Bisher ist kein einziger bestätigter Fall der Tötung von Menschen durch einen Meteoriten bekannt. Gleichzeitig hat sogar ein kleiner Himmelskörper, der leider in die Erdatmosphäre eingedrungen ist, ein kolossales Zerstörungspotential, das mit Atomwaffen vergleichbar ist. Wie die jüngsten Ereignisse gezeigt haben, können uns manchmal Gäste vom Himmel überraschen.
Der Feuerball, der über Tscheljabinsk flog und buchstäblich und im übertragenen Sinne so viel Lärm machte, überraschte alle mit seiner unglaublichen Glüh- und Schockwelle, die Glas zerbröckelte, das Tor ausführte und die gegenüberliegenden Paneele von den Wänden abriss. Es wurde viel über die Folgen geschrieben, viel weniger über das Wesen dieses Phänomens. Um die Prozesse mit kleinen Himmelskörpern, die auf ihrem Weg auf den Planeten Erde trafen, genauer zu verstehen, wandte sich "PM" an das Institut für Dynamik der Geosphären der Russischen Akademie der Wissenschaften, wo sie seit langem die Bewegung von Meteoroiden, dh Himmelskörpern, die in die Erdatmosphäre eintreten, untersucht und mathematisch modelliert haben. Und hier ist, was wir herausgefunden haben.
Aus dem Gürtel geschlagen
Körper wie Tscheljabinsk stammen aus dem Haupt-Asteroidengürtel, der zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt. Es ist nicht so nah an der Erde, aber manchmal wird der Asteroidengürtel durch Kataklysmen erschüttert: Infolge von Kollisionen zerfallen größere Objekte in kleinere und einige der Trümmer gelangen in die Kategorie der erdnahen kosmischen Körper - jetzt kreuzen ihre Umlaufbahnen die Umlaufbahn unseres Planeten. Manchmal werden Himmelssteine durch Störungen durch große Planeten aus dem Gürtel geworfen. Wie die Daten zur Flugbahn des Tscheljabinsker Meteoriten zeigen, handelt es sich um die sogenannte Apollo-Gruppe - eine Gruppe kleiner Himmelskörper, die sich in elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen und die Erdumlaufbahn schneiden, und deren Perihel (dh die nächstgelegene Entfernung von der Sonne) geringer ist als das Perihel der Erdumlaufbahn.
Da es sich meistens um Trümmer handelt, haben diese Objekte eine unregelmäßige Form. Die meisten von ihnen bestehen aus einem Felsen namens "Chondrit". Dieser Name wurde ihr wegen Chondren gegeben - kugelförmige oder elliptische Einschlüsse mit einem Durchmesser von etwa 1 mm (seltener - mehr), umgeben von Trümmern oder feinkristalliner Matrix. Es gibt verschiedene Arten von Chondriten, aber auch Eisenproben finden sich unter Meteoroiden. Es ist interessant, dass es weniger Metallkörper gibt, nicht mehr als 5% der Gesamtmenge, aber Eisen überwiegt sicherlich unter den gefundenen Meteoriten und ihren Trümmern. Die Gründe sind einfach: Erstens sind Chondrite visuell schwer von gewöhnlichen Erdsteinen zu unterscheiden und schwer zu erkennen, und zweitens ist Eisen stärker, und ein Eisenmeteorit hat größere Chancen, die dichten Schichten der Atmosphäre zu durchbrechen und nicht in kleine Fragmente zu streuen.
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Unglaubliche Geschwindigkeiten
Das Schicksal eines Meteoriten hängt nicht nur von seiner Größe und den physikochemischen Eigenschaften seiner Substanz ab, sondern auch von der Eintrittsrate in die Atmosphäre, die über einen ziemlich weiten Bereich variieren kann. In jedem Fall handelt es sich jedoch um ultrahohe Geschwindigkeiten, die die Bewegungsgeschwindigkeit nicht einmal von Überschallflugzeugen, sondern auch von Orbitalraumfahrzeugen deutlich übertreffen. Die durchschnittliche Eintrittsgeschwindigkeit in die Atmosphäre beträgt 19 km / s. Wenn der Meteorit jedoch auf Kursen in der Nähe des entgegenkommenden mit der Erde in Kontakt kommt, kann die Geschwindigkeit 50 km / s erreichen, dh 180.000 km / h. Die geringste Eintrittsrate in die Atmosphäre wird sein, wenn sich die Erde und ein kleiner Himmelskörper sozusagen in benachbarten Umlaufbahnen nebeneinander bewegen, bis unser Planet einen Meteoriten anzieht.
Je höher die Eintrittsrate eines Himmelskörpers in die Atmosphäre ist, desto stärker ist die Belastung, desto weiter von der Erde entfernt beginnt er zu kollabieren und desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass er kollabiert, ohne die Oberfläche unseres Planeten zu erreichen. In Namibia, umgeben von einem sorgfältig konstruierten Gehege in Form eines kleinen Amphitheaters, liegt ein riesiger Metallblock, 84% Eisen sowie Nickel und Kobalt. Der Klumpen wiegt 60 Tonnen und ist das größte feste Stück kosmischer Materie, das jemals auf der Erde gefunden wurde. Der Meteorit fiel vor etwa 80.000 Jahren auf die Erde, ohne nach dem Fall einen Krater zu hinterlassen. Wahrscheinlich war die Fallrate aufgrund einiger zufälliger Umstände minimal, da der metallische Sikhote-Alin-Meteorit (1947,Primorsky Territory) zerfiel in viele Teile und schuf beim Fallen ein ganzes Kraterfeld sowie ein riesiges Gebiet zur Verteilung kleiner Trümmer, die immer noch in der Ussuri-Taiga gesammelt werden.
Was explodiert dort?
Noch bevor der Meteorit zu Boden fällt, kann er, wie der Fall Tscheljabinsk deutlich gezeigt hat, sehr, sehr gefährlich sein. Ein Himmelskörper, der mit einer enormen Geschwindigkeit in die Atmosphäre platzt, erzeugt eine Stoßwelle, bei der sich die Luft auf Temperaturen über 10.000 Grad erwärmt. Die Strahlung stoßerhitzter Luft bewirkt die Verdunstung des Meteoriten. Dank dieser Prozesse ist es von einem Lichthof aus glühendem ionisiertem Gas - Plasma - umgeben. Hinter der Stoßwelle bildet sich eine Hochdruckzone, die die Stärke des vorderen Teils des Meteoriten prüft. An den Seiten ist der Druck deutlich geringer. Infolge des resultierenden Druckgradienten wird der Meteorit höchstwahrscheinlich zusammenbrechen. Wie genau dies geschieht, hängt von der spezifischen Größe, Form und den Strukturmerkmalen des jeweiligen Meteoriten ab: Risse, Aussparungen, Hohlräume. Eine andere Sache ist wichtig - wenn der Feuerball zerstört wird, vergrößert sich seine Querschnittsfläche, was sofort zu einer Erhöhung der Energiefreisetzung führt. Die Gasfläche, die der Körper einfängt, nimmt zu, immer mehr kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt. Das schnelle Wachstum der Energiefreisetzung in einem begrenzten Raum in kurzer Zeit ist nichts anderes als eine Explosion. Im Moment der Zerstörung nimmt das Leuchten des Autos stark zu (ein heller Blitz tritt auf). Und die Oberfläche der Stoßwelle und dementsprechend die Masse der stoßerhitzten Luft wächst abrupt.wie eine Explosion. Im Moment der Zerstörung nimmt das Leuchten des Autos stark zu (ein heller Blitz tritt auf). Und die Oberfläche der Stoßwelle und dementsprechend die Masse der stoßerhitzten Luft wächst abrupt.wie eine Explosion. Im Moment der Zerstörung nimmt das Leuchten des Autos stark zu (ein heller Blitz tritt auf). Und die Oberfläche der Stoßwelle und dementsprechend die Masse der stoßerhitzten Luft wächst abrupt.
Wenn eine konventionelle oder nukleare Waffe explodiert, hat die Stoßwelle eine Kugelform, aber im Fall eines Meteoriten ist dies natürlich nicht der Fall. Wenn ein kleiner Himmelskörper in die Atmosphäre eintritt, bildet er eine konventionell konische Stoßwelle (der Meteorit befindet sich gleichzeitig an der Spitze des Kegels) - ungefähr die gleiche wie vor der Nase eines Überschallflugzeugs.
Die durch die Zerstörung eines Meteoriten erzeugte Schockwelle kann viel mehr Probleme verursachen als der Fall eines großen Trümmers. Auf dem Foto - ein Loch im Eis des Chebarkul-Sees, vermutlich von einem Stück des Tscheljabinsker Meteoriten durchbohrt.
Aber der Unterschied ist hier bereits zu beobachten: Schließlich haben die Flugzeuge eine stromlinienförmige Form, und ein Auto, das in dichte Schichten kracht, muss überhaupt nicht stromlinienförmig sein. Unregelmäßigkeiten in seiner Form erzeugen zusätzliche Turbulenzen. Mit abnehmender Flughöhe und zunehmender Luftdichte nehmen die aerodynamischen Belastungen zu. In Höhen von etwa 50 km sind sie mit der Stärke der meisten Steinmeteoroiden vergleichbar, und die Meteoroiden beginnen wahrscheinlich zu kollabieren. Jede einzelne Zerstörungsstufe bringt eine zusätzliche Energiefreisetzung mit sich, die Stoßwelle hat die Form eines stark verzerrten Kegels, der zerquetscht, wodurch während des Durchgangs eines Meteoriten mehrere aufeinanderfolgende Überdruckstöße auftreten können, die als eine Reihe starker Klatschen auf dem Boden zu spüren sind. Im Fall Tscheljabinsk gab es mindestens drei solcher Klatschen.
Der Einfluss einer Stoßwelle auf die Erdoberfläche hängt von der Flugbahn, der Masse und der Geschwindigkeit des Körpers ab. Der Tscheljabinsker Meteorit flog auf einer sehr flachen Flugbahn, und seine Schockwelle berührte nur die städtischen Gebiete am Rande. Die meisten Meteoriten (75%) gelangen über Flugbahnen, die in einem Winkel von mehr als 30 Grad zur Erdoberfläche geneigt sind, in die Atmosphäre. Hier hängt alles von der Höhe ab, in der die Hauptphase ihrer Verzögerung auftritt, was normalerweise mit Zerstörung und einem starken Anstieg der Energiefreisetzung verbunden ist. Wenn diese Höhe groß ist, erreicht die Stoßwelle die Erde in geschwächter Form. Wenn die Zerstörung in tieferen Lagen erfolgt, kann die Stoßwelle ein riesiges Gebiet "reinigen", ähnlich wie bei einer atmosphärischen Atomexplosion. Oder wie beim Aufprall des Tunguska-Meteoriten.
Wie der Stein verdunstete
Bereits in den 1950er Jahren wurde zur Simulation der Prozesse während des Fluges eines Meteoriten durch die Atmosphäre ein Originalmodell erstellt, das aus einer Detonationsschnur (Simulation der Flugphase vor der Zerstörung) und einer an seinem Ende angebrachten Ladung (Simulation der Expansion) bestand. Kupferdrähte, die den Wald darstellen, wurden vertikal unter dem Modell der Messingoberfläche befestigt. Experimente haben gezeigt, dass die Drähte infolge der Detonation der Hauptladung beim Biegen ein sehr realistisches Bild der Waldfällung lieferten, ähnlich dem im Gebiet von Podkamennaya Tunguska beobachteten. Spuren des Tunguska-Meteoriten wurden noch nicht gefunden, und die weit verbreitete Hypothese, dass der Körper, der 1908 mit der Erde kollidierte, der Eiskern eines kleinen Kometen war, wird keineswegs als der einzig verlässliche angesehen. Moderne Berechnungen zeigen, dass ein Körper mit größerer Masse in die Atmosphäre gelangt,es taucht vor dem Stadium der Verzögerung tiefer in es ein, und seine Fragmente sind für längere Zeit starker Strahlung ausgesetzt, was die Wahrscheinlichkeit ihrer Verdunstung erhöht.
Der Tunguska-Meteorit könnte durchaus Stein gewesen sein. Da er jedoch in relativ geringer Höhe zerschmettert wurde, hätte er eine Wolke sehr kleiner Trümmer erzeugen können, die beim Kontakt mit heißen Gasen verdunstet sind. Nur eine Stoßwelle erreichte den Boden, die auf einer Fläche von mehr als 2000 km² Zerstörung verursachte, vergleichbar mit der Wirkung einer thermonuklearen Ladung mit einer Leistung von 10-20 Mt. Dies bezieht sich sowohl auf dynamische Auswirkungen als auch auf Taiga-Brände, die durch einen Lichtblitz erzeugt werden. Der einzige Faktor, der in diesem Fall im Gegensatz zu einer nuklearen Explosion nicht funktioniert hat, ist die Strahlung. Die Wirkung des vorderen Teils der Schockwelle hinterließ in sich eine Erinnerung in Form eines "Telegraphenwaldes" - die Stämme widersetzten sich, aber jeder Ast wurde abgeschnitten.
Trotz der Tatsache, dass Meteoriten häufig auf die Erde fallen, ist die Statistik instrumenteller Beobachtungen über den Eintritt kleiner Himmelskörper in die Atmosphäre immer noch unzureichend.
Nach vorläufigen Schätzungen entspricht die Energiefreisetzung während der Zerstörung des Tscheljabinsker Meteoriten 300 kt TNT, was etwa dem 20-fachen der Leistung des auf Hiroshima abgeworfenen Uran "Baby" entspricht. Wenn die Flugbahn des Autos nahezu vertikal wäre und der Ort des Sturzes auf die Stadtentwicklung fallen würde, wären kolossale Verluste und Zerstörungen unvermeidlich. Wie groß ist das Risiko eines erneuten Auftretens und sollte die Meteoritenbedrohung ernst genommen werden?
Eine nützliche Vorsichtsmaßnahme
Ja, glücklicherweise hat noch kein einziger Meteorit jemanden getötet, aber die Bedrohung durch den Himmel ist nicht so unbedeutend, dass sie ignoriert werden kann. Himmelskörper vom Typ Tunguska fallen etwa alle 1000 Jahre auf die Erde, was bedeutet, dass sie durchschnittlich jedes Jahr 2,5 km² Territorium vollständig "aufräumen". Der Fall eines Körpers vom Typ Tscheljabinsk wurde 1963 zum letzten Mal in der Region der südafrikanischen Inseln festgestellt - dann betrug die Energiefreisetzung während der Zerstörung ebenfalls etwa 300 kt.
Derzeit hat die astronomische Gemeinschaft die Aufgabe, alle Himmelskörper mit einem Durchmesser von mehr als 100 m in Umlaufbahnen in der Nähe der Erde zu identifizieren und zu verfolgen. Aber auch kleinere Meteoroiden können Probleme verursachen, deren vollständige Überwachung noch nicht möglich ist: Dies erfordert spezielle und zahlreiche Beobachtungsinstrumente. Bisher wurde der Eintritt von nur 20 Meteoritenkörpern in die Atmosphäre mit astronomischen Instrumenten beobachtet. Es ist nur ein Fall bekannt, in dem der Fall eines relativ großen Meteoriten (ca. 4 m Durchmesser) in ca. einem Tag vorhergesagt wurde (er fiel im Oktober 2008 im Sudan). Und in der Zwischenzeit ist eine Warnung vor einer kosmischen Katastrophe selbst an einem Tag überhaupt nicht schlecht. Wenn ein Himmelskörper auf eine Siedlung zu fallen droht, kann die Siedlung innerhalb von 24 Stunden evakuiert werden. Und natürlich reicht ein Tag für etwasum die Leute noch einmal daran zu erinnern: Wenn Sie einen hellen Blitz am Himmel sehen, müssen Sie sich verstecken und Ihr Gesicht nicht an die Fensterscheibe kleben.
Oleg Makarov