De aarde is geen onbekende voor meteoren. In feite komen meteorenregen regelmatig voor, waarbij kleine objecten (meteoroïden) de atmosfeer van de aarde binnenkomen en naar de nachtelijke hemel stralen. Omdat de meeste van deze objecten kleiner zijn dan een zandkorrel, bereiken ze nooit het oppervlak en verbranden ze gewoon in de atmosfeer. Maar af en toe komt een meteoor van voldoende grootte door en explodeert boven het oppervlak, waar hij aanzienlijke schade kan aanrichten.
Een goed voorbeeld hiervan is de Chelyabinsk-meteoroïde, die in februari 2013 in de lucht boven Rusland explodeerde. Dit incident toonde aan hoeveel schade een meteoriet met luchtstoot kan aanrichten en benadrukte de noodzaak van paraatheid. Gelukkig geeft een nieuwe studie van de Purdue University aan dat de atmosfeer van de aarde eigenlijk een beter schild is tegen meteoren dan we hadden aangenomen.
Hun studie, die werd uitgevoerd met steun van NASA's Office of Planetary Defence, verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Meteoritics and Planetary Science - getiteld "Air Penetration Enhanced Fragmentation of Entering Meteoroids". Het studieteam bestond uit Marshall Tabetah en Jay Melosh, respectievelijk een postdoc-onderzoeksmedewerker en een professor bij de afdeling Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) aan de Purdue University.
In het verleden hebben onderzoekers begrepen dat meteoroïden vaak exploderen voordat ze de oppervlakte bereiken, maar ze wisten niet goed waarom. Omwille van hun studie gebruikten Tabetah en Melosh de Chelyabinsk-meteoroïde als een casestudy om precies te bepalen hoe meteoroïden uiteenvallen wanneer ze onze atmosfeer raken. Destijds was de explosie een grote verrassing, wat voor zulke uitgebreide schade zorgde.
Toen het de atmosfeer van de aarde binnendrong, creëerde de meteoroïde een heldere vuurbal en explodeerde minuten later en genereerde dezelfde hoeveelheid energie als een klein kernwapen. De resulterende schokgolf schoot ramen uit, verwondde bijna 1500 mensen en veroorzaakte miljoenen dollars aan schade. Het stuurde ook fragmenten naar de oppervlakte die werden teruggevonden en sommige werden zelfs gebruikt om medailles te maken voor de Sotsji Winterspelen 2014.
Maar wat ook verrassend was, was hoeveel van het puin van de meteroïde na de explosie werd teruggewonnen. Terwijl de meteoroïde zelf meer dan 9000 ton (10.000 US ton) woog, werd slechts ongeveer 1800 ton (2.000 US ton) puin ooit teruggewonnen. Dit betekende dat er iets gebeurde in de hogere atmosfeer waardoor het grootste deel van zijn massa verloor.
Om dit op te lossen, begonnen Tabetah en Melosh te bedenken hoe hoge luchtdruk voor een meteoor in zijn poriën en scheuren zou sijpelen, waardoor het lichaam van de meteoor uit elkaar zou duwen en zou exploderen. Zoals Melosh uitlegde in een Purdue University News-persbericht:
"Er is een grote gradiënt tussen lucht onder hoge druk voor de meteoor en het vacuüm van lucht erachter. Als de lucht door de doorgangen in de meteoriet kan bewegen, kan deze gemakkelijk naar binnen komen en stukjes afblazen. '
Om het mysterie op te lossen waar de massa van de meteoroïde naartoe ging, construeerden Tabetah en Melosh modellen die het toegangsproces van de Chelyabinsk-meteoroïde kenmerkten, waarbij ook rekening werd gehouden met de oorspronkelijke massa en hoe deze bij binnenkomst uiteenviel. Vervolgens ontwikkelden ze een unieke computercode waarmee zowel vast materiaal uit het lichaam van de meteoroïde als lucht in elk deel van de berekening kon voorkomen. Zoals Melosh aangaf:
"Ik ben al een tijdje op zoek naar zoiets. De meeste computercodes die we gebruiken om impacts te simuleren, kunnen meerdere materialen in een cel tolereren, maar ze gemiddeld alles samen. Verschillende materialen in de cel gebruiken hun individuele identiteit, wat niet past bij dit soort berekeningen. ”
Met deze nieuwe code konden ze de uitwisseling van energie en momentum tussen de binnenkomende meteoroïde en de interagerende atmosferische lucht volledig simuleren. Tijdens de simulaties mocht lucht die in de meteoroïde werd geduwd, naar binnen doordringen, wat de sterkte van de meteoroïde aanzienlijk verminderde. In wezen was lucht in staat om de binnenkant van de meteoroïde te bereiken en zorgde ervoor dat deze van binnenuit explodeerde.
Dit loste niet alleen het mysterie op van waar de ontbrekende massa van de Chelyabinsk-meteoroïde naartoe ging, het kwam ook overeen met het luchtuitbarstingseffect dat in 2013 werd waargenomen. De studie geeft ook aan dat als het gaat om kleinere meteroïden, de atmosfeer de beste verdediging van de aarde is. In combinatie met procedures voor vroegtijdige waarschuwing, die ontbraken tijdens de Chelyabinsk-meteroïde, kunnen blessures in de toekomst worden voorkomen.
Dit is zeker goed nieuws voor mensen die zich zorgen maken over planetaire bescherming, althans wat kleine meteroïden betreft. Grotere exemplaren worden echter waarschijnlijk niet beïnvloed door de atmosfeer van de aarde. Gelukkig maken NASA en andere ruimteagentschappen er een punt van om deze regelmatig te monitoren, zodat het publiek ruim van tevoren kan worden gewaarschuwd als er een zwerfdier te dicht bij de aarde is. Ook zijn ze druk bezig met het ontwikkelen van tegenmaatregelen bij een eventuele aanrijding.
