Patrzymy w górę i widzimy świetlisty pasek. Nazywamy to spadającą gwiazdą. To jest piękne. To ulotne. Ale to nie jest gwiazda. To gwałtowna śmierć kamienia.
Różnica między tym, co widzisz, a tym, co to spowodowało, ma znaczenie. Smuga światła na niebie to meteor. Powodem jest meteor. Jest to mały skalisty lub metaliczny obiekt pochodzący z kosmosu, który wchodzi w naszą atmosferę i nagrzewa się do świecenia.
Dlaczego pojawiają się meteoryty?
Wszystko zależy od prędkości.
Kiedy meteoroid wchodzi w atmosferę ziemską, nie porusza się z prędkością spaceru. Leci szybciej niż kula. Minimalna prędkość wynosi 11 kilometrów na sekundę. To 25 000 mil na godzinę.
Pocisk opuszcza lufę broni z prędkością kilkuset metrów na sekundę. Obiekt ten porusza się z prędkością ułamkową prędkości światła.
Tarcie nie powstaje w wyniku tarcia o cząsteczki powietrza w tradycyjnym sensie. To jest kompresja. Obiekt zderza się z atomami i cząsteczkami z taką siłą, że powietrze nie ma czasu na rozerwanie się. Zderzenie wytwarza ciepło. Intensywne ciepło.
Powierzchnia kamienia topi się. Wyparowuje. Powietrze wokół niego płonie. To jest światło, które widzisz.
Większość meteoroidów nie przetrwa. Palą się w górnych warstwach atmosfery. Jeśli widzisz smugę i myślisz: „Mam nadzieję, że to wyląduje na moim podwórku”, prawdopodobnie się mylisz. Zdecydowana większość znika, zanim uderzy w ziemię.
Co przetrwa upadek
Jeśli kamień przetrwa ognisty spadek i spadnie na Ziemię, zmienia swoją nazwę. Nie jest już meteorem. Staje się meteorytem.
Możesz podnieść meteoryt. Można go trzymać w dłoniach. To fragment Układu Słonecznego, który odbył podróż.
Ale jaki mają rozmiar?
Termin meteoroid jest zwykle stosowany do kawałków materii wielkości domu lub mniejszych. Mówimy o średnicy kilkudziesięciu metrów. Są to fragmenty asteroid i komet. Są to małe ciała Układu Słonecznego.
Niektóre z nich mają inne pochodzenie. Niektórzy przybyli z Księżyca. Niektórzy są z Marsa. Inni pochodzą z Westy. Prawdopodobnie z Merkurego.
Są też te naprawdę malutkie.
Jeśli cząstka ma rozmiar mniejszy niż kilkaset mikrometrów, jest to mniej więcej wielkość kropki na końcu tego zdania. Nazywamy je międzyplanetarnymi cząsteczkami pyłu. Albo mikrometeoroidy. Są wszędzie. Dryfują w przestrzeni niczym śnieg.
Dlaczego to jest ważne?
Skupiamy się na dużych skałach. Te, które mogłyby spaść na miasta. Ale drobna sprawa opowiada historię.
Te fragmenty to pozostałości. To pozostałości po zderzeniach, które miały miejsce miliardy lat temu. Kiedy meteoroid spala się, uwalnia do naszej atmosfery starożytną materię. Jest to stały, cichy system dostarczania materii pozaziemskiej.
Nie potrzebujesz teleskopu, żeby zobaczyć efekt. Wystarczy spojrzeć w górę w pogodną noc.
Pasek znika w ciągu sekundy. Ale fizyka, która za tym stoi, jest prosta i brutalna. Szybkość plus kompresja równa się światło. To wszystko.
To nie magia. To jest mechanika.
I w większości przypadków wszystko znika.
Dlaczego nazwy są zawsze mylone
Ludzie używają słów meteoroid, meteor i meteoryt zamiennie. To nieostrożne. Zamieszanie zwykle koncentruje się wokół słowa „meteor”.
Często opinia publiczna odnosi się do skały pędzącej w przestrzeni. Czasami mają na myśli sam płonący przedmiot. W większości przypadków opisują świetlistą smugę. Tylko rzadko używają tego słowa poprawnie w odniesieniu do przedmiotu, który faktycznie sięga ziemi.
Spójrz na tytuł. Krater Meteorowy w Arizonie. To słynny krater uderzeniowy. Nazwa krateru pochodzi od skały, która w niego uderzyła. Brak paska świetlnego. Nie jest to skała kosmiczna. Kamień, który przetrwał upadek.
Definicja etapów ponownego wejścia
Różnica jest prosta, jeśli postępujesz zgodnie z osią czasu.
Najpierw jest meteor. To jest obiekt w kosmosie. To po prostu kamień lub metal. Żadnej rozrywki. Brak atmosfery. Tylko kawałek śmiecia na swojej drodze.
Wtedy zaczyna działać atmosfera. Tarcie podgrzewa obiekt. Zaczyna świecić. To meteor. Świecący pasek. “Spadająca gwiazda”. Jeśli to widzisz, oznacza to, że widzisz meteoroid płonący w górnych warstwach atmosfery. Sam obiekt często znika przed osiągnięciem niższych wysokości.
Jeśli jakakolwiek część przetrwa to ogniste przejście i spadnie na Ziemię, stanie się meteorytem.
To rozróżnienie ma implikacje naukowe. Meteoryt opowiada nam o historii Układu Słonecznego. Meteor dostarcza nam danych na temat prędkości ponownego wejścia w atmosferę. Meteoryt pozwala nam trzymać tę historię w rękach. Możemy analizować jego skład chemiczny. Możemy określić jego wiek. Możemy zbadać jego strukturę.
Prawdziwe przykłady zamieszania
Przykład z Arizony jest klasyczny. Krater Meteorowy powstał w wyniku meteorytu żelazowo-niklowego. Obiekt miał około 50 metrów szerokości. Uderzył z prędkością 12,8 km na sekundę. Uderzenie spowodowało powstanie krateru o szerokości 1200 metrów.
Naukowcy badają emisje. Szukają szoku kwarcowego. Mapują krawędź krateru. Cała ta praca nie ma sensu, jeśli w swoich notatkach będziesz nazywał krater „kraterem meteorytowym”. Precyzja ma znaczenie.
Błędne oznakowanie ma swoje konsekwencje. Zanieczyszcza dane naukowe. Ona wprowadza opinię publiczną w błąd. Utrudnia to wyjaśnienie zagrożeń kosmicznych. Jeśli obiekt bliski Ziemi zbliża się do Ziemi, potrzebujemy jasnego języka. Czy jest to potencjalny cel oddziaływania? Czy to zagrożenie? Terminy pomagają nam kategoryzować ryzyko.
Dlaczego zamieszanie nadal występuje
Regularne stosowanie wygrywa. Większość ludzi widzi smugę światła. Nazywają to meteorem. Myślą, że kamień spadł. Znaleziony kamień nazywają także meteorytem. Czasem po prostu nazywają wszystko meteorami. To łatwiejsze niż nauczenie się trzech słów.
Ale nauka wymaga czegoś innego.
Meteoroidy krążą wokół Słońca. Pozostały po uformowaniu się planet. Albo fragmenty zderzeń. Są małe. Zbyt małe, aby mogły być planetami lub planetami karłowatymi.
Meteory są zdarzeniami przejściowymi. Trwają sekundy. Są widoczne tylko dzięki atmosferze. Usuń powietrze, a meteorytu nie będzie. Tylko ciemność.
Meteoryty są dowodem fizycznym. Są namacalne. To jedyny materiał pozaziemski, którego możemy dotknąć bez skafandra kosmicznego.
Wpływ na badania
Kiedy badacze publikują, muszą być dokładne. Opisują orbitę meteoroidu. Naprawiają trajektorię
Spójrz w ciemną noc. Możesz zauważyć kilka smug światła. To są meteoryty. Migają przez ułamek sekundy lub pozostają przez kilka sekund. Światło często miga. Mogą latać iskry. Czasem pozostaje ślad. Długo po tym jak kamień zniknie.
Najjaśniejsze nazywamy kulami ognia. Albo kule ognia. Jeśli eksplodują, to na pewno jest to kula ognia. Kiedy tysiące pojawiają się na raz, jest to rój meteorów. Jeśli pojawiają się znikąd, to są sporadyczne.
Fizyka uderzenia ziarenka piasku
Meteor to zderzenie. Meteoryt wchodzi w atmosferę ziemską z dużą prędkością. Typowa widoczna smuga pochodzi od obiektu wielkości ziarenka piasku. Zaczyna z dużej wysokości. Często na wysokości 100 km (60 mil) lub wyższej.
Są też mniejsze obiekty. Obiekty mniejsze niż 500 mikronów są zbyt słabe dla oka. Potrzebujesz lornetki. Albo teleskopy. Radar również może je złapać.
Jaśniejsze meteoryty są mniej powszechne. Świecą jak Wenus. Albo jaśniejszy niż księżyc w pełni. Pochodzą z większych kamieni. Od gramów do ton. Od centymetrów do metrów.
Konwersja prędkości i energii
Dlaczego świecą? Prędkość.
Meteoroidy poruszają się w pobliżu Ziemi z różnymi prędkościami. Od kilku km/s do 72 km/s. Grawitacja ziemska jeszcze bardziej je przyspiesza. Minimalna prędkość wjazdowa wynosi 11,2 km/s. Prędkość ucieczki.
Przy tej prędkości energia kinetyczna jest ogromna. Około 15 razy więcej niż TNT (TNT) o tej samej masie. Tarcie spowalnia kamień. Energia ta zamienia się w ciepło.
Nawet na wysokości 100 km powietrze jest rozrzedzone. Ale to wystarczy. Ciepło odparowuje meteoroid. Jonizuje powierzchnię. Rozkłada także otaczające cząsteczki gazu. Wzbudzone atomy wytwarzają światło. Tworzy się świecący obszar. Porusza się wraz z kamieniem. Jest znacznie większy niż sam kamień.
Tylko 0,1–1% tej energii staje się światłem widzialnym. Reszta podgrzewa powietrze. I odpycha go na bok.
Fale uderzeniowe i eksplozje dźwiękowe
Zejdź głębiej. Powietrze przed kamieniem jest sprężone. Tworzy się fala uderzeniowa. Oddziałuje ze stałym kamieniem i jego parą. Złożona fizyka.
Fala ta może dotrzeć do ziemi. Nawet jeśli kamień nie dotrze. Jeśli przedmiot wielkości kilograma wniknie na wysokość 40 km, może wywołać dźwięk na ziemi. Jak boom dźwiękowy. Albo grzmot.
Dźwięk może być intensywny. Wstrząsa ziemią. Rejestrują to sejsmometry. Są przeznaczone do rejestrowania trzęsień ziemi. Ale rejestrują również te skutki.
Zniszczenie i fragmentacja
Uwolnienie energii niszczy większość meteoroidów. Szczególnie te szybkie. Toczą się dwa procesy.
Ablacja usuwa masę. Odparowanie. Stopione krople odlatują.
Fragmentacja rozbija kamień. Ciśnienie aerodynamiczne przekracza wytrzymałość na ściskanie. Kamień jest zniszczony.
Dlatego wiele meteorów kończy się na wysokości powyżej 80 km. Dotarcie do 50 km jest rzadkością.
Duże kamienie rozpadają się katastrofalnie. Co roku ma miejsce około 10 poważnych eksplozji. Każdy z nich ma pojemność co najmniej 1 kiloton trotylu. Niektóre są znacznie większe. Kamienie te mają średnicę co najmniej 2 metrów.
Porównaj to z Hiroszimą. 15 kiloton. Zjawisko tunguskie z 1908 roku było spektakularne. Syberia. 30 czerwca. Fala uderzeniowa miała siłę 15 megaton. Drzewa zostały wycięte na obszarze o szerokości 50 km. 500 000 akrów. Świadkowie twierdzą, że było jasne jak słońce.
Ocaleni z upadku
Nie wszystkie meteoroidy spłoną. Niektórzy tracą energię aż do zniszczenia. Dzieje się tak, jeśli kamień jest mały. I powoli. Mniej niż 25 km/s. Lub wchodzi pod niewielkim kątem.
Dzieje się tak również, jeśli kamień jest duży. Ponad 100 gramów. I trwałe. Wysoka wytrzymałość na ściskanie.
Cząsteczki pyłu międzyplanetarnego są maleńkie. Mniej niż 50–100 mikronów. Zatrzymują się wysoko. Uregulowanie sprawy zajmuje tygodnie lub miesiące. Cząsteczki komety poruszają się szybko. Dlatego przeżywają tylko te, które są wystarczająco małe.
Większe ocalałe topnieją. Częściowo lub całkowicie. Następnie ponownie twardnieją. Spadają jak kamienie.
Kiedy meteoroid jest duży – jego średnica wynosi dziesiątki metrów – zasady się zmieniają. Atmosfera nie tylko to podpala. Ona go spowalnia.
Obiekty te osiągają wysokość 5–25 km. Na tej wysokości ciśnienie powietrza jest na tyle wysokie, że działa jak hamulec. Powierzchnia topi się. Wnętrze pozostaje zimne. Ta separacja termiczna jest kluczowa. Oznacza to, że rdzeń skały nigdy nie osiąga ekstremalnych temperatur ponownego wejścia do atmosfery.
Fragmentacja i opadanie
Rzadko kiedy pozostają nienaruszone. Większość pęka pod wpływem stresu. Atmosfera skutecznie je spowalnia. Wtedy grawitacja bierze górę.
Ten etap nazywa się „ciemnym lotem”. Trwa to kilka minut. Dla porównania widoczny blask trwa tylko kilka sekund. Jasność zanika. Prędkość spada do 100–200 metrów na sekundę. To 225-450 mil na godzinę. Szybki jak na standardy motoryzacyjne. Powolny jak na standardy orbitalne.
„Zanim meteoroid dotrze do ziemi, utracił tyle ciepła, że można go natychmiast dotknąć gołą ręką.”
Cechy powierzchni i orientacja
Te kamienie można podnieść. Są chłodne w dotyku. Ale widać na nich blizny. Zwróć uwagę na ciemną, szklistą skórkę. To topniejąca skorupa. Powstaje w wyniku topnienia powierzchni. Jest to jedyny oczywisty znak ognistego przejścia.
Niektóre kamienie pokazują więcej. Płynne tekstury. Aerodynamiczne kształty. Te cechy są ważne. Wskazują orientację. Meteoryt nie spadł. Trzymał nos pod wiatr. Jak załogowy statek kosmiczny. Ta stabilność sugeruje usprawnioną ścieżkę wejścia. Większość meteoroidów spada. To nie są.
Rezultatem jest kamień, który można trzymać w dłoniach. Ciepły? Nie. Wyluzuj. Wciąż niosąc w sobie ciepło podróży, która rozpoczęła się w głębokim kosmosie.
Widzisz je przez większość lat. Perseidy w sierpniu. Geminidy w grudniu. Patrzysz w górę, spodziewając się fajerwerków, a jedyne, co widzisz, to pięć lub dziesięć smug na czarnym niebie. Trudno to nazwać spektaklem.
Wtedy są wyjątki. Noce, kiedy niebo dosłownie promieniuje światłem. Tysiące meteorów na godzinę. Te dramatyczne przedstawienia nie są dziełem przypadku. Są one wynikiem kosmicznej katastrofy, która rozgrywała się przez tysiące lat.
Geometria spadających kamieni
Meteory w deszczu mają wspólną cechę: kierunek. Nie poruszają się zygzakami. Nie rozlatują się w różnych kierunkach. Poruszają się synchronicznie. Jeśli narysujesz ich trajektorie na mapie gwiazd, wszystkie zbiegają się w jednym punkcie.
To jest efekt perspektywy. Jest to to samo złudzenie optyczne, które sprawia, że równoległe tory kolejowe wydają się zbiegać w oddali. Ten punkt zbieżności nazywa się radiantem.
Nazwy strumieni wywodzą się bezpośrednio z tej geometrii. Perseidy pochodzą z gwiazdozbioru Perseusza. Leonidas – od Lwa. Ta konwencja nazewnictwa opiera się na tym, gdzie na naszym niebie zaczyna się akcja.
Zdjęcie potwierdziło to, co podejrzewali goły obserwatorzy. Te meteoryty nie tylko przelatują pod podobnymi kątami. Dzielą tę samą orbitę. Są częścią ograniczonego strumienia śmieci krążącego wokół Słońca. Nazywamy je deszczami meteorytów.
Radar później rozszerzył listę. Uchwycił przepływy niewidoczne dla ludzkiego oka i wczesnych kamer. Pochodziły one z promienników znajdujących się na dziennym niebie. Ziemia przechodzi przez nie, ale światło słoneczne je zasłania. W sumie astronomowie zidentyfikowali około 2000 różnych przepływów.
Połączenie z kometami
Najważniejsze odkrycie w nauce o meteorach łączy te roje z kometami. Nie jest to słaba korelacja. Jest to bezpośredni łańcuch przyczynowo-skutkowy.
Gdy kometa zbliża się do Słońca, ciepło odparowuje jej lotny lód. Zamarznięte gazy zamieniają się w parę. Proces ten usuwa kurz i większe cząstki. Niektóre z tych śmieci są wielkości piasku. Niektóre osiągają średnicę centymetra.
Szczątki te pozostają na ścieżce orbity komety. Są dystrybuowane. Tworzą ślad.
Orbita Ziemi przecina te smugi co roku. Kiedy przechodzimy przez strumień pyłu kometarnego, tarcie z naszej atmosfery powoduje zapalenie cząstek. Widzimy rój meteorów.
Poniższa tabela przedstawia główne strumienie nocne i ich ciała macierzyste. Zwróć uwagę na prędkości. Niektóre spadają w naszą stronę z prędkością 23 kilometrów na sekundę. Inne latają z prędkością 71 km/s. Prędkość zależy od kąta i prędkości orbity komety.
Dane
| Przepływ | Maksymalna data | Czas trwania | Siła (NH) | Prędkość (km/s) | Organ nadrzędny |
|---|---|---|---|---|---|
| Kwadrantydy | 3 stycznia | 1 dzień | Średnia | 41 | C/1490 Y1 |
| Lirydy | 22 kwietnia | 1 dzień | Nieregularne | 48 | Tucker |
| Eta Akwarydy | 3 maja | 5 dni | Słaby | 66 | Halleya |
| Akwarydy Delty Południowej | 29 lipca | 8 dni | Średnia | 41 | Macholz* |
| Koziorożce | 30 lipca | 3 dni | Średnia | 23 | 169P/NEAT |
| Perseidy | 12 sierpnia | 5 dni | Silny | 59 | Swift-Tuttle |
| Andromedy | 3 października | 11 dni | Słaby | 21 | Biela |
| Draconidy | 9 października | 1 dzień | Nieregularne | 20 | Giacobini-Zinner |
| Orionidy | 21 października | 2 dni | Średnia | 66 | Halleya |
| Taurydy | 8 listopada | 30 dni | Słaby | 28 | Enke |
| Leonidy | 17 listopada | <1 dzień | Nieregularne | 71 | Tempel-Tuttle |
| Geminidy | 14 grudnia | 4 dni | Silny | 34 | (3200) Faeton |
*Możliwa identyfikacja.
** Po odkryciu ciało to zostało sklasyfikowane jako asteroida, ale obecnie uważa się, że jest to spalona kometa.
Źródło: Dane uzyskane głównie z pracy A.F. Cooka w NASA SP-319 (1973).
Dlaczego to jest ważne?
Spójrz na Geminidy. Są silni. Trwają cztery dni. Pochodzą z Faetona. Ale Faeton nie jest kometą. To jest asteroida. A przynajmniej tak to było wcześniej klasyfikowane. Naukowcy podejrzewają teraz, że jest to martwa kometa.
Dlaczego Leonidy eksplodują co trzy dekady
Leonidy to nie tylko kolejny coroczny niebiański pokaz. Są stosunkowo nowym dodatkiem do kosmicznej listy, zrodzonym z orbity komety Tempel-Tuttle. Dlatego wizualna intensywność ich aktywności gwałtownie wzrasta. Co 33 lub 34 lata Ziemię przebija gęsty, zwarty rój gruzu, który nie miał jeszcze czasu się rozproszyć.
Większość rojów meteorytów, które widzisz, to pozostałości starszych, bardziej rozproszonych rojów. Są niezawodne. Słabe, ale spójne. Leonidy są inne. Są skoncentrowani.
W ciągu następnego tysiąclecia niewielkie zmiany orbit poszczególnych meteoroidów rozciągną ten ciasny węzeł w cieńszy pierścień. Streamy staną się mniej spektakularne, ale za to bardziej przewidywalne. Jeśli minie 10 000 lat, grawitacja planet zniekształci orbity tak bardzo, że strumień w zasadzie przekształci się w szum tła.
Asteroida udająca kometę
Nie każde ciało macierzyste wygląda jak kometa. Strumień Gemnid jest doskonałym przykładem rozbieżności. To jeden z najbardziej niezawodnych i wizualnie uderzających rojów meteorów w roku. Jednak jego źródło, Fiton, wcale nie przypomina brudnej kuli śnieżnej.
Odkryta w 1983 roku Phyton jest klasyfikowana jako mała asteroida przecinająca orbitę Ziemi. Brakuje mu mglistej głowy i ogona, które definiują komety. Nie jest w śpiączce. Po prostu tam siedzi, skalista i bezwładna.
Naukowcy podejrzewają, że w rzeczywistości jest to spalone jądro komety. Relikt. Latający lód już dawno wyparował, pozostawiając jedynie gęsty rdzeń. Dowiemy się tego na pewno dopiero wtedy, gdy statek kosmiczny w końcu zbliży się na tyle, aby móc bliżej przyjrzeć się jego powierzchni. Do tego czasu pozostaje anomalią. Asteroida wytwarzająca rój meteorów.
Kiedy kamienie spadają na ziemię
Spędzamy dużo czasu patrząc w górę. Rzadko myślimy o tym, co się stanie, gdy te skały faktycznie wylądują.
W przypadku meteoroidów ważących do jednego kilograma wpływ nie jest spektakularny. Żadnej eksplozji. Żadnego krateru. Tylko gwizdek i głuchy łoskot. Nie zobaczysz tego, jeśli nie staniesz tuż obok. Często jedynym dowodem jest wgniecenie w dachu samochodu lub pęknięta szyba, która zaalarmuje sąsiadów o zdarzeniu.
Znalezione meteoryty opowiadają inną historię. Są to zarówno drobne fragmenty ważące kilka gramów, jak i ogromne głazy ważące prawie 60 ton.
Kompozycja mówi nam, skąd pochodził kamień.
- Meteoryty kamienne : Najpopularniejszy typ. Składają się głównie z minerałów krzemianowych.
- Meteoryty żelazne : Gęste i ciężkie, składające się głównie ze stopu niklu i żelaza.
- Meteoryty kamienno-żelazne : Rzadka mieszanina zawierająca w przybliżeniu równe części metalu i skał krzemianowych.
To nie tylko kamienie. To są kapsuły czasu. Ale musisz je znaleźć, zanim pogoda lub gleba zasłonią ich pochodzenie.
Polowanie na mikrometeoryty
Czy uważasz, że duże kamienie są rzadkie? Spróbuj znaleźć przedmiot, którego szerokość jest sto razy mniejsza niż grubość ludzkiego włosa.
Mówimy o cząstkach pyłu międzyplanetarnego. Te drobne fragmenty mają wielkość od 10 do 100 mikrometrów. Są pozostałością po spaleniu się komet w atmosferze lub zderzeniu planet. Ich zebranie wymaga dużego wysiłku logistycznego.
Zbieranie próbek stratosfery
Najmniejsze próbki nie spadają na przednią szybę. Unoszą się wysoko ponad zgiełkiem codziennego życia. Naukowcy przyczepiają do samolotów specjalne filtry. Samoloty te latają w stratosferze. Wysokość lotu musi wynosić co najmniej 20 kilometrów. Dlaczego tam? Ponieważ jest tam mało pyłu ziemnego. Powietrze jest czyste. Filtry wychwytują pył kosmiczny, gdy samolot przelatuje przez górne warstwy atmosfery.
Osady lodowe i oceaniczne
Na ziemi polowanie staje się trudniejsze. Pogoda szybko zaciera ślady. Dlatego badacze udają się do miejsc, w których czas płynie wolniej. Pobierają rdzenie osadów z głębin oceanu. Wiercą się w pokrywie lodowej Grenlandii. Topnieją ogromne masy lodu Antarktyki. Te miejsca dają schronienie. Źródeł pyłu jest niewiele. Środowisko chroni to, co spada z nieba.
Poza atmosferą ziemską
Czasami zbieranie odbywa się nie z góry lub z dołu, ale z boku. Specjalny sprzęt na orbicie statku kosmicznego bezpośrednio zebrał te cząstki. Unoszą się w przestrzeni. Przelatują obok satelitów.
„Misja Stardust dostarczyła pył przechwycony w pobliżu komety Wylda 2.”
W 2006 roku misja Stardust udowodniła, że jest to możliwe. Ona nie tylko przeleciała. Uchwyciła pył w pobliżu Komety Wild 2. Przywiozła ten kosmiczny materiał na Ziemię. Teraz trzymamy fragmenty komety w naszych laboratoriach. Skala jest niewielka. Wartość jest ogromna. Mamy bezpośredni dostęp do elementów składowych Układu Słonecznego. Tylko w postaci porcji mikrometrycznych.
Kiedy kamienie uderzają z całej siły
Większość meteoroidów spala się przed dotarciem do powierzchni Ziemi. Ale jeśli są wystarczająco duże – powiedzmy o średnicy od 100 metrów do kilku kilometrów – atmosfera w niewielkim stopniu je spowalnia. Lecą w powietrzu jak kamienie rzucane przez papier.
A potem zderzają się.
Prędkość jest szalona. Wiele kilometrów na sekundę. Uwolniona energia kinetyczna to nie tylko odgłos. To brutalna kolizja, która kopie dziurę. Kratery te są niezwykle podobne do śladów pozostawionych przez eksplozje nuklearne. Nazywamy je kraterami meteorytowymi, co jest nieco mylące. Sam meteoroid? On znika. Odparowuje. Pod wpływem potwornej siły uderzenia zamienia się w gaz i pył.
Weźmy Krater Meteorowy w Arizonie. Jest to jeden z najlepiej zachowanych przykładów na Ziemi. Szeroka dziura, szeroka na około 1,2 km i głęboka na 200 metrów. Powstał około 50 000 lat temu. Obiektem, który go stworzył, był meteoroid żelazny. Szacunki wskazują, że jego szerokość wahała się od 50 do 100 metrów. Jest to masa około czterech milionów ton.
Kiedy trafił, zostawił po sobie coś więcej niż tylko dziurę. Naukowcy odkryli miliony fragmentów niklu i żelaza w kraterze i wokół niego. Maleńkie kropelki wielkości ziarenek piasku. Dowód na to, że coś masywnego przeleciało po niebie i zniknęło.
Ciężkie bombardowanie
Krater meteorytowy robi wrażenie, ale jest malutki w porównaniu z tym, co pokazuje zapis geologiczny. W Ziemię uderzyły obiekty o energii kinetycznej odpowiadającej miliardowi megaton trotylu. Tak. Miliard.
Na szczęście skutki tej skali nie obserwujemy zbyt często. Raz lub dwa razy na 100 milionów lat. U nas to prawie nigdy. Ale w ciągu pierwszych 500 milionów lat historii Układu Słonecznego? To był ciągły deszcz śmieci.
Tworzenie się planet dobiegło końca. Pozostałe planetozymale – skały przypominające asteroidy – zostały wchłonięte przez nowe planety. To była chaotyczna ekipa sprzątająca. Intensywność tego okresu znana jest jako późne ciężkie bombardowanie.
Możesz zobaczyć dowody, jeśli wiesz, gdzie ich szukać. Starożytne, pokryte gęstymi kraterami krajobrazy na Księżycu, Marsie i Merkurym są milczącymi świadkami. Są pokryte bliznami tamtej epoki. Ziemia wymazała większość swoich zapisów, ale na Księżycu nie ma atmosfery, która mogłaby to wymazać. Ona śledzi.
To nie był tylko wypadek. To była ostatnia faza formowania się Układu Słonecznego. Szczątki trzeba było gdzieś wyrzucić. I rozproszyli się wszędzie.
Życie na Ziemi nie powstało samo. Przeżyła serię kosmicznej przemocy.
Niektórzy badacze twierdzą, że potężne uderzenia asteroidów to coś więcej niż tylko siły niszczycielskie. Prawdopodobnie stały się one tą samą kuźnią, która decydowała o tym, czy w ogóle powstanie życie. Ramy czasowe są skompresowane. Najwcześniejsze dowody życia pojawiają się w skałach, które są tylko nieco młodsze niż koniec późnego ciężkiego bombardowania. Przed upływem tego okresu każda iskra biologiczna może zapalić się i zgasnąć wielokrotnie.
Poważne uderzenia zagotowały oceany. Stopili skały powierzchniowe. Planeta stała się wrogim piekarnikiem.
Kiedy życie w końcu się zakorzeniło, prawdopodobnie się ukryło. W głębinach oceanów. W pęknięciach w głębokich warstwach skorupy ziemskiej. Każde miejsce zabezpieczone przed największymi kolizjami. W miarę jak częstotliwość uderzeń spadła, a życie stało się bardziej odporne, rzadkie i potężne uderzenia przestały być zdarzeniami powodującymi wymieranie i stały się katalizatorami ewolucji.
Weźmy koniec okresu kredowego, około 65 milionów lat temu. Ogromne uderzenie wytępiło wiele gatunków na raz. Dinozaury upadły. Pojawiły się ssaki. Istniejemy dzięki temu zderzeniu.
Obiekt miał średnicę około 10 kilometrów. Pozostawił krater o średnicy około 150 kilometrów. Krater ten ukryty jest pod skałami osadowymi u wybrzeży Półwyspu Jukatan w Meksyku. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat ryzyka przyszłych oddziaływań w przestrzeni kosmicznej, zapoznaj się z oceną zagrożeń oddziaływania na Ziemię.
Śledzenie orbit nadchodzących meteoroidów
Ważna jest wiedza o tym, skąd pochodzą meteoryty. Jednak znajomość ich orbit jest jeszcze ważniejsza.
Bezpośrednim sposobem ustalenia, do którego źródła należy meteoroid, jest pomiar jego trajektorii. Jeśli dwóch obserwatorów w odległych miejscach zobaczy ten sam meteor i zapisze jego współrzędne, triangulacja ujawni jego promień. Jest to kierunek, w jakim poruszał się w przestrzeni kosmicznej przed wejściem w atmosferę ziemską.
Prędkość jest bardziej złożoną zmienną. Konieczne jest obliczenie pełnej orbity.
Problem ten został rozwiązany w latach 40. XX wieku. Inżynierowie opracowali szerokokątne kamery astronomiczne do badania meteorów. Dodali obrotowe śruby. Te migawki przerywały światło padające na kliszę fotograficzną ze znaną częstotliwością. Wynik? Przerwy w nagranych utworach. Te przerwy pozwoliły naukowcom obliczyć prędkość meteoru na jego drodze.
Zmierzyli położenie trajektorii względem gwiazd tła. Połączenie danych z kilku stacji pozwala uzyskać dokładną orbitę przed ponownym wejściem na orbitę.
Wkrótce dołączył do nich Radar. Uchwycił meteoryty zbyt słabe dla kamer.
Sieci ogniste
Dwadzieścia lat później pojawił się większy projekt. Utworzono sieci na dużą skalę w celu przechwytywania kul ognia. To były bardzo jasne meteoryty. Celem było zapewnienie kompleksowego widoku nieba na około milionie kilometrów kwadratowych powierzchni Ziemi.
Utworzono trzy główne sieci:
- Prairie Network w środkowej części USA.
- Sieć MORP w kanadyjskich prowincjach preriowych.
- Sieć europejska ze stacjami w Niemczech i Czechosłowacji.
Najbardziej kompleksowy zestaw danych dostarczyła sieć Prairie Network, obsługiwana przez Smithsonian Astrophysical Observatory od 1964 do 1974 roku.
Cel wykraczał poza proste śledzenie. Sieci te miały na celu przewidywanie obszarów oddziaływania. Chcieli znaleźć ocalałe meteoryty. Po co? Porównanie teoretycznych modeli gęstości i wytrzymałości meteoroidów z próbkami fizycznymi. „Podstawowa prawda”
Nie wyszło zgodnie z planem.
Poszukiwania ocalałych meteorytów zakończyły się ograniczonym sukcesem. Znaleziono tylko trzy meteoryty. Po jednym z każdej sieci. Wszystkie trzy były zwykłymi chondrytami. Jest to najczęstszy rodzaj kamiennego meteorytu.
Skromny sukces wyszukiwania. Istotne spojrzenie na problem.
Badanie tych trzech próbek potwierdziło, że pochodzą one z pasa asteroid. Co ważniejsze, nauczyli nas, co dzieje się z meteoroidami podczas wejścia w atmosferę. Możemy teraz lepiej oceniać właściwości fizyczne. Możemy odróżnić gęste obiekty tworzące meteoryty od luźnych szczątków pochodzących z komet.
Do tego czasu astronomia meteorów i geochemia meteorytów istniały oddzielnie. Niezależne obszary. Z minimalnym przecięciem.
Sieci zmusiły ich do zjednoczenia. Dane ukształtowały nowy sposób patrzenia na naukę o meteorach i źródłach tych kosmicznych skał.
Skąd właściwie pochodzą meteoroidy?
Większość masy Układu Słonecznego skupia się na Słońcu i głównych planetach. Ich orbity są stabilne. Niewiele się zmieniły od czasu powstania układu 4,567 miliarda lat temu. Planety są również wystarczająco duże, aby pomieścić własne śmieci. Kratery raczej się kumulują niż znikają.
Mniejsze ciała zachowują się inaczej. Wiele z nich ma wydłużone orbity. Niektóre są zbyt małe, aby przetrwać. Żyją w dwóch głównych zbiornikach: pasie asteroid pomiędzy Marsem a Jowiszem oraz pasie Kuipera i obłoku Oorta, położonym daleko poza orbitą Neptuna. Ten zewnętrzny obszar rozciąga się ponad 1000 razy dalej niż orbita Ziemi.
Na początku wszystko było chaotycznie rozproszone. Następnie planety pochłonęły większość tego materiału. To intensywne bombardowanie zakończyło się około czterech miliardów lat temu. Obecnie Ziemia otrzymuje zaledwie dziesiątki tysięcy ton śmieci kosmicznych rocznie. To kropla w morzu w porównaniu z przeszłością. Poważne kolizje są obecnie rzadkością. Kiedy jednak do nich dochodzi, konsekwencje są poważne. W 1994 roku kometa Shoemaker-Levy 9 uderzyła w Jowisza. Asteroida lub kometa prawdopodobnie zabiła dinozaury 65 milionów lat temu.
Jak dostać się na Ziemię
Aby skała w nas uderzyła, jej orbita musi przeciąć się z orbitą Ziemi. Asteroidy mogą tam dotrzeć w wyniku zderzeń. Pomocna jest także grawitacja Jowisza. Promieniowanie słoneczne wysyła cząsteczki pyłu na orbity przecinające orbitę Ziemi.
Lodowe obiekty z Pasa Kuipera lub Obłoku Oorta pokonują większe odległości. Grawitacja Neptuna lub nawet przelatujące gwiazdy przesuwają je nieznacznie do układu. Gdy przekroczą orbitę Jowisza i zbliżą się do Słońca, lód zamienia się w gaz. Kometa wyrzuca cząstki. Jeśli ta orbita przecina się z naszą, obserwujemy meteoryty.
Zbiorniki te przeciekają, ale są trwałe. Zachowali pierwotny materiał przez 4,5 miliarda lat. Umożliwiają także dotarcie do nas niektórym przedmiotom. To jest stan równowagi. Napływ z magazynu rekompensuje straty spowodowane uwolnieniem, kolizjami lub uderzeniami.
Nie wszystko pochodzi z komet lub asteroid. Niektóre meteoroidy pochodzą z Marsa, Księżyca, Westy lub ewentualnie Merkurego. Duże uderzenia wyrzucają materiał z powierzchni. Misje kosmiczne Galileo i Ulysses odkryły pył międzygwiazdowy przepływający przez naszą galaktykę. Te ziarna są małe. Poruszają się z prędkością 25 km/s. Wysoka energia kinetyczna oznacza intensywne nagrzewanie po ponownym wejściu w atmosferę. Większość się wypala.
Niektórzy przeżywają. Są rzadkie. Trudno je wykryć wśród pyłu komet i asteroid. Ale istnieją. W styczniu 2014 roku meteor wszedł do atmosfery w pobliżu wyspy Manus w Papui-Nowej Gwinei. Dane dotyczące prędkości i trajektorii potwierdziły, że pochodził spoza Układu Słonecznego.
Śledzenie pochodzenia asteroid
Większość meteorytów znajdowanych na powierzchni Ziemi pochodzi z pasa asteroid. Naukowcy chcą wiedzieć, które asteroidy produkują jakie meteoryty. A jak oni się tu dostają? Eksploracja kosmosu wreszcie dostarcza odpowiedzi na te pytania.
Sonda Dawn połączyła meteoryty z grupy HED z asteroidą Westa. To jest początek. Wciąż jednak mamy pytania dotyczące mechanizmów transportu. Jak te kamienie dostały się z Westy na Ziemię? Wiele wskazuje na to, że głównym źródłem jest pas planetoid. Ścieżka jest trudna. Pochodzenie staje się wyraźniejsze.
Długie i brutalne życie kosmicznych skał
Spójrz na lukę między Marsem a Jowiszem. To nie jest puste. Jest wypełniony setkami tysięcy asteroid. Zidentyfikowaliśmy te najważniejsze, ale prawdziwe liczby? Są oszałamiające. Obiektów o średnicy większej niż jeden kilometr jest prawdopodobnie ponad milion. Ile jest mniejszych? Niezliczona rzesza.
Nie tylko leniwie dryfują. Ciągle zderzają się ze sobą. Średnia prędkość zderzenia wynosi 5 km/s. To nie jest delikatne szturchnięcie. Jest to zderzenie z dużą prędkością, które może zamienić skałę w pył.
Dzięki temu naturalnemu procesowi mielenia przez całą historię Układu Słonecznego przetrwało niewiele planetoid o średnicy większej niż 75 km. Rozdzielili się. Te małe asteroidy, które dzisiaj widzisz? To tylko gruz. Kurz na dnie tej sterty. Pozostałości brutalnego demontażu kosmosu.
Jak długo meteoroidy faktycznie przetrwają?
Być może zastanawiasz się, jak długo kamień pozostaje w kosmosie, zanim stanie się meteorytem na trawniku.
Potrafimy docenić ten czas. Wszystko sprowadza się do promieni kosmicznych. Kiedy meteoroid (dowolny obiekt o wielkości kilku metrów lub mniejszy) znajduje się w przestrzeni kosmicznej, bombardują go cząstki o wysokiej energii. Mierzymy tę ekspozycję, aby określić jej wiek.
Dane mówią. Wiek większości zwykłych chondrytów (kamiennych meteorytów) wynosi mniej niż 50 milionów lat. Chondryty węglowe? Jeszcze młodszy. Ma niecałe 20 milionów lat. Achondryty są pogrupowane w przedziale od 20 do 30 milionów lat.
Meteoryty żelazne są inne. Zostają dłużej. Niektóre z nich mają od jednego do dwóch miliardów lat.
Dlaczego jest tak ogromna różnica?
Nie jest to tylko kwestia czasu potrzebnego, aby ich orbity przesunęły się na ścieżki przecinające orbitę Ziemi. Mówimy o żywotności podczas zderzeń. Jak długo mogą przetrwać, zanim zostaną przytłoczeni?
W przypadku większości typów meteorytów połowa populacji ulega zniszczeniu w wyniku uderzeń w ciągu około 5–10 milionów lat. Meteoryty żelazne żyją dłużej. Są silniejsi. Trudniej je złamać.
Dlaczego meteoryty z pasa asteroid nie docierają do nas w wyniku bezpośrednich uderzeń
Jak zatem te kamienie do nas trafiają?
Tylko dwa procesy mogą umieścić fragmenty meteoroidów na orbitach przecinających Ziemię w tak krótkim czasie.
Po pierwsze: bezpośredni wyrzut z pasa asteroid.
Po drugie: przyspieszenie grawitacyjne spowodowane dynamicznymi rezonansami z planetami.
Bezpośrednie trafienia to brudna sprawa. Do zderzeń dochodzi przy prędkości 5 km/s. Część materiału zostaje wyrzucona wystarczająco szybko, aby dotrzeć do Ziemi, ale ilość jest znikoma. Większość z nich jest po prostu miażdżona pod wpływem nacisku. Mechanizm ten działa w przypadku skał z Marsa lub Księżyca. Wystarczy zbić je z powierzchni.
Ale to nie wyjaśnia ogromnej większości meteorytów z pasa asteroid. Ich liczba jest zbyt mała.
Autostrada rezonansowa
To prowadzi nas do drugiego procesu. On jest o wiele ważniejszy.
Rezonanse.
Mechanizmy te skutecznie wypychają materiał z taśmy. Tworzą puste przestrzenie. Regiony, w których populacja asteroid jest wyczerpana.
To są pęknięcia Kirkwooda. Nazwane na cześć Daniela Kirkwooda, XIX-wiecznego astronoma, który je odkrył.
Jedna z najbardziej zauważalnych luk znajduje się w odległości 2,5 jednostki astronomicznej (AU) od Słońca. Jeden a.u. to odległość Ziemi od Słońca. Około 150 milionów kilometrów.
Fragment asteroidy w odległości 2,5 jednostki astronomicznej. wykonuje trzy obroty wokół Słońca w czasie, jakiego potrzebuje Jowisz na jeden obrót. Jest w rezonansie 3:1 z królem planet.
Jowisz jest ogromny. Jest bardzo atrakcyjny.
Te regularne naciski grawitacyjne nie tylko odpychają skałę na bok. Sprawiają, że orbita jest chaotyczna. Peryhelium, punkt położony najbliżej Słońca, przesuwa się. Porusza się wewnątrz orbity Ziemi.
Ta zmiana trwa około miliona lat.
Potwierdzają to modele komputerowe. Głównym mechanizmem jest rezonans 3:1. Wstrzykuje materiał asteroidowy w nasz region.
Problem z niedoborami dostaw
Oto paradoks.
Jeśli grawitacja Jowisza tak dobrze oczyszcza materię poprzez rezonanse, czy obszar w pobliżu silnego rezonansu nie powinien być już pusty?
Mieliśmy 4,5 miliarda lat. Teoretycznie wszystko powinno zostać znokautowane. Nie powinno pozostać nic, co mogłoby polecieć na Ziemię.
Ale jest. Stały przepływ.
Jak?
Asteroidy migrują. Poruszają się wewnątrz paska. Mieszają się w rezonansach. Nowy materiał zastępuje stary. Linia zaopatrzenia pozostaje otwarta.
Zakurzony wyjątek
Jest trzecia grupa. Najmniejsi.
Meteoroidy mniejsze niż kilkaset mikrometrów. Cząstki pyłu międzyplanetarnego.
Nie używają rezonansów. Nie niszczą ich w wyniku kolizji.
Używają samego Słońca.
Popycha je promieniowanie słoneczne. Tworzy opór zwany efektem Preyera-Robertsona.
Siła ta powoduje, że skręcają się one spiralnie do wewnątrz. Z pasa asteroid. Bezpośrednio na orbity przecinające orbitę Ziemi.
Czas potrzebny na to zależy od wielkości cząstek. I skąd zaczęła się ruszać.
W przypadku cząstek o wielkości od 10 do 50 mikrometrów podróż trwa około 100 000 lat.
Jeśli są mniejsze niż mikrometr? Ciśnienie promieniowania słonecznego wydmuchuje je prosto z Układu Słonecznego. Do nas nie docierają.
Wiek ekspozycji tych mikrometeorytów na promieniowanie kosmiczne pokrywa się z czasem podróży. Wszystko do siebie pasuje.
Ale poczekaj.
Niektóre cząsteczki kurzu mogą być młodsze. Dużo młodszy.
Mogły powstać w wyniku zderzeń większych obiektów, które znajdowały się już na ścieżce przecinającej orbitę Ziemi. A może wcale nie pochodzą z asteroid. Być może są to szczątki kometarne. Upadł podczas ostatnich przejść przez wewnętrzny Układ Słoneczny.
Tropimy skały, które rozpadły się eony temu, pchane przez gigantów, ciągnięte przez światło i czekające na upadek.
A mimo to znajdujemy więcej.
