MATERIA METEOROWA


Jeśli masa początkowa meteoroidu przekracza 1000 ton, atmosfera jest w stanie spowolnić jego upadek jedynie w niewielkim stopniu i przy uderzeniu w powierzchnię Ziemi może on wywołać znaczne zniszczenia. Na szczęście meteoroidy o tak znacznej masie zdarzają się niezwykle rzadko; tym niemniej liczne kratery, występujące na całej kuli ziemskiej, świadczą o tym, że upadki takie miały wielokrotnie miejsce w przeszłości. Największym ze znalezionych dotychczas meteorytów był meteoryt żelazny Hoba, o masie około 60 ton. Pozostaje on nadal w miejscu swego upadku - w Namibii (Afryka południowozachodnia). Meteoroidy powstały w trakcie ewolucji większych ciał Układu Słonecznego. Część z nich jest pozostałością materii tworzącej obłok protoplanetarny, która nie została wykorzystana przy tworzeniu się układu planetarnego; część meteoroidów powstała przy częściowym lub całkowitym rozpadzie planetoid w trakcie ich wzajemnych zderzeń. Inne wreszcie meteoroidy powstały wskutek rozproszenia materii kometarnej i rozpadu jąder komet w pobliżu Słońca. Meteoroidy, powstałe na skutek wspomnianych pierwszych dwóch przyczyn, poruszają się w Układzie Słonecznym po wszelkich możliwych orbitach, większość z nich jednak obiega Słońce w tym samym kierunku co Ziemia, a ich koncentracja w pobliżu płaszczyzny ekliptyki jest wyraźnie większa. Meteoroidy zachowały zatem pęd pierwotnego obłoku protoplanetarnego. Orbity meteoroidów pochodzenia kometarnego są całkiem inne. Te meteoroidy poruszają się po orbitach eliptycznych, tylko nieznacznie różniących się od orbit macierzystych komet, z których powstały. Wzdłuż orbity macierzystej komety tworzą w przybliżeniu ciągły strumień z większymi lub mniejszymi zagęszczeniami. Szerokość tego strumienia sięga kilku milionów kilometrów. Niektóre strumienie meteoroidów przecinają orbitę Ziemi i nasza planeta przechodzi przez nie w regularnych odstępach czasu. Wówczas na niebie widzimy tzw. roje meteorów. Czas trwania roju meteorów zależy od szerokości strumienia meteoroidów w miejscu przecinania go przez Ziemię, natomiast liczba meteorów zależy od ilości okruchów materii w strumieniu. Całkowita masa meteoroidów w strumieniu stanowi tylko kilka procent masy macierzystej komety. Dla wielu strumieni meteoroidów nie znamy komet macierzystych, gdyż rozpadły się one wcześniej, nim mogły być odkryte. Rozmiary meteoroidów są bardzo różne, od wielkości najmniejszych planetoid aż do pyłów, a zatem ich średnice wynoszą od kilku metrów do kilku mikrometrów. Rozmiarom tym odpowiada masa poszczególnych meteoroidów wynosząca od kilkudziesięciu ton do mikrogramów. Liczba meteoroidów jest odwrotnie proporcjonalna do ich rozmiarów. Prędkość meteoroidów tylko w wyjątkowych przypadkach przekracza prędkość ucieczki z Układu Słonecznego, wynoszącą 42 km/s, większość tych ciał jest więc na stałe związana z Układem Słonecznym. Ziemia na swojej drodze wokół Słońca każdej doby napotyka kilkaset milionów meteoroidów. Do atmosfery ziemskiej wpadają one z prędkością od 12 do 72 km/s, w zależności od tego czy Ziemię doganiają, czy też biegną z kierunku przeciwnego do jej ruchu. Meteoroidy, nawet te o małej masie, mają znaczną energię kinetyczną. Przy zderzeniach z atomami i cząsteczkami większość meteoroidów wyparowuje już w górnych warstwach atmosfery. Bardziej masywne meteoroidy wnikają głębiej do atmosfery, rozbijając w niej cząsteczki azotu i tlenu, a także cząsteczki pierwiastków z własnej powierzchni, i pozostawiają za sobą ślad podobny do słupa jonów. Na wysokości 120-80 km zderzenia między cząsteczkami atmosfery i przelatującym ciałem są częstsze. Ślad zaczyna świecić, na niebie rozbłyska meteor. Meteor jest zatem zjawiskiem atmosferycznym, które powstaje przy przelocie meteoroidu przez atmosferę. Im masywniejszy jest meteoroid i im większą ma prędkość, tym jaśniejszy będzie meteor. Bryłka materii o masie około 0,25 g wpadająca do atmosfery Ziemi z prędkością 60 km/s utworzy meteor o jasności około Om. Gdy meteor zapali się tak jasno, że zwróci uwagę przypadkowych osób, mówimy o bolidzie. Jasność bolidu może być większa niż jasność Księżyca w pełni, a nawet większa niż jasność Słońca. Bolid na ogół widoczny jest jeszcze kilka minut po przelocie meteoroidu. Przy większych bolidach usłyszymy również charakterystyczną detonację fali uderzeniowej, wytworzonej w trakcie przelotu meteoroidu przez atmosferę. Dostatecznie duże ciała nie zdołają spalić się całkowicie przy przelocie przez atmosferę i pozostałość z nich spada na Ziemię. Przedtem jednak atmosfera wyhamowuje je na tyle, że na wysokości 20 km przestają świecić. Przed upadkiem większość z nich, na niewielkiej wysokości nad powierzchnią Ziemi, wybucha i rozpada się na drobne części. Wyjątkowo dużych ciał atmosfera nie może wyhamować, toteż spadają one na powierzchnię Ziemi z niemal całą swoją pierwotną prędkością kosmiczną. Przy zderzeniu z powierzchnią wybuchają i tworzą wielkie kratery. Pozostałości meteoroidów docierające do powierzchni Ziemi nazywamy meteorytami. Z olbrzymiej liczby meteoroidów wpadających do atmosfery ziemskiej jedynie nieznaczna część dociera do powierzchni, a tylko niektóre z nich udaje się nam odnaleźć. Zarejestrowano dotychczas upadek około tysiąca meteorytów, w większości żelaznych. Wynika to stąd, że meteoroidy żelazne mniej odparowują gazów w trakcie przelotu przez atmosferę niż meteoroidy kamienne, a można je też łatwiej odróżnić od innych kamieni w okolicy, w której się je znajdzie. Gęstość meteoroidów znamy jedynie z pomiarów gęstości znalezionych ułamków meteorytów. Meteoryty kamienne mają gęstość w przybliżeniu 3 g/cm3, żelazno-niklowe około 8 g/cm3. Niektóre meteoryty pod względem składu są mieszane, kamienno-żelazne. Kształty meteorytów bywają bardzo różne. Wpływa na to wiele czynników. Pierwotny kształt meteoroidu zostaje naruszony już przez zderzenia w przestrzeni międzyplanetarnej, przy przejściu zaś przez atmosferę wyparowują i spiekają się warstwy powierzchniowe, a w pewnych przypadkach nawet cały meteoroid może się rozpaść. Już po spadku na powierzchnię Ziemi meteoryt ulega erozji. Największym z dotychczas znalezionych meteorytów jest meteoryt żelazny z Hoba. Jego rozmiary wynoszą 2,95 x 2,84 x 1,2 m, a masa 60 000 kg. Leży on w miejscu swego upadku na powierzchnię Ziemi, w południowo-zachodniej Afryce, gdzie go znaleziono w 1920 roku. W miejscach spadku meteorytów powstają kratery, podobne do kraterów na Księżycu i na innych ciałach Układu Słonecznego. Na Ziemi jednak, w odróżnieniu od innych planet i ich księżyców, w stosunkowo krótkim czasie kratery ulegają atmosferycznej i wodnej erozji. Dlatego dziś znamy na Ziemi zaledwie niespełna setkę kraterów meteorytowych, które zachowały się z około 130 000 kraterów o średnicy większej niż 1 km, powstałych w trakcie ostatniego miliarda lat. Małych kraterów na powierzchni Ziemi brak, gdyż w ochronnej otoczce Ziemi - atmosferze - małe ciała ulegają zniszczeniu. Do najbardziej znanych kraterów meteorytowych należą: krater w Arizonie (USA) o średnicy 1,3 km i wielki krater w prowincji Quebeck (Kanada) o średnicy 62 km. Dla utworzenia pierwszego z nich musiała być wyzwolona energia 7 x 1015 J, w drugim przypadku aż 7 x 1022 J. W niektórych rejonach Ziemi przy spadku meteorytów okoliczny materiał uległ przetopieniu na szkliste ciała wielkości żwiru, tzw. tektyty. Nazwy tektytów zazwyczaj odpowiadają miejscu ich znalezienia, np. mołdawity, australity, indochinity itd. Mimo iż spadek meteorytu jest stosunkowo częstym zjawiskiem, nie znamy przypadku, aby meteoryt trafił w człowieka, zdarzyło się natomiast w ciągu ostatnich 200 lat aż sześciokrotnie, że meteoryt uderzył w dom. Jeden z takich wypadków miał miejsce w byłej Czechosłowacji, w miejscowości Broumov, w 1847 roku, kiedy meteoryt przebił dach i wpadł do pokoju. W ostatnim okresie większe ciało z przestrzeni międzyplanetarnej wpadło do atmosfery Ziemi 30 czerwca 1908 roku. Naoczni świadkowie widzieli je jako ognistą kulę przelatującą przez niebo, która pozostawiła za sobą długą smugę dymu. O 7h4m59s czasu miejscowego ciało to eksplodowało na wysokości około 5 km nad miejscem o szerokości geograficznej północnej 60°55' i długości wschodniej 101°57', znajdującym się w pobliżu rzeki Podkamienna Tunguska na Syberii. Liczne ekspedycje (pierwsza z nich dotarła jednak na miejsce katastrofy dopiero w 19 lat po wybuchu) nie znalazły tam żadnych odłamków meteorytu. W centrum wybuchu widziano jedynie sterczące gołe, obłamane pnie drzew, a w promieniu 40 km obalony las. Katastrofę tunguską próbowano wyjaśnić dziesiątkami bardziej lub mniej prawdopodobnych teorii, począwszy od zstąpienia anioła z mieczem ognistym, poprzez lądowanie istot pozaziemskich, wybuch termojądrowy, aż po spotkanie z niewielką czarną dziurą. Przyczyną katastrofy tunguskiej był jednak najprawdopodobniej większy fragment komety Enckego, który poruszał się wśród meteorowego roju Tauryd. Przy zderzeniu z atmosferą przypuszczalnie uległa rozproszeniu pyłowo-gazowa głowa, następnie zaś eksplodowało kruche jądro. Powstała wskutek wybuchu fala uderzeniowa i zniszczyła las, a pył, który się dostał do atmosfery, spowodował osłabienie światła gwiazd o 2m. Cząstki pyłu były przyczyną jednoczesnego zwiększenia się jasności nieba na Syberii i w całej Europie, tak że w dniu wybuchu o północy można było czytać bez oświetlenia. Przyjmując, że energia wybuchu wynosiła 4 x 1015 J, a także biorąc pod uwagę ilości pyłu, jakie - dostały się do atmosfery, ciało mogło mieć masę, 109 kg. Meteory możemy obserwować nieuzbrojonym okiem, bez pomocy lunety. W pogodną noc, w ciągu godziny dostrzeżemy 6-12 meteorów. Przelatują one nieoczekiwanie w różnych kierunkach i stąd nazywamy je sporadycznymi. Liczba meteorów w ciągu godziny waha się w zależności od pory dnia i nocy. Wynika to z obrotu Ziemi i nachylenia płaszczyzny równika względem ekliptyki. Dlatego więcej meteorów obserwujemy nad ranem niż wieczorem, a na półkuli północnej obserwujemy więcej meteorów jesienią niż wiosną. Gdy Ziemia przechodzi przez strumień meteoroidów, liczba widocznych na niebie meteorów gwałtownie wzrasta, średnio o 5 do 60 w ciągu godziny, w zależności od gęstości bryłek materii w strumieniu. Mamy wówczas do czynienia z rojem meteorów, w którym meteory różnią się od sporadycznych nie tylko zwiększoną częstością pojawień, ale przede wszystkim swoimi torami. Meteory z danego roju poruszają się w przestrzeni równolegle względem siebie. Wskutek skrótu perspektywicznego, meteory z danego roju widzimy tak, jak gdyby wylatywały z jednego miejsca na niebie, nazwanego radiantem. Rój meteorów otrzymuje nazwę od gwiazdozbioru, w którym znajduje się jego radiant. Przejście Ziemi przez gęsty obłok meteoroidów danego roju wywołuje na niebie dosłownie deszcz meteorów. Ostatnio przecięliśmy taki obłok z roju Leonid 17 listopada 1966 roku o godzinie 13 czasu środkowoeuropejskiego. Szerokość obłoku wynosiła 60 000 km, a Ziemia przechodziła przez niego przez całą godzinę. Przy przejściu przez najgęstszą część obłoku obserwatorzy w Kalifornii dostrzegli w ciągu 10 min ponad 20 000 meteorów. Meteory jaśniejsze od 0m-lm można również zarejestrować fotograficznie. Gdy dany meteor udało się zaobserwować przynajmniej z dwóch miejsc, można obliczyć jego tor, a przy dużych ciałach - również prawdopodobne miejsce jego spadku na Ziemię. Dlatego też dla zwiększenia prawdopodobieństwa odnalezienia meteorytów zakłada się sieć stacji fotografujących jasne meteory. Taka sieć stacji obserwacyjnych pracuje obecnie w Kanadzie i Europie środkowej. Pierwszym z meteorytów odnalezionych w ten sposób był meteoryt, który spadł w 1959 roku w Czechach, w pobliżu miejscowości Přibram. Gołym okiem dostrzeżemy meteory co najwyżej 5m-6m. Słabsze meteory obserwować możemy w niewielkich lunetkach o szerokim polu widzenia. Technika telewizyjna umożliwiła obserwacje znacznie słabszych meteorów, aż do 12m-13m. Przy pomocy radaru pracującego na długościach fali 5-20 m możemy rejestrować ślady meteorów o jasności od 7m do l5m. Rejestruje się ich tysiące w ciągu godziny, i to nie tylko w nocy, ale i w dzień. Detektory umieszczone na sztucznych satelitach Ziemi i sondach kosmicznych rejestrują najmniejsze cząstki materii międzyplanetarnej - mikrometeoroidy.
O meteorach.
Materia meteorytowa (meteoroidy) to cząstki pyłu i odłamki skalne, występujące w kosmosie. Zasadniczo pochodzą one od komet, rozsiewających okruchy materii podczas topnienia lodowego jądra, lub stanowią pozostałość po zderzeniach planetoid. Około 220 000 ton meteoroidów penetruje rocznie atmosferę Ziemi. Przechodząc przez nią, okruchy rozgrzewają się wskutek zderzeń z cząsteczkami powietrza, tworząc na niebie świetlne smugi. Nazywane są wtedy meteorami lub gwiazdami spadającymi. Jeśli jakiś meteor dotrze do powierzchni Ziemi, nosi nazwę meteorytu.
Kosmiczny pył.
Poruszając się wokół Słońca, komety wytwarzają strugi pyłu. Gdy Ziemia przechodzi przez taką strugę, widzimy na niebie rój meteorów. Z czasem tworzy się stały "korytarz" pyłu i rój taki można obserwować co roku.
Meteory.
Meteorem, czyli gwiazdą spadającą nazywamy smugę światła, która powstaje, gdy meteoroid spala się w atmosferze ziemskiej. Dzieje się to zwykle na wysokości 90-120 km nad Ziemią i trwa nie dłużej niż kilka sekund. W pogodną bezksiężycową noc można dostrzec około 10 meteorów na godzinę. Liczba ta wzrasta o czwartej nad ranem, gdyż obserwator znajduje się wtedy po tej stronie kuli ziemskiej, która zwrócona jest w kierunku ruchu meteorów. Gdy Ziemia przechodzi przez strugę materii meteorytowej świeżo pozostawioną przez jakąś kometę, mamy do czynienia z rojem meteorów o dużej intensywności (deszcz meteorów). Podczas takiego deszczu związanego z rojem Leonidów w 1833 roku, natężenie widocznych meteorów sięgało 10 000 upadków na godzinę.
Meteoryty.
Meteoroidy docierające do powierzchni Ziemi nazywamy meteorytami. Ich liczba sięga 3300 sztuk rocznie, a masa z reguły przekracza kilogram. Większość z nich wpada do oceanów, jednak co roku około 6 egzemplarzy udaje się odszukać, obserwując ich upadek na ląd stały. Niektóre znajduje się też przypadkowo. Istnieją trzy zasadnicze typy meteorytów: kamienne, metaliczne oraz kamienno-metaliczne.
Kratery meteorytowe.
W swych dziejach Ziemia była bombardowana przez niezliczone meteoryty. Częstotliwość tego bombardowania była największa około 3,5 miliarda lat temu, lecz kratery utworzone wówczas zostały całkowicie zatarte przez erozję. Meteoryty niejednokrotnie spadały na terytorium Polski. Najbardziej znany jest meteoryt pułtuski, którego upadek obserwowano 30 stycznia 1868 roku. Szacuje się, że mógł ważyć około 9 ton, a jego pozostałości znajdowano na obszarze 130 km2. Największy "polski" meteoryt znaleziono w 1958 roku we wsi Morasko koło Poznania. Jego masa wynosi 78 kg. W przestrzeni kosmicznej występują meteoroidy różnej wielkości, przy czym najwięcej jest takich, które nie są większe od ziarnka piasku. Niezależnie od rozmiaru, wchodzą one w atmosferę ziemską z prędkością od 15 do 20 km/s. Siła, z jaką uderzają w powierzchnię Ziemi, zależy od ich masy.
Prędkość graniczna.
Jeśli masa meteoroidu nie przekracza 1 tony, prędkość, z jaką wchodzi on w atmosferę ziemską, znacznie się zmniejsza wskutek oporu powietrza. Na wysokości mniej więcej 20 kilometrów zaczyna swobodnie spadać w polu grawitacyjnym Ziemi. Gdy siła ciążenia, działająca na meteoroid, zrówna się z siłą oporu powietrza, przestaje on poruszać się ruchem przyśpieszonym. Następuje to, gdy prędkość meteoroidu spadnie do około 0,1 km/s (jest to tzw. prędkość graniczna).