Ми дивимося вгору і бачимо смугу, що світиться. Ми називаємо її падаючою зіркою. Це чудово. Це швидкоплинно. Але ж це не зірка. Це насильницька смерть каменю.
Різниця між тим, що ви бачите і тим, що це викликало, має значення. Смуга, що світиться в небі — це метеор. Причина – метеороїд. Це невеликий кам’яний або металевий об’єкт із космосу, який входить у нашу атмосферу та нагрівається до свічення.
Чому виникають метеори
Вся справа у швидкості.
Коли метеороїд потрапляє в атмосферу Землі, він рухається не зі швидкістю пішохода. Він летить швидше за кулю. Мінімальна швидкість становить 11 кілометрів на секунду. Це 25 000 миль на годину.
Куля залишає ствол зброї зі швидкістю кілька сотень метрів за секунду. Цей об’єкт рухається з часткою швидкості світла.
Тертя виникає не через тертя молекули повітря в традиційному сенсі. Це стиск. Об’єкт так сильно врізається в атоми та молекули, що повітря не встигає розлітатися убік. Зіткнення створює тепло. Інтенсивне тепло.
Поверхня каменю плавиться. Він випаровується. Повітря навколо нього спалахує. Ось це світло ви й бачите.
Більшість метеороїдів не виживають. Вони згоряють у верхніх шарах атмосфери. Якщо ви бачите смугу і думаєте: «Сподіваюся, це впаде на мій двір», ви, мабуть, помиляєтесь. Переважна більшість зникає, перш ніж торкнутися землі.
Що виживає при падінні
Якщо камінь виживає після вогняного занурення і падає на Землю, він змінює свою назву. Він більше не метеороїд. Він стає “метеоритом”.
Ви можете підняти метеорит. Ви можете потримати його у руках. Це шматочок Сонячної системи, що здійснив подорож.
Але якого вони розміру?
Термін “метеороїд” зазвичай застосовується до шматків матерії розміром приблизно з будинок або менше. Йдеться про десятки метрів у поперечнику. Це уламки астероїдів та комет. Це невеликі тіла Сонячної системи.
Деякі мають інше походження. Деякі прибули з Місяця. Деякі з Марса. Інші з Вести. Можливо, із Меркурія.
Потім є зовсім крихітні.
Якщо частка має розмір менше кількох сотень мікрометрів, вона приблизно з крапку в кінці цієї пропозиції. Ми називаємо їх міжпланетними пиловими частинками. Або мікрометеороїдами. Вони всюди. Вони дрейфують у космосі, як сніг.
Чому це важливо
Ми зосереджуємось на великих каменях. На тих, хто може впасти на міста. Але дрібна матерія розповідає історію.
Ці уламки – залишки. Це сміття від зіткнень, що сталися мільярди років тому. Коли метеороїд згоряє, він вивільняє стародавній матеріал у нашу атмосферу. Це стала, тиха система доставки позаземної матерії.
Вам не потрібний телескоп, щоб побачити ефект. Вам просто потрібно подивитися вгору у ясну ніч.
Смуга зникає за секунду. Але фізика, яка стоїть за цим, проста і жорстока. Швидкість плюс стиск і світло. Ось і все.
Не магія. Це – механіка.
І здебільшого все зникає.
Чому назви постійно плутають
Люди використовують слова метеороїд, метеор та метеорит як синоніми. Це недбало. Плутанина зазвичай зосереджена навколо слова «метеор».
Часто громадськість застосовує його до каменю, що мчить через космос. Іноді вони мають на увазі сам об’єкт, що горить. У більшості випадків вони описують смугу, що світиться. Лише рідко вони використовують це слово правильно для об’єкта, який фактично сягає землі.
Подивіться на назву. Кратер Метеор в Арізоні. Це відомий ударний кратер. Кратера названо на честь каменя, який в нього вдарив. Чи не світиться смуги. Чи не космічного каменю. Камінь, який вижив під час падіння.
Визначення етапів входу в атмосферу
Різниця проста, якщо слідувати тимчасовій шкалі.
Спочатку є метеороїд. Це об’єкт у космосі. Це просто камінь чи метал. Без видовищності. Без атмосфери. Просто шматок сміття на своєму шляху.
Потім набуває чинності атмосфера. Тертя нагріває об’єкт. Він починає світитись. Це метеор. Смуга, що світиться. «Зірка, що падає». Якщо ви бачите її, ви дивитеся на метеороїд, що згорає у верхніх шарах атмосфери. Сам об’єкт часто зникає ще до того, як досягне нижчих висот.
Якщо якась частина виживає при цьому вогненному проході і падає на Землю, вона стає метеоритом.
Ця різниця має значення для науки. Метеороїд розповідає нам про історію Сонячної системи. Метеор дає дані про швидкості входу в атмосферу. Метеорит дозволяє нам тримати цю історію у своїх руках. Ми можемо проаналізувати його хімію. Ми можемо визначити його вік. Ми можемо вивчити його структуру.
Реальні приклади плутанини
Приклад з Арізони класичний. Кратер Метеор утворився залізонікелевим метеоритом. Об’єкт мав завширшки близько 50 метрів. Він вдарив зі швидкістю 12,8 кілометрів на секунду. Удар створив кратер завширшки 1200 метрів.
Вчені вивчають викиди. Вони шукають шокованого кварцу. Вони наносять на карту край кратера. Вся ця робота не має сенсу, якщо ви називаєте кратер «метеоритним кратером» у своїх нотатках. Точність має значення.
Неправильне маркування має наслідки. Вона забруднює наукові дані. Вона вводить в оману публіку. Вона ускладнює пояснення космічних загроз. Якщо навколоземний об’єкт рухається до Землі, нам потрібна чітка мова. Чи це потенційний ударний об’єкт? Це небезпека? Терміни допомагають нам класифікувати ризик.
Чому плутанина зберігається
Перемагає звичайне вживання. Більшість людей бачать смугу, що світиться. Вони називають її метеором. Вони думають, що камінь упав униз. Вони також називають знайдений камінь метеоритом. Або іноді вони просто називають усі метеорами. Це простіше, ніж вивчати три слова.
Але наука потребує іншого.
Метеороїди обертаються довкола Сонця. Вони залишилися після формування планет. Або фрагменти від зіткнень. Вони малі. Занадто маленькі, щоб бути планетами чи карликовими планетами.
Метеори – це минущі події. Вони тривають секунди. Вони видно лише завдяки атмосфері. Заберіть повітря і не буде метеора. Лише темрява.
Метеорити – це фізичні докази. Вони відчутні. Це єдиний позаземний матеріал, який можемо чіпати без скафандра.
Вплив на дослідження
Коли дослідники публікуються, вони мають бути точними. Вони описують орбіту метеороїду. Вони фіксують траєкторію
чому метеори згоряють у небі і що створює вогненну кулю
Подивіться в темну ніч. Ви можете помітити кілька смуг, що світяться. Це метеори. Вони спалахують на секунду або затримуються на кілька секунд. Світіння часто мерехтить. Можуть летіти іскри. Іноді залишається шлейф. Далеко після того, як камінь зникає.
Ми називаємо найяскравіші з них вогняними кулями. Або болідами. Якщо вони вибухають, то це точно болід. Коли тисячі з’являються одночасно, це метеорний потік. Якщо вони з’являються нізвідки, то є спорадичними.
Фізика удару піщинки
Метеор – це зіткнення. Метеороїд входить в атмосферу Землі на високій швидкості. Типова видима смуга походить від об’єкта розміром з піщинку. Він починає з великої висоти. Часто на висоті 100 км (60 миль) чи вище.
Існують і дрібніші об’єкти. Об’єкти розміром менше 500 мікрон занадто тьмяні для очей. Вам потрібні біноклі. Або телескопи. Радар також може їх упіймати.
Яскравіші метеори зустрічаються рідше. Вони сяють, як Венера. Або яскравіше за повний Місяць. Вони походять від більших каменів. Від грамів до тонни. Від сантиметрів до метрів.
Швидкість та перетворення енергії
Чому вони світяться? Швидкість.
Метеороїди рухаються біля Землі з різною швидкістю. Від кількох км/с до 72 км/с. Гравітація Землі прискорює їх. Мінімальна швидкість входу складає 11,2 км/сек. Швидкість втікання.
За такої швидкості кінетична енергія величезна. Приблизно у 15 разів більше, ніж у тротилу (TNT) тієї ж маси. Тертя уповільнює камінь. Ця енергія перетворюється на тепло.
Навіть на висоті 100 км повітря розріджене. Але цього достатньо. Тепло випаровує метеороїд. Він іонізує поверхню. Він також руйнує навколишні молекули газу. Порушені атоми створюють світло. Формується область, що світиться. Вона рухається разом із каменем. Вона набагато більша за самий камінь.
Лише 0,1-1% цієї енергії стає видимим світлом. Решта нагріває повітря. І відштовхує його убік.
Ударні хвилі та звукові удари
Опустіться глибше. Повітря перед каменем стискується. Розвивається ударна хвиля. Вона взаємодіє з твердим каменем та його парою. Складна фізика.
Ця хвиля може досягти землі. Навіть якщо камінь не сягає. Якщо об’єкт розміром кілограм проникає на висоту 40 км, він може викликати звук на землі. Подібно до звукового удару. Або грому.
Звук може бути інтенсивним. Він стрясає землю. Сейсмометри записують його. Вони призначені для реєстрації землетрусів. Але вони також фіксують ці удари.
Руйнування та фрагментація
Викид енергії знищує більшість метеороїдів. Особливо швидкі. Відбувається два процеси.
Абляція видаляє масу. Випаровування. Розплавлені краплі відлітають.
Фрагментація розколює камінь. Аеродинамічний тиск перевищує міцність на стиск. Камінь руйнується.
Саме тому багато метеорів закінчуються понад 80 км. Досягти 50 км – рідкість.
Великі камені фрагментуються катастрофічно. Близько десяти великих вибухів відбувається щорічно. Кожен з них має потужність не менше 1 кілотонни тротилу. Деякі набагато більше. Ці камені мають діаметр щонайменше 2 метрів.
Порівняйте це з Хіросіма. 15 кілотонн. Тунгуський феномен 1908 був видовищним. Сибір. 30 червня. Ударна хвиля склала 15 мегатонн. Дерева було повалено на площі 50 км у поперечнику. 500 000 акрів. Свідки казали, що це було так само яскраво, як Сонце.
Вижили під час падіння
Не всі метеороїди згоряють. Дехто втрачає енергію до руйнування. Це відбувається, якщо камінь невеликий. І повільний. Менш ніж 25 км/с. Або входить під невеликим кутом.
Це також відбувається, якщо камінь великий. Понад 100 грамів. І міцний. Висока міцність на стиск.
Міжпланетні пилові частинки крихітні. Менш 50-100 мкм. Вони зупиняються високо. Їм потрібні тижні чи місяці, щоб осісти. Частинки комет рухаються швидко. Тому виживають лише ті, які досить малі.
Більші вижили плавляться. Частково чи повністю. Потім знову твердніють. Вони падають як каміння.
Коли метеороїд великий – його діаметр становить десятки метрів – правила змінюються. Атмосфера не просто спалює його. Вона сповільнює його.
Ці об’єкти досягають висот 5-25 км. На цій висоті тиск повітря досить високий, щоб діяти як гальмо. Поверхня плавиться. Внутрішня частина залишається холодною. Цей термічний розподіл має ключове значення. Воно означає, що ядро каменю ніколи не досягає екстремальних температур входу в атмосферу.
Фрагментація та спуск
Вони рідко залишаються цілими. Більшість розколюються під впливом напруги. Атмосфера ефективно їх гальмує. Потім набуває чинності гравітація.
Цей етап називається “темним польотом”. Він триває кілька хвилин. Для порівняння: видиме свічення триває лише кілька секунд. Світність загасає. Швидкість падає до 100–200 метрів за секунду. Це 225-450 миль на годину. Швидко за автомобільними мірками. Повільно за орбітальними мірками.
«На той час, коли метеороїд досягає землі, він втрачає так багато тепла, що метеорит можна відразу ж торкнутися голою рукою.»
Поверхневі особливості та орієнтація
Це каміння можна підняти. Вони прохолодні на дотик. Але на них видно шрами. Зверніть увагу на темну, склоподібну кірку. Це кірка плавлення. Вона утворюється внаслідок плавлення поверхні. Це єдина очевидна ознака вогняного прольоту.
Деякі камені демонструють більше. Текстура потоку. Аеродинамічні форми. Ці особливості важливі. Вони вказують на орієнтацію. Метеороїд не перекидався. Він тримав ніс за вітром. Як пілотований космічний апарат. Ця стабільність передбачає обтічний шлях входу. Більшість метеороїдів перекидаються. Ці – ні.
В результаті виходить камінь, який можна тримати у руках. Теплий? Ні. Прохолодний. Все ще несе тепло подорожі, що почалася в глибокому космосі.
Ви бачите їх у більшості років. Персеїди у серпні. Гемініди у грудні. Ви дивитеся вгору, чекаючи на феєрверк, і бачите лише п’ять чи десять смуг на чорному небі. Це навряд чи схоже на видовище.
Потім є винятки. Вночі, коли небо буквально випромінює світло. Тисячі метеорів за годину. Ці драматичні шоу невипадкові. Вони є результатом космічної катастрофи, яка розігрувалась протягом тисячоліть.
Геометрія падаючих каменів
Метеори в потоці мають загальну характеристику: напрямок. Вони не рухаються зигзагами. Вони не розлітаються у різні боки. Вони рухаються одночасно. Якщо нанести траєкторії на зіркову карту, всі вони сходяться в одній точці.
Це ефект перспективи. Це та ж оптична ілюзія, через яку паралельні залізничні колії здаються схожими вдалині. Ця точка сходження називається радіантом.
Назви потоків походять безпосередньо із цієї геометрії. Персеїди виходять із сузір’я Персея. Леоніди – з Лева. Ця угода про імена ґрунтується на тому місці, де дія, як здається, починається на нашому небі.
Фотографія довела те, що підозрювали спостерігачі неозброєним оком. Ці метеори не просто пролітають під схожими кутами. Вони поділяють ту саму орбіту. Вони є частиною обмеженого потоку уламків, що обертається навколо Сонця. Ми називаємо їх метеорними потоками.
Радар пізніше розширив список. Він фіксував потоки, невидимі для людського ока та ранніх камер. Вони виходили з радіантів, що у денному небі. Земля проходить через них, але сонячне світло їх затьмарює. Загалом астрономи ідентифікували близько 2000 різних потоків.
Зв’язок із кометами
Найважливіше відкриття у науці про метеори пов’язує ці потоки з кометами. Це не слабка кореляція. Це прямий причинно-наслідковий ланцюг.
У міру наближення комети до Сонця тепло випаровує її леткі криги. Замерзлі гази перетворюються на пару. Цей процес вириває пил і більші частинки. Деякі з цих уламків розміром із пісок. Деякі досягають сантиметра у поперечнику.
Ці уламки залишаються на орбітальному шляху комети. Вони розподіляються. Вони утворюють шлейф.
Орбіта Землі щорічно перетинає ці шлейфи. Коли ми проходимо через потік кометного пилу, тертя про нашу атмосферу займає частки. Ми бачимо метеорний потік.
У таблиці нижче показані основні нічні потоки та його батьківські тіла. Зверніть увагу на швидкість. Деякі падають на нас зі швидкістю 23 кілометри на секунду. Інші влітають із швидкістю 71 км/с. Швидкість залежить від кута та швидкості орбіти комети.
Дані
| Потік Дата максимуму Тривалість | Сила (NH) Швидкість (км/с) Батьківське тіло
| :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| Квадрантиди | 3 січня | 1 день Середня | 41 | C/1490 Y1 |
| Ліриди 22 квітня | 1 день | Нерегулярна | 48 | Такер |
| Ета-Акваріди | 3 травня | 5 днів | Слабка | 66 | Галлея |
| Південні Дельта-Акваріди | 29 липня | 8 днів Середня | 41 | Махольц |
| Козеродиди | 30 липня | 3 дні | Середня | 23 | 169P/NEAT |
| Персеїди | 12 серпня | 5 днів | Сильна | 59 | Свіфта-Таттла |
| Андромедиди | 3 жовтня 11 днів | Слабка | 21 | Б’єли |
| Драконіди | 9 жовтня | 1 день | Нерегулярна | 20 | Джакобіні-Циннера |
| Оріоніди | 21 жовтня | 2 дні | Середня | 66 | Галлея |
| Тауриди 8 листопада | 30 днів | Слабка | 28 | Енке |
| Леоніди | 17 листопада | <1 дня | | Нерегулярна | 71 | Темпеля-Таттла |
| Гемініди | 14 грудня | 4 дні | Сильна | 34 | (3200) Фаетон * |
Можлива ідентифікація.
*Це тіло було класифіковано як астероїд при відкритті, але тепер передбачається, що це комета, що вигоріла.
Джерело: Дані отримані з роботи А.Ф. Кука в NASA SP-319 (1973).
Чому це важливо
Подивіться на Гемініди. Вони сильні. Вони тривають чотири дні. Вони походять від Фаетона. Але Фаетон це не комета. Це астероїд. Або принаймні так його класифікували раніше. Наразі вчені підозрюють, що це мертва комета.
Чому Леоніди вибухають кожні три десятиліття
Леоніди – це не просто чергове щорічне небесне шоу. Вони відносно новим доповненням у космічному реєстрі, народженим з орбіти комети Темпеля-Таттла. Саме тому візуальна інтенсивність їхньої активності різко зростає. Кожні 33 або 34 роки Земля пронизує щільний, компактний рій уламків, який ще не встиг розвіятися.
Більшість метеорних потоків, які ви бачите, – це залишки старіших і розосереджених потоків. Вони надійні. Слабкі, але послідовні. Леоніди відрізняються. Вони концентровані.
Протягом наступного тисячоліття незначні варіації в орбітах окремих метеороїдів розтягнуть цей тісний вузол більш тонке кільце. Потоки стануть менш видовищними, але більш передбачуваними. Якщо мине 10 000 років, гравітація планет настільки спотворить орбіти, що потік фактично розчиниться у фоновому шумі.
Астероїд, що маскується під комету
Не кожне батьківське тіло виглядає як комета. Потік Гемнід є яскравим прикладом невідповідності. Це один із найнадійніших і візуально яскравих метеорних потоків року. Однак його джерело, Файтон, зовсім не схоже на «брудний сніжок».
Відкритий у 1983 році, Файтон класифікується як невеликий астероїд, який перетинає орбіту Землі. У нього відсутня туманна голова та хвіст, що визначають комети. У нього немає коми. Він просто знаходиться там, кам’янистий та інертний.
Дослідники підозрюють, що насправді це ядро комети, що вигоріло. Релікт. Летючі льоди давно випарувалися, залишивши лише щільне ядро. Ми зможемо дізнатися, напевно, тільки тоді, коли космічний апарат нарешті наблизиться досить близько, щоб вивчити його поверхню поблизу. До того часу він залишається аномалією. Астероїдом, що породжує метеорний потік.
Коли каміння падає на землю
Ми багато часу проводимо, дивлячись. Ми рідко думаємо про те, що відбувається, коли це каміння насправді приземляється.
Для метеороїдів масою до кілограма удар проходить без видовищності. Нема вибуху. Нема кратера. Тільки свист та глухий удар. Ви не побачите цього, якщо не стоїте прямо поряд із ним. Часто єдиним доказом служить вм’ятина на даху автомобіля або віконне скло, що тріснуло, яке попереджає сусідів про подію.
Знайдені метеорити розповідають іншу історію. Вони варіюються від крихітних фрагментів вагою кілька грамів до величезних валунів вагою майже 60 тонн.
Склад розповідає про те, звідки взявся камінь.
- Кам’яні метеорити : Найпоширеніший тип. Складаються переважно із силікатних мінералів.
- Залізні метеорити : Щільні та важкі, що складаються в основному зі сплаву нікелю та заліза.
- Кам’яно-залізні метеорити : Рідкісна суміш, що містить приблизно рівні частини металу та силікатної породи.
Це не просто каміння. Це капсули часу. Але ви повинні знайти їх до того, як погода або ґрунт приховують їхнє походження.
Полювання на мікрометеорити
Думаєте, великі камені рідкісні? Спробуйте знайти об’єкт, ширина якого в сто разів менша за товщину людського волосся.
Йдеться про міжпланетні пилові частки. Ці малесенькі фрагменти мають розміри від 10 до 100 мікрометрів. Вони залишки, що утворюються після того, як комети згоряють в атмосфері або стикаються планети. Для їхнього збору потрібні серйозні логістичні зусилля.
Збір стратосферних зразків
Найдрібніші зразки не падають на лобове скло. Вони ширяють високо над шумом повсякденного життя. Вчені прикріплюють спеціальні фільтри до літаків. Ці літаки літають у стратосфері. Висота польоту має становити щонайменше 20 кілометрів. Чому саме там? Тому що наземного пилу там мало. Повітря чисте. Фільтри вловлюють космічний пил, коли літак пролітає через верхні шари атмосфери.
Лід і океанські опади
На землі полювання стає складнішим. Погода швидко стирає сліди. Тому дослідники вирушають у місця, де час рухається повільніше. Вони беруть керни опадів із глибоких шарів океану. Вони бурять крижаний щит Гренландії. Вони тануть величезні маси антарктичного льоду. Ці місця пропонують притулок. Джерел пилу мало. Навколишнє середовище зберігає те, що падає з неба.
За межами земної атмосфери
Іноді збирання здійснюється не зверху або знизу, а збоку. Спеціальне обладнання на орбітальних космічних апаратах збирало ці частки безпосередньо. Вони ширяють у космосі. Вони пролітають повз супутників.
“Місія Stardust доставила пил, який вона захопила на околицях комети Вільда 2.”
У 2006 році місія Stardust довела, що це можливо. Вона не просто пролетіла повз. Вона захопила пилюку поблизу комети Вільда 2. Вона доставила цей космічний матеріал на Землю. Тепер ми тримаємо у своїх лабораторіях шматочки комети. Масштаб малий. Значення величезне. Ми маємо прямий доступ до будівельних блоків Сонячної системи. Лише у вигляді мікрометрових порцій.
Коли каміння б’є з усієї сили
Більшість метеороїдів згоряють, не досягнувши поверхні Землі. Але якщо вони досить великі – скажімо, від 100 метрів до кількох кілометрів у поперечнику, – атмосфера практично не уповільнює їх. Вони проносяться крізь повітря, немов каміння, кинуте крізь папір.
А потім вони стикаються.
Швидкість божевільна. Багато кілометрів на секунду. Кінетична енергія, що вивільняється, — це не просто глухий удар. Це жорстока колізія, що вириває яму. Ці кратери напрочуд схожі на сліди, залишені ядерними вибухами. Ми називаємо їх метеоритними кратерами, що є своєрідною неточністю. Сам метеороїд? Він зникає. Випаровується. Перетворюється на газ та пил від жахливої сили удару.
Візьмемо Кратер метеорита в Арізоні. Це один із найбільш добре збереглися прикладів на Землі. Широка яма, близько 1,2 км у поперечнику та 200 метрів у глибину. Вона утворилася приблизно 50 000 років тому. Об’єкт, що її створив, був залізним метеороїдом. Оцінки свідчать, що його ширина становила від 50 до 100 метрів. Це маса близько чотирьох мільйонів тонн.
При ударі він залишив по собі не тільки яму. Вчені виявили мільйони фрагментів нікелевого заліза всередині кратера та навколо нього. Крихітні краплі розміром із піщинки. Доказ того, що щось масивне пролетіло небом і зникло.
Тяжке бомбардування
Кратер метеорита вражає, але він крихітний у порівнянні з тим, що показує геологічний літопис. Земля зазнавала ударів об’єктів з кінетичною енергією, еквівалентною мільярду мегатонн тротилу. Так. Мільярду.
На щастя, ми не бачимо ударів такої потужності дуже часто. Раз чи два кожні 100 мільйонів років. Для нас це практично ніколи. Але ж у перші 500 мільйонів років історії Сонячної системи? Це був постійний дощ із уламків.
Формування планет сходило нанівець. Решта планетезимали — астероїдоподібні камені — поглиналися новими планетами. Це була хаотична збиральна бригада. Інтенсивність цього періоду відома як Пізнє важке бомбардування.
Ви можете побачити докази, якщо ви знаєте, де шукати. Стародавні, сильно кратеровані ландшафти на Місяці, Марсі та Меркурії – німі свідки. Вони вкриті шрамами тієї доби. Земля стерла більшу частину свого літопису, але в Місяця немає атмосфери, щоб прати її. Вона веде облік.
Це було не просто випадковістю. То була фінальна фаза формування Сонячної системи. Уламкам треба було кудись подітися. І вони повсюди розлетілися.
Життя Землі непросто виникло. Вона вижила, пройшовши через низку космічного насильства.
Деякі дослідники стверджують, що сильні удари астероїдів були не просто руйнівними силами. Ймовірно, вони стали тією самою кузнею, яка визначила, чи виникне життя взагалі. Тимчасові рамки стиснуті. Найраніші свідчення життя з’являються в породах, які лише трохи молодші за кінець Пізнього важкого бомбардування. До завершення цього періоду будь-який біологічний іскра могла б спалахнути і знову згаснути багаторазово.
Великі удари закип’ятили океани. Вони розплавили поверхневі породи. Планета перетворилася на ворожу піч.
Коли життя нарешті вкоренилося, воно, мабуть, ховалося. У глибинах океанів. У тріщинах глибоких верств земної кори. У будь-якому місці, захищеному від найбільших зіткнень. Коли частота ударів знизилася, а життя стало стійким, рідкісні потужні удари змінили роль подій, що викликають вимирання, на каталізатори еволюції.
Візьмемо кінець крейдяного періоду, приблизно 65 мільйонів років тому. Величезний удар одночасно знищив безліч видів. Динозаври впали. Ссавці піднялися. Ми існуємо завдяки цьому зіткненню.
Об’єкт мав діаметр близько 10 км. Він залишив кратер діаметром приблизно 150 км. Цей кратер прихований під осадовими породами біля півострова Юкатан у Мексиці. Для отримання детальної інформації щодо ризику майбутніх космічних зіткнень ознайомтеся з оцінками небезпеки зіткнень Землі.
Відстеження орбіт вхідних метеороїдів
Знання того, звідки прилітають метеори, важливе. Але знання їх орбіт має ще більше значення.
Прямий спосіб визначити, якого джерела належить метеороїд, — це вимір його траєкторії. Якщо два спостерігачі у віддалених один від одного місцях бачать той самий метеор і фіксують його координати, тріангуляція виявляє його радіант. Це напрям, у якому рухався у просторі перед входом у повітря Землі.
Швидкість — складніша змінна. Вона необхідна розрахунку повної орбіти.
Ця проблема була вирішена у 1940-х роках. Інженери розробили ширококутні астрономічні камери вивчення метеорів. Вони додали затвори, що обертаються. Ці затвори переривали світло, що потрапляє на фотопластину, із відомою частотою. Результат? Розриви на зафіксованих слідах. Ці розриви дозволили вченим розрахувати швидкість метеора вздовж його шляху.
Вони вимірювали положення траєкторії щодо фонових зірок. Поєднання даних із кількох станцій дає точну орбіту до входу атмосферу.
Радар невдовзі пішов за цим. Він фіксував метеори, надто тьмяні для камер.
Мережі вогняних куль
Через двадцять років виник більш масштабний проект. Було створено великомасштабні мережі для зйомки вогняних куль. То були дуже яскраві метеори. Метою було забезпечення всеосяжного огляду неба над приблизно мільйоном квадратних кілометрів Землі.
Було створено три основні мережі:
- Прайрі-Нетворк (Prairie Network) у центральній частині США.
- Мережа MORP у прерійних провінціях Канади.
- Європейська мережа зі станціями у Німеччині та Чехословаччині.
Прайрі-Нетворк, керований Смітсонівською астрофізичною обсерваторією з 1964 по 1974 рік, надав найповніший набір даних.
Мета виходила за межі простого відстеження. Ці мережі прагнули пророкувати райони падіння. Вони хотіли знаходити вцілілі метеорити. Навіщо? Щоб порівняти теоретичні моделі щільності та міцності метеороїдів із фізичними зразками. “Підтвердження на місці” (Ground truth).
Це не спрацювало так, як планувалося.
Пошук уцілілих метеоритів мав обмежений успіх. Було знайдено лише три метеорити. По одному від кожної мережі. Усі три були звичайні хондрити. Це найпоширеніший тип кам’яних метеоритів.
Скромний успіх пошуку. Значне проникнення у суть питання.
Вивчення цих трьох зразків підтвердило, що вони походять із пояса астероїдів. Що ще важливіше, вони навчили нас, що відбувається з метеороїдами під час входу в атмосферу. Тепер ми можемо краще оцінювати фізичні властивості. Ми можемо відрізняти щільні об’єкти, що формують метеорити, від пухких уламків, що походять від комет.
До цього метеорна астрономія та геохімія метеоритів існували в ізоляції. Незалежні області. З мінімальним перетином.
Мережі змусили їх об’єднатися. Дані сформували новий погляд на метеорну науку та на джерела цього космічного каміння.
Звідки насправді беруться метеороїди
Більшість маси Сонячної системи зосереджена Сонце і великих планетах. Їхні орбіти стабільні. Вони мало змінилися з моменту формування системи 4,567 мільярда років тому. Планети також досить великі, щоб утримувати власне сміття. Кратери накопичуються, а чи не зникають.
Найменші тіла поводяться інакше. Багато хто має витягнуті орбіти. Деякі занадто малі, щоб вижити. Вони живуть у двох основних резервуарах: поясі астероїдів між Марсом та Юпітером, а також у поясі Койпера та хмарі Оорта, розташованих далеко за орбітою Нептуна. Цей зовнішній регіон простягається більш ніж 1000 разів далі, ніж орбіта Землі.
На ранніх етапах було розкидано хаотично. Потім планети поглинули більшу частину цього матеріалу. Це інтенсивне бомбардування закінчилося близько чотирьох мільярдів років тому. Сьогодні Земля отримує лише десятки тисяч тонн космічного сміття на рік. Це крапля у морі порівняно з минулим. Великі зіткнення зараз рідкісні. Але коли вони відбуваються, наслідки є серйозними. 1994 року комета Шумейкера-Леві 9 врізалася в Юпітер. Астероїд чи комета, ймовірно, вбили динозаврів 65 мільйонів років тому.
Як потрапити на Землю
Щоб камінь ударив по нам, його орбіта має перетинатися з орбітою Землі. Астероїди можуть потрапити туди внаслідок зіткнень. Гравітація Юпітера також допомагає. Сонячне випромінювання спрямовує пилові частки на орбіти, що перетинають орбіту Землі.
Крижані об’єкти з пояса Койпера або хмари Оорта проходять довгий шлях. Гравітація Нептуна або навіть зірки, що проходять повз, злегка зміщують їх усередину системи. Як тільки вони перетинають орбіту Юпітера і наближаються до Сонця, крига перетворюється на газ. Комета скидає частинки. Якщо ця орбіта перетинає нашу, ми спостерігаємо метеори.
Ці резервуари протікають, але довговічні. Вони зберігали первозданний матеріал упродовж 4,5 мільярдів років. Вони також дозволяють деяким об’єктам досягати нас. Це стан рівноваги. Приплив із сховища компенсує втрати від викиду, зіткнень чи ударів.
Не все приходить від комет чи астероїдів. Деякі метеороїди походять з Марса, Місяця, Вести чи, можливо, Меркурія. Великі удари викидають поверхневий матеріал. Космічні місії «Галілео» та «Юлісс» виявили міжзоряний пил, що тече через нашу галактику. Ці зерна малі. Вони рухаються із швидкістю 25 км/с. Висока кінетична енергія означає сильне нагрівання при вході в атмосферу. Більшість згоряє.
Деякі виживають. Вони рідкісні. Їх важко виявити серед кометного та астероїдного пилу. Але вони є. У січні 2014 року метеор увійшов в атмосферу поблизу острова Менус, Папуа – Нова Гвінея. Дані про швидкість та траєкторію підтвердили, що він прийшов з-за меж Сонячної системи.
Відстеження астероїдного походження
Більшість метеоритів, знайдених на Землі, походять з поясу астероїдів. Вчені хочуть знати, які астероїди виробляють якісь метеорити. І як вони потрапляють сюди? Дослідження космічними апаратами дають відповіді ці питання.
Апарат Dawn пов’язав метеорити групи HED із астероїдом Веста. Це початок. Але ми все ще маємо питання щодо механізмів транспортування. Як це каміння потрапило з Вести на Землю? Вказівки вказують на пояс астероїдів як на основне джерело. Шлях складний. Походження стає зрозумілішим.
Довге і жорстоке життя космічного каміння
Подивіться на розрив між Марсом та Юпітером. Він не порожній. Він забитий сотнями тисяч астероїдів. Ми ідентифікували великі, але реальні цифри? Вони приголомшливі. Ймовірно, існує понад мільйон об’єктів діаметром понад один кілометр. А скільки їх менше? Незліченна безліч.
Вони не просто ліниво дрейфують. Вони постійно стикаються один з одним. Середня швидкість зіткнення становить 5 км/сек. Це не ніжний поштовх. Це високошвидкісне зіткнення, здатне перетворити камінь на пил.
Завдяки цьому природному процесу подрібнення, лише небагато астероїдів діаметром понад 75 км пережили всю історію Сонячної системи. Вони розкололися. Ті дрібні астероїди, які ви сьогодні бачите? Це просто уламки. Пил на дні цієї купи. Залишки жорстокого космічного демонтажу.
Як довго насправді виживають метеороїди?
Можливо, ви ставите питання, як довго камінь залишається в космосі, перш ніж стати метеоритом на вашому газоні.
Ми можемо оцінити цей час. Воно зводиться до космічних променів. Коли метеороїд (будь-який об’єкт розміром у кілька метрів або менше) знаходиться в космосі, високоенергетичні частинки бомбардують його. Ми вимірюємо цю експозицію, щоб визначити її вік.
Дані промовисті. Більшість звичайних хондритів (кам’яних метеоритів) мають вік експозиції менше ніж 50 мільйонів років. Вуглецеві хондрити? Ще молодший. Менш ніж 20 мільйонів років. Ахондрити групуються в діапазоні від 20 до 30 мільйонів років.
Залізні метеорити відрізняються. Вони залишаються довше. Деякі мають вік від одного до двох мільярдів років.
Чому така величезна різниця?
Справа не тільки в часі, необхідному для того, щоб їх орбіти змістилися на шляху, що перетинає орбіту Землі. Йдеться про час життя під час зіткнень. Як довго вони можуть виживати, перш ніж будуть розбиті?
Більшість типів метеоритів половина популяції знищується зіткненнями приблизно 5–10 мільйонів років. Залізні метеорити виживають довше. Вони міцніші. Їх найважче розбити.
Чому метеорити з поясу астероїдів не потрапляють до нас внаслідок прямих ударів
Отже, як це каміння потрапляє до нас?
Лише два процеси можуть помістити фрагменти метеороїдів на орбіти, що перетинають орбіту Землі, у такі короткі терміни.
Перший: прямий ударний викид із пояса астероїдів.
Другий: гравітаційне прискорення за рахунок динамічних резонансів із планетами.
Прямі удари – справа брудна. Зіткнення відбуваються із швидкістю 5 км/с. Деякий матеріал викидається досить швидко, щоб досягти Землі, але його кількість дуже мала. Більшість просто подрібнюється ударним тиском. Цей механізм працює для каміння з Марса або Місяця. Його достатньо, щоб вибити їх із поверхні.
Але він не пояснює переважну більшість метеоритів із поясу астероїдів. Їхня кількість надто мала.
Магістраль резонансів
Це призводить до другого процесу. Він набагато важливіший.
Резонанси.
Ці механізми ефективно виштовхують матеріал із пояса. Вони створюють порожні простори. Регіони, де населення астероїдів виснажена.
Це щілини Кірквуда. Названо на честь Деніела Кірквуда, астронома XIX століття, який їх виявив.
Один із найпомітніших розривів знаходиться на відстані 2,5 астрономічних одиниць (а.е.) від Сонця. Одна а. – Це відстань від Землі до Сонця. Приблизно 150 мільйонів кілометрів.
Фрагмент астероїда з відривом 2,5 а.е. здійснює три обороти навколо Сонця за той час, який Юпітер потрібний для одного обороту. Він знаходиться у резонансі 3:1 із королем планет.
Юпітер величезний. Він дуже приваблює.
Ці регулярні гравітаційні поштовхи не просто відштовхують камінь убік. Вони роблять орбіту хаотичною. Перигелій – точка, найближча до Сонця, – зміщується. Він переміщається усередину орбіти Землі.
Цьому зміщенню потрібно близько мільйона років.
Комп’ютерні моделі це підтверджують. Резонанс 3:1 є основним механізмом. Він інжектує астероїдний матеріал у наші краї.
Проблема нестачі поставок
Ось парадокс.
Якщо гравітація Юпітера так добре справляється з очищенням матеріалу за допомогою резонансів, чи область повинна поряд з сильним резонансом бути порожньою до теперішнього часу?
Ми мали 4,5 мільярда років. Теоретично, все мало бути вибито. Не повинно залишитись нічого, що могло б вирушити до Землі.
Але ж є. Постійний потік.
Як?
Астероїди мігрують. Вони переміщаються усередині пояса. Вони перемішуються у резонансах. Новий матеріал замінює старий. Лінія постачання залишається відкритою.
Пильний виняток
Є третя група. Найдрібніші.
Метеороїди розміром менше кількох сотень мікрометрів. Міжпланетні пилові частки.
Вони не використовують резонансів. Їх не вибивають зіткнення.
Вони використовують саме Сонце.
Сонячна радіація їх штовхає. Вона створює опір, що називається ефектом Преєра-Робертсона.
Ця сила змушує їх спірально рухатися усередину. Із пояса астероїдів. Прямо на орбіти, що перетинають орбіту Землі.
Час, необхідний цього, залежить від розміру частки. І від того, звідки вона почала рух.
Для частинок розміром від 10 до 50 мікрометрів подорож займає близько 100 000 років.
Якщо вони менші за мікрометр? Тиск сонячної радіації видує їх прямо із Сонячної системи. Вони не досягають нас.
Вік експозиції космічними променями цих мікрометеоритів збігається з часом подорожі. Все сходиться.
Але зачекайте.
Деякі порошинки можуть бути молодшими. Набагато молодший.
Можливо, вони походять від зіткнень більших об’єктів, які вже перебували на шляху, що перетинає орбіту Землі. Або, можливо, вони взагалі не від астероїдів. Можливо, це кометне сміття. Випав під час недавніх проходів через внутрішню частину Сонячної системи.
Ми відстежуємо камені, які розкололися еони назад, штовхані гігантами, що затягуються світлом і очікують свого падіння.
І все ж таки ми знаходимо більше.
