|
Как космические камни превращаются в метеориты
|
|
|
|
Что происходит с космическим камнем, когда он падает сквозь атмосферу Земли и становится метеоритом? Изучив 75 падений метеоритов, запечатленных на видео и фотографиях, исследователи выявили семь различных фаз в пути от космического камня к метеориту. Их выводы показывают, что плавление и фрагментация, а не просто испарение и «сгорание», контролируют потерю массы, замедление движения и, в конечном итоге, достижение поверхностью Земли. Результаты исследования были опубликованы в журнале Meteoritics & Planetary Science.
|
|
|
|
«Раньше мы думали, что твердые камни испаряются от огромного тепла и яркого света, генерируемых при столкновениях с воздухом», — сказал астроном-метеоролог и ведущий автор исследования доктор Питер Дженнискенс из Института SETI и исследовательского центра NASA Ames. «Вместо этого мы обнаружили, что сначала плавление, а затем фрагментация контролируют потерю массы камня».
|
|
|
|
Команда обнаружила, что болид проходит семь стадий, двигаясь сквозь атмосферу Земли. Каждая стадия формируется различными физическими процессами.
|
|
|
|
Первая фаза начинается высоко в атмосфере, когда воздух достаточно плотный, чтобы создать ударную волну перед падающим камнем. Столкновения с молекулами воздуха нагревают камень и окружающий его газ до тех пор, пока они не начнут светиться. Это то, что мы видим как метеор или «падающую звезду».
|
|
|
|
|
|
|
По мере падения камня в более плотный воздух начинается вторая фаза, и метеор становится ярче. Некоторые метеоры показывают, что камень быстро вращается, изменяя яркость по регулярной схеме. Самые быстро вращающиеся камни в исследовании совершали полный оборот каждые 0,5–5 секунд.
|
|
|
|
На третьей фазе метеор становится намного ярче и превращается в болид. Исследователи обнаружили, что теперь большая часть потери массы камня происходит из-за плавления. Быстро движущийся воздух сносит расплавленный материал с поверхности, оставляя после себя капли, которые продолжают испаряться.
|
|
|
|
«В лабораторных условиях мы не можем создать такое количество радиации, какое происходит при естественном входе в атмосферу на таких скоростях», — сказал Эрик Стерн, ранее работавший в НАСА Эймс, а теперь главный научный сотрудник Hyperspace Technologies Inc. «Камень мог бы агрессивно фрагментироваться и разрушаться, но тогда мы бы не ожидали наблюдаемой систематики в том, как болиды становятся ярче».
|
|
|
|
На высоте около 60 километров (примерно 40 миль) над Землей болид достигает 4-й фазы, переходя в фазу плавления. Его яркость остается неизменной или постоянно увеличивается. В конечном итоге камень может потерять до 40% своей массы только за счет плавления.
|
|
Разрушение на пути вниз
|
|
|
|
В более глубоких слоях атмосферы более высокое давление заставляет камень разрушаться, начиная 5-ю фазу. Болид может вспыхивать несколько раз по мере отрыва кусков.
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что камни начинают разрушаться, когда давление воздуха перед камнем составляет лишь около одной пятой от давления, измеренного в метеоритах, найденных на Земле. Они считают, что тепло и трещины от предыдущих столкновений в космосе могут объяснить, почему камни разрушаются раньше, чем ожидалось.
|
|
|
|
Только в этот момент оставшийся камень быстро уменьшается в размерах и значительно замедляется, причем это замедление происходит еще быстрее, если камень разрушается интенсивно.
|
|
|
|
«Нам удалось связать это замедление, вызванное фрагментацией, с предыдущими математическими описаниями, основанными на абляции», — сказал соавтор Стю Пилорц из Института SETI.
|
|
|
|
Если задняя часть основного камня остается целой, она создает за собой область низкого давления, которая притягивает более мелкие фрагменты.
|
|
|
|
«Наше моделирование показывает, что пока задняя часть космического камня остается целой, этот камень создает вакуум, в который стремятся попасть фрагменты», — сказал соавтор Даррел Робертсон из Исследовательского центра НАСА Эймс. «Эти маленькие метеориты падают на землю узкой полосой».
|
|
|
|
Когда задняя часть камня окончательно разрушается на 6-й фазе, огненный шар испускает последнюю яркую вспышку и разбрасывает обломки с большей скоростью. Поскольку скорость падения камня уже снизилась, эти поздние вспышки обычно имеют красный цвет, а не ярко-зеленый, как это было раньше.
|
|
|
|
«Это окончательное разрушение заставляет фрагменты разлетаться с более высокими относительными скоростями», — сказал Дженнискенс. «В прошлых падениях мы заметили, что метеориты весом более 20 г, как правило, рассеивались шире, и многие из них прибывали с близкого расстояния от поверхности исходного космического камня, что, должно быть, было его обратной стороной».
|
|
|
|
Метеориты, достигшие земли, изначально представляли собой более крупные куски, но они прошли через дальнейшее плавление и раздробились, прежде чем замедлились достаточно, чтобы приземлиться.
|
|
|
|
На седьмой фазе плавление и фрагментация продолжаются до тех пор, пока последние куски не замедлятся достаточно, чтобы перестать светиться. Плавление заканчивается, оставляя на их поверхности тонкую корку плавления. Затем ветер может сдуть потемневшие фрагменты с курса, когда они завершают падение на землю в виде метеоритов.
|
|
|
|
Что метеориты могут рассказать нам о более крупных астероидах
|
|
|
|
В исследовании, охватившем 75 метеоритных падений, были обнаружены несколько различных типов метеоритов. Исследование определило высоты, на которых эти различные материалы прошли семь фаз.
|
|
|
|
Изучая замедление вращения в атмосфере небольших твердых космических камней различных типов, исследователи также получили представление о том, что происходит с более опасными астероидами размером от автомобилей до городских кварталов, способными к воздушному взрыву.
|
|
|
|
«Астероиды размером до десятков метров также представляют собой твердые камни, потому что они, как правило, вращаются быстрее, чем более крупные астероиды, представляющие собой груды обломков», — сказал Дженнискенс. «Астероид диаметром 20 метров, вызвавший воздушный взрыв над Челябинском в России в 2013 году, прошел через те же фазы».
|
|
|
|
Источник
|
