Что именно случается с космическим странником, когда он пронзает земную атмосферу? Долгое время считалось, что твердые породы просто испаряются от колоссального жара, подобно тому, как исчезает ледяная сосулька над костром. Однако масштабное исследование 75 падений метеоритов, зафиксированных на фото и видео, полностью изменило это представление. Опубликованные в журнале Meteoritics & Planetary Science данные показывают, что судьбу камня определяют не столько испарение и жар, сколько последовательное плавление и катастрофическое разрушение — фрагментация.
«Мы привыкли думать, что из-за яркого света и температуры камни должны просто выкипать, — поясняет ведущий автор работы, астроном Питер Дженнискенс из Института SETI и исследовательского центра NASA Ames. — В реальности же мы обнаружили, что сначала порода плавится, а затем буквально разлетается на куски, и именно этот процесс определяет потерю массы».
Анализ видеозаписей позволил выделить четкую семиступенчатую траекторию пути от метеороида (камня в космосе) до метеорита (упавшего образца).
Этап 1. Пробуждение. На больших высотах воздух становится достаточно плотным, чтобы перед камнем возникла ударная волна. Трение нагревает газ и поверхность тела до состояния свечения — так рождается знакомый нам образ «падающей звезды».
Этап 2. Танец огня. По мере погружения в более густые слои атмосферы свечение усиливается. Если камень имеет неправильную форму или закрутился при отделении от астероида, он начинает пульсировать. В ходе исследования были зафиксированы образцы, совершавшие полный оборот всего за полсекунды, из-за чего их яркость менялась в строгом ритме.
Этап 3. Рождение огненного шара. Здесь начинается самое интересное. Температура достигает точки плавления, и раскаленный воздух начинает буквально сдувать жидкий материал с поверхности камня. Этот процесс называется абляцией. Капли расплава отрываются и продолжают светиться, пока окончательно не испарятся.
Этап 4. Равновесие плавления. Примерно на высоте 60 километров наступает стабилизация. Скорость потери массы из-за плавления уравновешивается динамикой полета. На этом этапе небесный гость может потерять до 40% своего изначального веса, превратившись в каплю жидкого камня, летящую сквозь плазму.
Этап 5. Начало конца (Фрагментация). Чем ниже опускается тело, тем сильнее давит встречный поток воздуха. Исследователи выяснили удивительный факт: породы начинают трескаться и разваливаться на части, когда давление составляет лишь пятую часть от их прочности на Земле. Вероятно, виноваты микротрещины, полученные еще в космосе при столкновениях с другими объектами. Огненный шар вспыхивает несколько раз подряд — это отделяются крупные осколки.
Этап 6. Эффект пылесоса. Как только задняя часть основного тела остается целой, а передняя уже начала крошиться, возникает аэродинамический парадокс. Эрик Стерн из Hyperspace Technologies Inc. отмечает, что физика процесса здесь крайне агрессивна. За уцелевшей кормой образуется зона низкого давления — своеобразный вакуум. Мелкие фрагменты разрушенной передней части устремляются назад и засасываются этим воздушным следом. Даррел Робертсон из NASA уточняет: благодаря этому эффекту основная масса мелких метеоритов падает на землю узкой полосой, вытянувшись вдоль траектории.
Этап 7. Финальный аккорд. Когда разрушается и задняя часть, происходит последняя мощная вспышка. Поскольку к этому моменту объект уже значительно замедлился, цвет свечения меняется с ярко-зеленого на темно-красный. Осколки разлетаются с огромной скоростью. Дженнискенс замечает важную деталь: метеориты весом более 20 граммов обычно рассеиваются очень широко, и многие из них откалываются именно от той стороны, которая была тылом во время полета.
После этого остатки быстро теряют скорость, перестают светиться и покрываются тонкой стекловидной коркой — термальной оболочкой остывающего камня. Падая вниз, они могут отклоняться ветром от курса.
Изучение этих семи фаз важно не только для коллекционеров камней. Оно помогает понять механику гораздо более грозных событий. Например, астероид диаметром около 20 метров, взорвавшийся над Челябинском в 2013 году, прошел через те же самые стадии. Разница лишь в масштабе энергии. Анализируя, как мелкие твердые тела тормозят в воздухе, ученые получают бесценные данные о том, как поведут себя более крупные объекты размером с городской квартал, если те когда-нибудь направятся к Земле.
Изображение: NASA Ames/SETI Institute
