Até agora, nenhum caso confirmado de morte humana por um meteorito é conhecido. E, ao mesmo tempo, mesmo um pequeno corpo celeste, que, infelizmente, invadiu a atmosfera terrestre, tem um potencial destrutivo colossal comparável às armas nucleares. Às vezes, como os acontecimentos recentes mostraram, os convidados do céu podem nos pegar de surpresa.
O bólido que voou sobre Chelyabinsk e fez tanto barulho literal e figurativamente espantou a todos com seu brilho incrível e onda de choque que esmigalhou o vidro, carregou o portão e arrancou os painéis das paredes. Muito se escreveu sobre as consequências, muito menos se falou sobre a essência desse fenômeno. Para entender mais detalhadamente os processos que ocorrem com pequenos corpos celestes que encontraram o planeta Terra em seu caminho, "PM" recorreu ao Instituto de Dinâmica de Geosferas da Academia Russa de Ciências, onde há muito estudam e modelam matemáticos o movimento dos meteoróides, ou seja, corpos celestes que entram na atmosfera terrestre. E aqui está o que conseguimos descobrir.
Nocauteado para fora do cinto
Corpos como Chelyabinsk vêm do cinturão de asteróides principal, que fica entre as órbitas de Marte e Júpiter. Não está tão perto da Terra, mas às vezes o cinturão de asteróides é sacudido por cataclismos: como resultado de colisões, objetos maiores se desintegram em objetos menores e alguns dos destroços passam para a categoria de corpos cósmicos próximos à Terra - agora suas órbitas cruzam a órbita de nosso planeta. Às vezes, as pedras celestes são arrancadas do cinturão por distúrbios causados por grandes planetas. Conforme mostram os dados sobre a trajetória do meteorito de Chelyabinsk, ele representava o chamado grupo Apollo - um grupo de pequenos corpos celestes se movendo ao redor do Sol em órbitas elípticas que cruzam a órbita da Terra, e seu periélio (ou seja, a distância mais próxima do Sol) é menor que o periélio da órbita da Terra.
Uma vez que estamos falando mais freqüentemente sobre detritos, esses objetos têm uma forma irregular. A maioria deles é composta por uma rocha chamada "condrito". Esse nome foi dado a ela por causa dos côndrulos - inclusões esféricas ou elípticas com um diâmetro de cerca de 1 mm (menos frequentemente - mais), rodeados por um entulho ou matriz cristalina fina. Os condritos são de tipos diferentes, mas também os espécimes de ferro são encontrados entre os meteoróides. É interessante que haja menos corpos metálicos, não mais que 5% do total, mas certamente o ferro predomina entre os meteoritos encontrados e seus detritos. As razões são simples: em primeiro lugar, os condritos são visualmente difíceis de distinguir das pedras terrestres comuns e são difíceis de detectar e, em segundo lugar, o ferro é mais forte e um meteorito de ferro tem mais chances de romper as camadas densas da atmosfera e não se espalhar em pequenos fragmentos.
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Velocidades incríveis
O destino de um meteoróide depende não apenas de seu tamanho e das propriedades físico-químicas de sua substância, mas também da taxa de entrada na atmosfera, que pode variar em uma faixa bastante ampla. Mas, em qualquer caso, estamos falando de velocidades ultra-altas, excedendo significativamente a velocidade de movimento nem mesmo de aeronaves supersônicas, mas também de espaçonaves orbitais. A velocidade média de entrada na atmosfera é de 19 km / s, porém, se um meteoróide entrar em contato com a Terra em cursos próximos ao que se aproxima, a velocidade pode chegar a 50 km / s, ou seja, 180.000 km / h. A menor taxa de entrada na atmosfera será quando a Terra e um pequeno corpo celeste se movem, por assim dizer, em órbitas vizinhas, um ao lado do outro, até que nosso planeta atraia um meteoróide.
Quanto mais alta a taxa de entrada de um corpo celeste na atmosfera, mais forte é a carga sobre ele, mais longe da Terra ele começa a colapsar e maior a probabilidade de colapsar sem atingir a superfície do nosso planeta. Na Namíbia, rodeado por um recinto cuidadosamente construído em forma de um pequeno anfiteatro, encontra-se um enorme bloco de metal, 84% de ferro, além de níquel e cobalto. O caroço pesa 60 toneladas, embora seja o maior pedaço sólido de matéria cósmica já encontrado na Terra. O meteorito caiu na Terra cerca de 80.000 anos atrás, sem sequer deixar uma cratera depois de cair. Provavelmente, devido a alguma coincidência de circunstâncias, a taxa de sua queda foi mínima, já que o meteorito metálico Sikhote-Alin (1947,Território Primorsky) se desfez em muitos pedaços e, ao cair, criou todo um campo de crateras, bem como uma enorme área de dispersão de pequenos detritos, que ainda estão coletados na taiga de Ussuri.
O que está explodindo aí?
Mesmo antes de o meteorito cair ao solo, ele pode, como o caso de Chelyabinsk mostrou claramente, ser muito, muito perigoso. Um corpo celeste que irrompe na atmosfera a uma velocidade tremenda gera uma onda de choque na qual o ar se aquece a temperaturas acima de 10.000 graus. A radiação do ar aquecido pelo choque causa a evaporação do meteoróide. Graças a esses processos, ele é envolvido por um halo de gás ionizado brilhante - plasma. Uma zona de alta pressão é formada atrás da onda de choque, que testa a força da parte frontal do meteorito. Nas laterais, a pressão é significativamente menor. Como resultado do gradiente de pressão resultante, o meteorito provavelmente começará a entrar em colapso. Como exatamente isso acontece depende do tamanho, formato e características estruturais específicas do meteoróide: rachaduras, reentrâncias, cavidades. Outra coisa é importante - quando a bola de fogo é destruída, sua área transversal aumenta, o que leva instantaneamente a um aumento na liberação de energia. A área de gás que o corpo capta aumenta, cada vez mais a energia cinética é convertida em calor. O rápido crescimento da liberação de energia em uma área limitada do espaço em um curto espaço de tempo nada mais é do que uma explosão. É no momento da destruição que o brilho do carro aumenta drasticamente (ocorre um clarão). E a área da superfície da onda de choque e, consequentemente, a massa do ar aquecido pelo choque cresce abruptamente.como uma explosão. É no momento da destruição que o brilho do carro aumenta drasticamente (ocorre um clarão). E a área da superfície da onda de choque e, consequentemente, a massa do ar aquecido pelo choque cresce abruptamente.como uma explosão. É no momento da destruição que o brilho do carro aumenta drasticamente (ocorre um clarão). E a área da superfície da onda de choque e, consequentemente, a massa do ar aquecido pelo choque cresce abruptamente.
Quando uma arma convencional ou nuclear explode, a onda de choque tem um formato esférico, mas no caso de um meteorito, é claro, não é o caso. Quando um pequeno corpo celeste entra na atmosfera, ele forma uma onda de choque convencionalmente cônica (o meteoróide está ao mesmo tempo na ponta do cone) - aproximadamente a mesma que é criada na frente do nariz de uma aeronave supersônica.
A onda de choque gerada pela destruição de um meteorito pode trazer muito mais problemas do que a queda de um grande entulho. Na foto - um buraco no gelo do Lago Chebarkul, provavelmente perfurado por um pedaço do meteorito de Chelyabinsk.
Mas a diferença já é observada aqui: afinal, a aeronave tem um formato aerodinâmico, e um carro batendo em camadas densas não precisa ser aerado. Irregularidades em sua forma criam turbulência adicional. Com a diminuição da altitude de vôo e o aumento da densidade do ar, as cargas aerodinâmicas aumentam. Em altitudes de cerca de 50 km, eles são comparáveis à força da maioria dos meteoróides de pedra, e é provável que os meteoróides comecem a entrar em colapso. Cada estágio separado de destruição carrega consigo uma liberação adicional de energia, a onda de choque assume a forma de um cone fortemente distorcido, esmaga, devido ao qual, durante a passagem de um meteorito, pode haver vários surtos sucessivos de excesso de pressão, que são sentidos no solo como uma série de fortes palmas. No caso de Chelyabinsk, houve pelo menos três dessas palmas.
O impacto de uma onda de choque na superfície da Terra depende da trajetória de vôo, massa e velocidade do corpo. O meteorito Chelyabinsk voou ao longo de uma trajetória muito plana, e sua onda de choque tocou apenas as áreas urbanas na borda. A maioria dos meteoritos (75%) entra na atmosfera ao longo de trajetórias inclinadas para a superfície da Terra em um ângulo de mais de 30 graus, e aqui tudo depende da altitude em que ocorre a fase principal de sua desaceleração, geralmente associada à destruição e um aumento acentuado na liberação de energia. Se essa altura for grande, a onda de choque atingirá a Terra de forma enfraquecida. Se a destruição ocorrer em altitudes mais baixas, a onda de choque pode "limpar" uma área enorme, da mesma forma que acontece em uma explosão nuclear atmosférica. Ou como no impacto do meteorito Tunguska.
Como a pedra evaporou
Na década de 1950, para simular os processos que ocorrem durante o voo de um meteoróide pela atmosfera, foi criado um modelo original, que consistia em um cordão de detonação (simulando a fase do voo antes da destruição) e uma carga anexada à sua extremidade (simulando expansão). Fios de cobre representando a floresta foram fixados verticalmente sob o modelo da superfície de latão. Experimentos mostraram que, como resultado da detonação da carga principal, os fios, dobrados, deram uma imagem muito realista da derrubada da floresta, semelhante à observada na área de Podkamennaya Tunguska. Traços do meteorito Tunguska ainda não foram encontrados, e a hipótese popular de que o corpo que colidiu com a Terra em 1908 era o núcleo de gelo de um pequeno cometa não é considerada a única confiável. Cálculos modernos mostram que um corpo de maior massa, entrando na atmosfera,ele mergulha mais fundo antes do estágio de desaceleração, e seus fragmentos são expostos a forte radiação por mais tempo, o que aumenta a probabilidade de sua evaporação.
O meteorito Tunguska poderia muito bem ter sido de pedra, no entanto, ao se estilhaçar a uma altitude relativamente baixa, ele poderia gerar uma nuvem de fragmentos muito pequenos, que evaporaram com o contato com gases quentes. Apenas uma onda de choque atingiu o solo, que produziu destruição em uma área de mais de 2.000 km², comparável à ação de uma carga termonuclear com uma potência de 10-20 Mt. Isso se refere ao impacto dinâmico e aos incêndios de taiga gerados por um flash de luz. O único fator que não funcionou neste caso, ao contrário de uma explosão nuclear, é a radiação. A ação da parte frontal da onda de choque deixou em si uma memória em forma de "floresta telegráfica" - os troncos resistiram, mas todos os galhos foram cortados.
Apesar de meteoritos caírem na Terra com bastante frequência, as estatísticas de observações instrumentais da entrada de pequenos corpos celestes na atmosfera ainda são insuficientes.
De acordo com estimativas preliminares, a liberação de energia durante a destruição do meteorito de Chelyabinsk é considerada equivalente a 300 kt de TNT, o que é cerca de 20 vezes mais do que a potência do urânio "Malysh" lançado em Hiroshima. Se a trajetória do vôo do carro fosse quase vertical, e o lugar da queda fosse sobre o desenvolvimento urbano, vítimas colossais e destruição seriam inevitáveis. Então, quão grande é o risco de uma recorrência, e a ameaça de meteorito deve ser levada a sério?
Uma precaução útil
Sim, nem um único meteorito, felizmente, matou alguém ainda, mas a ameaça do céu não é tão insignificante a ponto de ser ignorada. Corpos celestes do tipo Tunguska caem na Terra cerca de uma vez a cada 1000 anos, o que significa que, em média, a cada ano eles "limpam" completamente 2,5 km² de território. A queda de um corpo do tipo Chelyabinsk foi notada pela última vez em 1963 na região das ilhas da África do Sul - então a liberação de energia durante a destruição também foi de cerca de 300 kt.
Atualmente, a comunidade astronômica tem a tarefa de identificar e rastrear todos os corpos celestes com mais de 100 m de diâmetro em órbitas próximas à da Terra. Mas meteoróides menores também podem causar problemas, cujo monitoramento total ainda não é possível: isso requer instrumentos de observação numerosos e especiais. Até o momento, a entrada de apenas 20 corpos de meteoróides na atmosfera foi observada usando instrumentos astronômicos. Há apenas um caso conhecido em que a queda de um meteorito relativamente grande (cerca de 4 m de diâmetro) foi prevista em cerca de um dia (caiu no Sudão em outubro de 2008). E, enquanto isso, um aviso sobre um cataclismo cósmico mesmo em um dia não é ruim. Se um corpo celestial ameaça cair sobre um assentamento, o assentamento pode ser evacuado em 24 horas. E claro, um dia é suficiente para algopara lembrar as pessoas mais uma vez: se você vir um clarão brilhante no céu, você precisa se esconder, e não colar o rosto no vidro da janela.
Oleg Makarov
