Tulipallot ja meteoriitinpudottajat

<< 2.1.3 Meteorin vana - epäselvä käsite | Sisällysluettelo | 2.2. Meteoroidien kiertoradat >>

2.1.4 Tulipallot ja meteoriitinpudottajat

Jos tulipallon (tai meteorin) aiheuttaja, eli ilmakehään syöksyvä meteoroidi on riittävän kookas, ja/tai asteroidiperäistä kestävää materiaa, se ei aina ehdikään kulua ja hajota lentonsa aikana kokonaan ja pudottaa maahan meteoriitin tai meteoriitteja.

Meteoriparvien komeetta-alkuperää olevat hauraat jäiset meteoroidit eivät kestä pudotusta ilmakehän läpi maahan asti ja sen takia meteoriitteja tuottavat tulipallot eivät liity meteoriparviin. Meteoriitteja pudottaneiden materiatiheydeltään asteroidi-tyyppisten kappaleiden soikeat kiertoradat avaruudessa ovat tyypillisiä asteroideille niiden aphelin sijaitessa asteroidivyöhykkeellä.

Kuva 2.1.4.1. Kirkas tulipallo.

Tulipallo, joka sammuu tai räjähtää noin 60 km korkeudessa, ei pudota maan pinnalle meteoriitteja.

Jos tulipallo sammuu 25–35 km:n korkeudella, tai sitäkin matalammalla, se todennäköisesti pudottaa maahan meteoriitin, tai hajotessaan meteoriitteja. Mitä hitaammin kappale törmää ilmakehään, sen vähemmän sen massa vähenee, eli suurinopeuksisen meteoroidin pitää olla alkumassaltaan paljon suurempi, että ablaatio jättäisi siitä jäljelle meteoriitin, mutta käytännössä nopeuden pitää olla alle 30 km/s. Kappaleen liike-energiahan lopultakin on se tekijä, joka kuumentaa ja ablatoi meteoroidin ja se kasvaa suhteessa nopeuden neliöön (E = 0,5 mv2). Pudottaakseen meteoriitin meteoroidin tulee siis kohdata ilmakehä edullisessa, hyvin loivassa kulmassa, hitaalla nopeudella; 13 km/s, olla lujarakenteinen ja kestää kuumuutta kulumatta olemattomiin matkalla ilmakehän läpi. Nopeusyläraja, noin 30 km/s, rajaa heti pois suurimman osan meteoriparvista.

Avaruudessa yleinen, mutta hauras hiilikondriittimeteoroidi ei kestä pystysuoran putoamisen aiheuttamia voimia, joten sellainen pääsee putoamaan maahan asti meteoriittina vain osuessaan loivassa noin 5° kulmassa ilmakehään. Toisaalta lujarakenteinen rautameteoroidi (tai myös kivi-) todennäköisemmin pudottaa meteoriitin, jos sen tulokulma on lähes pystysuora ja luonnollisesti senkin nopeus alhainen. Tuhansien tonnien massainen kappale ei edes hidasta putoamisnopeuttaan ennen Maahan iskeytymistään. Massaltaan 1000 kg meteoriitti ehtii juuri ja juuri hidastua lähelle vapaan pudotuksen nopeutta ennen maahan iskeytymistään. Ilmakehän läpi hidastumatta putoaa halkaisijaltaan vähintään 150 metrin jää-, tai 60 metrin kivi-, tai 20 metrinen rautameteoroidi. Jäämeteoriitti (komeetta) kuitenkin saattaa räjähtää ennen maanpinnalle iskeytymistään. Kappaleen läpimitan puolittuessa ylläolevista minimimitoista, sen maanpintaan iskeytymisen todennäköisyys vähenee 99%.

Meteoriitinpudottajatulipallon kirkkauden alarajana pidetään –6 mag, mutta on muistettava, että pelkkä tulipallon kirkkaus ei korreloi hyvin, pohdittaessa todennäköisyyttä sille, putosiko tulipallon jäljiltä myös meteoriitti maanpinnalle.

Kivimeteoroidin laskennallinen lämpötila on avaruudessa noin –25 .. +5 °C välillä, eikä rautameteoroidikaan ole Maan kiertoradan etäisyydellä Auringosta kun n. +90-asteinen. Pudotessaan Maan ilmakehän läpi iskuaallon parituhat-asteinen lämpösäteily kuumentaa kappaleen pintaa, mutta lämpö ei kuitenkaan ehdi siirtyä meteoroidin (tulevan meteoriitin) sisäosiin ja ainoastaan 2–10 mm sen pinnasta ehtii kuumeta meteorivaiheen aikana. Meteoroidi jäähtyy välittömästi, kun se on meteorivaiheen loputtua menettänyt suurimman osan liike-energiastaan, ja kappale aloittaa muutamia minuutteja kestävän vapaan putoamisliikkeen troposfäärin yläosasta kymmenien asteiden pakkasessa. Nyrkinkokoinen rautameteoriitti voisi pudottuaan olla siis sisältä jopa kuumakin, mutta vapaan putoamisen seurauksena senkin pinta ehtii jäähtyä, lukuun ottamatta niitä äärimmäisen harvoja tapauksia, joissa erittäin massiivisen kappaleen nopeus ei ole hidastunut vapaaksi putoamiseksi ennen maahan iskeytymistä.

Miksi meteoriitti ei ole pudottuaan tulikuuma?

Asia havainnollistuu hauskalla kotikokeella; ota pihdeillä puolikuumalta kiukaalta löylykivi vaikka rautamalmikappale ja hehkuta sitä 10 sekuntia uunissa hiilloksen lähellä ja sen jälkeen vie ulos kovaan pakkaseen, jossa puhallat sitä kolmisen minuuttia lehtipuhaltimella. Pudota kivi pihalle ja mittaa, tai kokeile varoen sen pintalämpötilaa - polttaako ”rautameteoriitti”? Entä jos kokeilet ”kivimeteoriitilla” joka alkujaan avaruudessa on kylmä; ota kivi jääkaapista ja hehkuta sitä hetki hiilloksella ja puhalla reilusti pakkasilmassa ja totea kiven pintalämpötila.

Kuva 2.1.4.2. 220 kg keinotekoinen meteoriitti vapaan putoamisen jälkeen. Kuva: NASA.

Useat meteoriittikraatterit (tai meteorikraatterit) maanpinnalla muistuttavat meitä meteoriittien putoamisesta. Tunnetuin esimerkki lienee Barringerin kraatteri Arizonassa, jonka läpimitta on noin 1,2 km ja syvyys lähes 200 metriä. Suomessa Lappajärvi on myös muodostunut meteoriitin putoamisen seurauksena noin 70 miljoonaa vuotta sitten. Tunguska-joella v. 1908 laajaa vetypommi-luokan tuhoa aiheutti luultavimmin halkaisijaltaan 0,5 km jäinen komeetta, joka räjähti alle 10 km korkeudessa.

Taulukko 1. Meteorien massa-kirkkaus/lukumäärä -jakauma.

alkumassa

meteoriitin massa

lkm maapallolle

lkm Suomeen

meteoriitteja Suomeen

kirkkaus

10 tn

5 tn

3 kpl/v

500 v välein

600 v välein

–18

1 tn

500 kg

20 kpl/v

100 v välein

100 v välein

–16

100 kg

50 kg

100 kpl/v

15 v välein

30 v välein

–14

10 kg

3 kg

500 kpl/v

3 v välein

8 v välein

–12

1 kg

300 g

4 000 kpl/v

3 kpl/v

1 kpl/v

–10

100 g

20 g

30 000 kpl/v

20 kpl/v

4 kpl/v

–8

10 g

ei pudota

300 000 kpl/v

200 kpl/v

ei pudota

–6

1 g

ei pudota

3 milj./v

2000 kpl/v

ei pudota

–3,5

100 mg

ei pudota

30 milj./v

20 000 kpl/v

ei pudota

–1

30 mg

ei pudota

300 milj./v

200 000 kpl/v

ei pudota

0

10 mg

ei pudota

1 mrd./v

600 000 kpl/v

ei pudota

+1,5

300 µg

ei pudota

3 mrd./v

2 milj./v

ei pudota

+2,5

100 µg

ei pudota

10 mrd./v

6 milj./v

ei pudota

+3,5

30 µg

ei pudota

30 mrd./v

20 milj./v

ei pudota

+4,5

Taulukko 2. Suomen yötaivaalla havaittavien meteoreiden vuosittaisia lukumääriä.

kirkkaus (mag)näkyy Suomen alueella pimeän aikaanmeteorihavaitsija voisi nähdä /näkee (jos Teff 800 h/a ja hav.ala = 25 000 km2)havaitsijan tehokas näkökentän halkaisija
–181300 v välein50 000 v välein 
–16250 v välein9000 v välein 
–1438 v välein1400 v välein 
–128 v välein300 v välein 
–101 kpl/v58 v välein 
–88 kpl/v8 v välein 
–680 kpl/v1 kpl/v 
–3,5800 kpl/v14 kpl/v100°
–18 000 kpl/v140 kpl/v / 130 kpl/v90°
+2,5800 000 kpl/v14 000 kpl/v / 4100 kpl/v50°
+4,58 milj./v140 000 kpl/v / 4700 kpl/v34°

Kuva 2.1.4.3. Silmän eri alueiden herkkyys.

Huomaa, että ihmisen silmä havaitsee himmeitä meteoreja vain alueen keskiosassa, kun taas esim. videojärjestelmälle meteorin esiintymispaikka kuva-alalla on yhdentekevää. Meteorimagnitudi +3:n saavuttava videokamera 56 × 43 asteen kuva-alalla havaitsee tunnissa yhtä monta meteoria kuin visuaalinen havaitsija, jos havaintoon ei kirjata mag +2,5 himmeämpiä meteoreja. Visuaalisen havaitsijan meteorimäärät alkavat vähetä jo mag –1:stä alkaen, koska tehollinen havaintopinta-ala kutistuu kohti +6 magnitudia kohti mentäessä, jonka himmeämmällä puolella se on nolla. Käytännön lukuihin vaikuttavat havaitsijan yksilöllinen havaintoherkkyys, havainto-olosuhteet ja meteoriparvien aktiivisuus.