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 2535 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 210 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 aikaan	meteorihavaitsija voisi nähdä /näkee (jos T_eff 800 h/a ja hav.ala = 25 000 km²)	havaitsijan tehokas näkökentän halkaisija
18	1300 v välein	50 000 v välein
16	250 v välein	9000 v välein
14	38 v välein	1400 v välein
12	8 v välein	300 v välein
10	1 kpl/v	58 v välein
8	8 kpl/v	8 v välein
6	80 kpl/v	1 kpl/v
3,5	800 kpl/v	14 kpl/v	100°
1	8 000 kpl/v	140 kpl/v / 130 kpl/v	90°
+2,5	800 000 kpl/v	14 000 kpl/v / 4100 kpl/v	50°
+4,5	8 milj./v	140 000 kpl/v / 4700 kpl/v	34°

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.