اصطدام (علم الفلك)

تصطدم الأجرام الصغيرة بالأرض كثيرًا، إذ يوجد علاقة عكسية بين حجم الجرم ومعدل تكرار الاصطدامات. يُظهر سجل حوادث اصطدام الفوهات القمرية تناقصًا في معدل الاصطدامات بشكل متناسب مع قطر مكعب الفوهة الناتجة تقريبًا، والذي يتناسب بدوره مع متوسط قطر الجرم المرتطم. تضرب الكويكبات التي يبلغ قطرها كيلو مترًا واحدًا (0.62 ميلًا) الأرض كل 500 ألف عامًا بشكل وسطي، وتحدث التصادمات الكبيرة -مع أجرام يبلغ قطرها 5 كيلو مترًا (3 ميلًا) - مرة واحدة كل عشرين مليون عامًا تقريبًا. حدث آخر تصادم ملحوظ لجرم يبلغ قطره 10 كيلو مترًا (6 ميلًا) أو أكثر، في حدث انقراض العصر الطباشيري-الثلاثي قبل 66 مليون عامًا.[20][21][22][23]

تتناسب الطاقة المنبعثة عن الصدم مع قطر وكثافة وسرعة وزاوية الجرم، ولا يمكن عمومًا تقدير قطر معظم الكويكبات القريبة من الأرض والتي لم تُدرس بواسطة الرادار أو باستخدام الأشعة تحت الحمراء. تُفترض قيمة كثافة الجرم بشكل عام، نظرًا لأنه تُقدر أيضًا قيمة كلًا من كتلة وقطر الجرم. يبلغ الحد الأدنى لسرعة تصادم الأجرام تبعًا لسرعة إفلات الأرض، نحو 11 كيلو مترًا / ثانية، وسرعة الاصطدام الكويكبي مع الأرض نحو 17 كيلو مترًا / ثانية، وتبلغ زاوية الاصطدام الأرجح نحو 45 درجة.

يحدد كلًا من ظروف الاصطدام مثل حجم الكويكب وسرعته، وأيضًا كثافة وزاوية الاصطدام، الطاقة الحركية المنبعثة عن الاصطدام، إذ يزيد حجم الضرر الحاصل على الأرض بالتناسب مع كمية الطاقة المُنبعثة نتيجة الاصطدام، وذلك تبعًا للآثار البيئية الناجمة عن هذا الاصطدام. يُمكن أن تظهر هذه الآثار على شكل موجات صادمة، أو إشعاع حراري، أو على شكل فوهات مع الزلازل التي قد تنتج عن التصادم، وأحيانًا تسونامي إذا ضُربت المسطحات المائية. تُعتبر المُجتمعات البشرية عُرضةً لهذه الآثار البيئية، وذلك إذا كانوا يعيشون داخل المنطقة المتضررة. بل ويمكن أن تحدث موجات المد البحيري الضخمة الناتجة عن الزلازل أو نواتج الحطام الكبيرة الحجم التي تتشكل خلال دقائق بعد الاصطدام، على بعد آلاف الكيلومترات من منطقة الاصطدام.[24]

تدخل الكويكبات الصخرية التي يبلغ قطرها 4 أمتار (13 قدمًا) الغلاف الجوي الأرضي مرة واحدة سنويًا تقريبًا، وتدخل الكويكبات التي يبلغ قطرها 7 أمتار الغلاف الجوي الأرضي مرة كل 5 سنوات قريبًا، بل وتنشر نفس قيمة الطاقة الحركية التي تسقطها قنبلة هيروشيما الذرية (نحو 16 كيلو طنًا من مادة تي إن تي)، ولكن يُخفف الانفجار الهوائي إلى نحو 5 كيلو طنًا فقط. تنفجر الأجرام عادةً في طبقة الغلاف الجوي العلوي، وتتبخر معظم أو كل المواد الصلبة. ومع ذلك، فإن الكويكبات التي يبلغ قطرها 20 مترًا (66 قدمًا)، والتي تضرب الأرض مرتين تقريبًا كل قرن، تنتج مزيدًا من الانفجارات الهوائية القوية.[22][25]

قُدّر قطر فوهة نيزك تشيكشولوب الذي ضرب الأرض عام 2013، بنحو 20 مترًا مع انفجار جوي بلغ حجمه نحو 500 كيلو طنًا، وقد كان الانفجار أكبر بمقدار 30 مرة من انفجار هيروشيما. قد تؤثر الأجرام الأكبر حجمًا على الأرض الصلبة وتُحدث حفرةً فيها.

خلال تاريخ الأرض كان للاصطدامات تأثير جيولوجي ومناخي مهم.[26][27]

على نطاق واسع، يُعزى وجود القمر إلى اصطدام ضخم حديث في وقت مبكر من تاريخ الأرض.[28] كان للاصطدامات التي حدثت في وقت سابق من تاريخ الأرض تأثيرات تكوينية وتدميرية؛ اقتُرح أن المذنبات أوصلت المياه إلى الأرض، واقترح بعض العلماء أن الاصطدامات أثرت على أصول الحياة عن طريق جلب مواد كيميائية عضوية أو أشكال حياة أخرى إلى سطح الأرض، وهي نظرية تعرف باسم النشوء الخارجي.

لم تُطرح هذه الآراء الجديدة لتاريخ الأرض إلا مؤخرًا نسبيًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى نقص الرصد المباشرة للأدلة وصعوبة التعرف على علامات الاصطدامات الأرضية بسبب اختفائها بفعل التعرية والعوامل الجوية. من النادر حدوث اصطدامات أرضية واسعة النطاق من النوع الذي أنتج فوهة بارينجر، والمعروفة محليًا باسم الفوهة النيزكية، الموجودة شمال شرق فلاغستاف، أريزونا. بدلًا من ذلك، كان يُعتقد على نطاق واسع أن الفوهات نتجت عن أنشطة بركانية: مثلًا، نُسبت فوهة بارينجر إلى انفجار بركاني حدث في عصور ما قبل التاريخ (هذه ليست فرضية غير معقولة، لأن قمم سان فرانسيسكو البركانية تبعد عن الفوهة 48 كيلومتر غربًا). وبالمثل، نُسبت الفوهات القمرية إلى أنشطة بركانية.

لم يُعرف السبب الصحيح لتكون فوهة بارينجر حتى الفترة بين عامي 1903 و1905، ولم يثبت البحث الذي أجراه يوجين ميرل شوميكر هذه الفرضية بشكل قاطع حتى عام 1963. أظهرت نتائج استكشاف الفضاء في أواخر القرن العشرين وأبحاث العلماء على غرار شوميكر أن تأثير تكون الفوهات كان بدرجة كبيرة العملية الجيولوجية الأكثر انتشارًا وتأثيرًا على الأجرام الصلبة في النظام الشمسي. تبين أن جميع الأجرام الصلبة التي اكتُشفت في النظام الشمسي تعرضت للاصطدامات، ولا يوجد سبب للاعتقاد بأن الأرض نجت بطريقة ما من هذا القصف الفضائي. في العقود الأخير من القرن العشرين، اكتُشف عدد كبير من الفوهات التصادمية ذات التأثير الكبير للغاية. رُصد أول اصطدام كبير مباشر في عام 1994 حين اصطدام مذنب شوميكار ليفي 9 بكوكب المشتري.

بناءً على معدلات تكون الفوهات على القمر، استنتج علماء الجيولوجيا الفلكية أنه خلال آخر 600 مليون سنة، اصطدمت الأرض بـ 60 جرم بقطر 5 كيلومترات (3 ميل) أو أكثر. أدى أصغر هذه التصادمات إلى تكون فوهة بقطر 100 كيلومتر (60 ميل). اكتُشفت ثلاث فوهات مؤكدة فقط من تلك الفترة الزمنية بهذا القطر أو أكثر: تشيكشولوب وبوبيجاي ومانيكواغان، ويشتبه العلماء أن هذه التصادمات أدت إلى أحداث انقراض. أدى الاصطدام الذي شكل فوهة ميستاستين إلى توليد درجات حرارة تجاوزت 2370 درجة مئوية، وهي أعلى درجة معروفة حدثت على سطح الأرض.[29][30]

إلى جانب التأثير المباشر للاصطدامات الكويكبية على التضاريس السطحية للكواكب والمناخ العالمي والحياة، أظهرت الدراسات الحديثة أن العديد من الاصطدامات المتتالية قد تكون أثرت على آلية الدينامو في لبّ الكواكب المسؤولة عن الحفاظ على الحقل المغناطيسي للكواكب، وقد تكون هذه التصادمات أحد أسباب افتقار المريخ لحقل مغناطيسي. قد تسبب التصادمات ظهور عمود وشاحي (نشاط بركاني) عند النقطة المتقابلة للاصطدام. قد يكون اصطدام تشيككسولوب أدى إلى زيادة النشاط البركاني في مرتفعات ظهر المحيط وقد اقتُرح أنه تسبب في فيضانات بركانية بازلتية في مصاطب الدكن.[31]

اكتُشف العديد من الفوهات التصادمية على الأرض أو في البحار الضحلة فوق الرف القاري، لكن لم يُؤكد وجود أي فوهة في أعماق المحيطات على نطاق واسع من قبل المجتمع العلمي. يُعتقد عمومًا أن المقذوفات التي يصل قطرها إلى كيلومتر واحد تنفجر قبل الوصول إلى قاع البحر، ولكن من غير المعروف ما يمكن أن يحدث إذا اصطدم جرم أكبر بكثير بأعماق المحيط. مع ذلك، فإن عدم وجود فوهات في قاع البحار لا يعني أن التصادمات المحيطية لن يكون لها آثار خطيرة على البشرية. وفقًا لبعض العلماء، قد يؤدي اصطدام نيزكي بالمحيط إلى حدوث ميجاتسونامي، والذي يمكن أن يتسبب في دمار في البحر وعلى اليابسة على طول الساحل، ولكن هذا الأمر هو موضع خلاف بين العلماء. يُعتقد أن اصطدام إلتانين بالمحيط الهادئ، الذي حدث قبل 2.5 مليون سنة، نتج عن جرم بقطر يتراوح بين 1 و4 كيلومترات (0.62 و2.49 ميل) لكنه لم ينتج أيّ فوهة.[32]