرة، حيث كان هناك الكثير من الاصطدامات بين الأجسام في النظام الشمسي عندما كانت الأرض شابة. هذا الغبار محصور في الصخور، ويمكن أن يشير إلى ما كان يحدث في جوارنا الكوكبي عبر تاريخ الأرض، وكيف تغير.

يحاول فان جينكن ووزنياكيويتش فهم كيفية تغير تدفق النيازك الدقيقة، من بين أسئلة علمية أخرى.

“إذا تمكنت من فهم عدد جزيئات الغبار التي تصل إلى السطح، فيمكنك إجراء بعض التقديرات حول كمية المواد التي تصل إلى الأرض بمرور الوقت، وبالتالي، من المحتمل، ما هي مساهمة الغبار الفضائي في يقول وزنياكيويتش: “الكيمياء على الأرض”.

“وهذا بطريقتين – بعض [the cosmic materials] البقاء على السطح، ويمكنهم المشاركة في كيمياء السطح. وبعضها يحترق في الغلاف الجوي، ويمكن أن يشارك في كيمياء الغلاف الجوي”.

يمكن للنيازك الدقيقة زرع عناصر في الأرض والبحار، وهي عناصر غير شائعة على سطح الأرض، وكذلك في الغلاف الجوي، مما قد يؤثر على كيفية تصرف هذه الأنظمة.

يبحث وزنياكيويتز وفان جينكن عن نوع محدد من الغبار خارج كوكب الأرض: الأجسام الكروية الكونية. من السهل نسبيا التعرف على هذه الكرات الصغيرة مقارنة بالغبار الآخر، بسبب شكلها المميز، لكن الأمر يتطلب استخدام مجهر للتأكد من أن الكرة الكونية لم تأت من الأرض. وهذا يجعلها مفيدة في تقدير كمية الغبار الكوني المتساقط في مكان معين خلال فترة زمنية معينة.

كان يُعتقد أنه من المستحيل جمع الغبار الكوني في البيئة الحضرية، إذ كان يقتصر على الأماكن البكر، مثل القطب الجنوبي، أو في الرواسب المتحجرة. لكن في عام 2009، بدأ موسيقي الجاز النرويجي، الذي تحول إلى صائد الغبار الكوني، جون لارسن، في تمشيط مئات الكيلوجرامات من جزيئات الغبار الحضري، بحثًا عن الغبار الكوني. في عام 2017، نشر لارسن وزملاؤه، بما في ذلك فان جينكن، بحثًا مهمًا في المجلة جيولوجيامما يدل على أن أي شخص يمتلك المجهر والصبر يمكنه اكتشاف المجالات الكونية.

ولكن من الصعب جمع النيازك الدقيقة للدراسة العلمية، على الرغم من أنها تسقط بشكل مستمر على سطح الأرض. وتتلوث الجزيئات بسهولة، مما قد يعرض للخطر استخدامها في الأبحاث. (ولكن هذا ليس هو السبب الذي يجعل فان جينيكن ووزنياكيويتش يبدوان وكأنهما كائنات فضائية ترتدي ملابس بيضاء – فهما يحميان نفسيهما من أنفلونزا الطيور، والتي ربما تكون موجودة في الفضلات وعظام الطيور التي نراها على السطح).

يقول فان جينكين: “لقد بدأ لارسن عصر النيازك الدقيقة الحضرية بأكمله”. “ومنذ ذلك الحين، أصبح المزيد والمزيد من الناس يفعلون ذلك كهواية. “جزء من ما نريد القيام به أنا وبيني هو إدخال العلم في هذا الأمر.”

تعتبر أسطح الكاتدرائية، مثل أسطح كانتربري، مثالية لصيد الغبار الكوني، لأنها كبيرة الحجم ولا يمكن الوصول إليها ولم يمسها أحد إلى حد كبير. ندخل من خلال باب خشبي عادة ما يكون مزودًا بقضبان، في الجزء الخلفي من كنيسة الثالوث الرئيسية بالكاتدرائية، صعودًا مئات الدرجات المتعرجة بإحكام، ثم من خلال باب آخر مفتوح خصيصًا للوصول إلى أحد أسطح الكاتدرائية. كان هذا هو السقف الأخير لفان جينكين ووزنياكيويتش في ذلك اليوم – وقد صعدوا إلى عدة أسطح أخرى في الكاتدرائية. لقد قاموا أيضًا بجمع الغبار من كاتدرائية روتشستر، ويأملون في إضافة سالزبوري ووينشيستر إلى قائمتهم.

يحرص فان جينكن على أخذ عينات من العديد من الأسطح، لفهم التحيزات التي تتسلل إلى مجموعات النيازك الدقيقة في المناطق الحضرية، مثل تأثير مياه الأمطار. ويقول إن ميزة الأسطح هي أنه يمكن الوصول إليها بسهولة. إن الذهاب إلى القارة القطبية الجنوبية، حيث تم إجراء الكثير من الأبحاث حول النيازك الدقيقة، “هو أمر مكلف للغاية، ويتطلب الكثير من التحضير، وهناك حد لكمية العينات التي يمكنك إعادتها”. كما يقتصر البحث على مناخ معين وخط العرض. تعمل الأسطح على توسيع الفرص لدراسة كيفية تفاعل جزيئات الغبار الصغيرة هذه في بيئات مختلفة.

كما أن وفرة النيازك الدقيقة في المناطق الحضرية تفتح المجال أمام علوم الكواكب لأولئك الذين لا يستطيعون بالضرورة الوصول إلى كميات كبيرة من البعثات الفضائية الأكبر. وهناك اهتمام متزايد بخيرات الفضاء الخارجي. على سبيل المثال، أعادت مهمة OSIRIS-REx التابعة لناسا العام الماضي إلى الأرض مواد من الكويكب بينو، الذي يبلغ عمره أكثر من 4.5 مليار سنة.

يقول فوزنياكيويتش: “تلك المهمات رائعة”. “إنهم يذهبون إلى شيء واحد، ويخبرونك كثيرًا عن هذا الشيء. تخبرك النيازك الدقيقة عن آلاف وملايين الأجسام… وتخبرك المزيد عن عدد الكويكبات ككل، وهي لمحة سريعة عن جميع العمليات المختلفة، وجميع الأجسام المختلفة الموجودة هناك. ومن ثم يمكنك مقارنة تلك العينات، إلى جانب النيازك، بالعينات التي يتم إحضارها من هذه المهمات.

يقول الدكتور مارتن ساتل، المحاضر في علوم الكواكب في الجامعة المفتوحة، إن الغبار الكوني يمكن أن يحمل أيضًا أدلة حول كوكبنا في الماضي البعيد. ومن الممكن أيضًا أن يكون قد خلق بيئة مضيافة على الأرض المبكرة، مما سمح للحياة بالنشوء تلقائيًا، وفقًا لورقة جديدة نشرها ساتل وزملاؤه في عام 2016. علم الفلك الطبيعة.

ويقول: “كان هناك غبار أكثر يأتي إلى الأرض، ربما 1000 مرة أكثر من الغبار اليوم”. “يحمل هذا الغبار الكثير من الأشياء التي تعتبر جذابة كمواد خام للكيمياء قبل الحيوية المبكرة، أشياء مثل معدن الحديد، الذي لا يوجد على سطح الأرض.”

لكن جمع الغبار الكوني ليس سوى بداية عملية البحث، ويمكن القول إنه الجزء الأسهل – على الرغم من كل سلالم الكاتدرائية. سيتم الآن تعقيم أكياس الغبار بحيث تكون آمنة للعمل بها، وبعد ذلك سيقوم العلماء بفحص كل جسيم تحت مجهر معقم.

يقول فان جينيكن: “سنقضي ساعات وساعات وساعات وساعات في استخراج الأجسام الكروية، ونأمل أن يكون أحدها كرويًا كونيًا”.