Превращение огненного шара в метеорит занимает 7 шагов – больше, чем считалось

Фото из открытых источников

Ранее предполагалось, что образование метеорита — довольно простой процесс. Космический камень падает в атмосферу, подвергается сильному трению, распадается и оседает на земле. Но новые исследования показали, что на самом деле происходит гораздо больше процессов. Результаты были опубликованы в журнале Meteoritics & Planetary Science.

Исследователи изучили 75 случаев падения метеоритов, запечатленных на видео и фотографиях. Благодаря этому им удалось разработать семиэтапную модель превращения обломка астероида в метеор, затем в болид и, наконец, в метеорит.

Каждый из этих семи этапов формируется различными физическими процессами и взаимодействием метеора с атмосферой в довольно экстремальных условиях.

Фаза 1, пожалуй, самая очевидная. Мы находимся высоко в атмосфере. Воздух недостаточно плотный для дыхания человека. С другой стороны, для космического камня, движущегося с высокой скоростью, воздуха достаточно, чтобы создать ударную волну. Молекулы воздуха, ударяющиеся о камень, нагреваются, вызывая свечение. Теперь камень — это метеор.

Вторая фаза начинается ниже. Плотность воздуха увеличивается, и яркость метеора возрастает. Но это еще не все; метеор также может начать кувыркаться. 

В ходе исследования команда ученых выяснила, что самые быстро вращающиеся метеоры могут совершать оборот вокруг своей оси каждые 0,5–5 секунд.

В фазе 3 мы видим еще более яркое свечение: фазу огненного шара. 

Большинство падающих звезд и метеоров, которые мы видим в метеорных потоках, представляют собой крошечные фрагменты, но более крупные камни — это болиды. Когда космический камень превращается в болид, команда исследователей обнаружила, что он в основном теряет массу из-за плавления. Столкновение с воздухом разжижает поверхность камня, и вслед за ним остаются капли, которые просто испаряются.

«В лабораторных условиях мы не можем создать такое количество радиации, какое возникает при естественном входе в атмосферу на таких скоростях», —  заявил соавтор Эрик Стерни из Центра Эймса НАСА. «Вместо этого горные породы могли бы агрессивно фрагментироваться и подвергаться эрозии, но тогда мы бы не ожидали наблюдаемой закономерности в том, как увеличиваются яркость болидов».

На высоте около 60 километров начинается 4-я фаза. Плотность воздуха там почти в 4000 раз меньше, чем на уровне моря, и именно здесь огненный шар достигает равновесия, при котором происходит его плавление. 

Огненные шары теряют около 40 процентов своей массы из-за плавления, и на этом этапе они либо сохраняют свою яркость, либо становятся все ярче.

«Раньше мы считали, что твердые породы испаряются от огромного тепла и яркого света, возникающих при столкновении в воздухе», — добавил ведущий автор исследования Питер Дженнискенс из Института SETI и исследовательского центра NASA Ames. «Вместо этого мы обнаружили, что сначала плавление, а затем фрагментация определяют, как горная порода теряет массу».

Именно на пятой фазе происходит фрагментация. 

Это стало несколько неожиданным, поскольку произошло раньше, чем ожидалось, осенью. Необходимые силы составляют всего около 20 процентов от тех, которые предполагаются при измерении прочности метеоритов на земле.

Именно в этот момент вспыхивает огненный шар. Трещины в породах, образовавшиеся в результате предыдущих столкновений, в сочетании с жаром при входе в атмосферу разрушают породу и освещают всё большую часть поверхности. Именно тогда метеор действительно становится всё меньше и меньше.

Движение огненного шара изменяет атмосферу таким образом, что, несмотря на значительное замедление движения фрагментов, они остаются вместе.

«Наше моделирование показывает, что пока задняя часть космического камня остается неповрежденной, этот камень создает вакуум, в который, как правило, стекают фрагменты», — сказал соавтор Даррел Робертсон из исследовательского центра НАСА Эймс. «Эти небольшие метеориты падают на землю узкой полосой».

Но перед падением необходима фаза 6, когда огненный шар в последний раз ярко вспыхивает, а замедляющиеся фрагменты рассеиваются, и, наконец, фаза 7: момент, когда фрагменты замедляются достаточно, чтобы перестать светиться и прекратить дальнейшее разрушение.

По мере завершения процесса плавления на метеоритах остается тонкая оплавленная корка. Они падают на небольшую площадь, хотя ветер может немного перемещать их.

Эти данные важны не только для понимания того, как малые астероиды образуют метеориты, но и для защиты планет. Как ведут себя различные типы астероидов на этих этапах? Остается слишком много неопределенностей.