Stjerneskud i vakuum – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

24. maj 2011

Stjerneskud i vakuum

Hej Spørg om Fysik
Jeg synes altid, at stjerneskud og meteorer, der gennembryder atmosfæren, laver striber af lys der er forholdsvis i lige linie. Hvilke fysiske kræfter spiller ind ved stjerneskud i vakuum, og for hvilke meteor-stykker, der faktisk kommer gennem atmosfæren, og ikke brænder op?

Kunne man forestille sig en "skruer", som man kan lave med en fodbold?

Med venlig hilsen
F H. G

Meteorer er oftest sten eller jern, meget sjældent blandinger af sten og metal og også sjældent næsten sorte kul-holdige ikke stærkt sammenhængende sten.

Det kan i princippet også være isklumper.  Så længe de er udenfor atmosfæren (og som du skriver i vakuum), kan de kun ses optisk eller evt. pr. radar, hvis de er store nok, og man er heldig at opdage dem. De eneste fysiske kræfter de så er udsat for, er ikke kun tyngdekraften fra jorden, men også fra de øvrige planeter, Solen og Månen.

Da tyngdekraften aftager med kvadratet på afstanden, bliver bidragene meget afhængige af, hvor meteoren befinder sig, men hvis den er i nærheden af jorden, er de væsentligste bidrag Jorden, Månen og Solen i nævnte rækkefølge.

Perseiderne

Når meteorer rammer atmosfæren

Vi ser i reglen først meteorer når de rammer toppen af atmosfæren. De viser sig som et lysende spor. Sporet er ioniseret luft og fordampede stoffer fra den glødende meteorit-overflade. Jorden bevæger sig med ca. 30 km/s omkring Solen, så meteorer har karakteristisk omkring deres fart i forhold til atmosfæren. Hvis de kommer modsat retningen af den hastighed, som Jorden løber omkring solen med, kan det blive den dobbelte hastighed. Små meteorer fordamper ofte fuldstændigt allerede højt oppe i atmosfæren, men de lidt større kan komme helt ned til Jordoverfladen som en meteorit.

Hvad der præcis sker bestemmes af meteorens hastighed, hvad den består af, vinklen den rammer atmosfæren i, og nok også lidt dens geometriske form. Hvis man ser et meteorspor, der ender på himlen, er det i reglen fordi meteoren er fordampet eller meget lille.

Spiraliserende meteor

Rotationen af meteorer

Jeg kender ikke oplysninger om rotationen af meteorer før de når Jordens atmosfære. Når de rammer atmosfæren, og bliver bremset, følger de derimod somme tider en uregelmæssig spiralkurve. Det skyldes den uregelmæssige form de har, og de tilfældige aerodynamiske kræfter, der følger heraf. Når meteorer er bremset til under lydhastigheden, lokalt i atmosfæren, hvor de er, vil de kunne opføre sig som en bold, og bøje til siden - skrue, hvis de roterer (f.eks. fodbold, håndbold, golf, bordtennis og tennis).

Hvordan opførselen er over lydhastigheden er usikkert, men man må nok antage, at der virker voldsomme bremsekræfter på dem, og at disse kræfter bestemmer rotation og bane, så en evt. egenrotation helt bliver druknet i bremseeffekterne, eller stoppet af gnidning.

Begrænset varmeledningsevne 

Meteoritter har ofte et sort og "afbrændt" udseende overfladelag som skyldes, at et tyndt overfladelag, (engelsk) "fusion crust", har været kraftigt opvarmet under passagen gennem atmosfæren. Passagen sker så hurtigt, og opvarmningen er dermed så kraftig og kortvarig, at det meste af det opvarmede materiale straks smelter af og fordamper.

Et varmeskjold i form af varme-isolerende kakler.

Den oftest begrænsede varmeledningsevne af meteoritmaterialet gør så, at områder mere end få mm inde under det mørke overfladelag, ikke er blevet varmet op under mødet med atmosfæren.

Det betyder, at selv organiske molekyler vil kunne overleve i det indre af meteoritter. En variation af samme teknik anvendes når astronauter vender tilbage til Jorden, enten i form af et varmeskjold, hvor et tyndt lag smelter af under den kraftige opvarmning, eller i form af varme-isolerende kakler.

Læs i Wikipedia om Space Shuttle thermal protection system, som tåler friktionsvarmen og ikke leder denne videre til underliggende strukturer.

Jernmeteorit i Geologisk museums gård

Hulhederne i overfladen af jernmeteoritten dannes under afsmeltning i varmen dannet under mødet med atmosfæren og disse kaldes (på engelsk) ”regmaglypts”, se evt.: http://meteorites.wustl.edu/id/regmaglypts.htm

Med venlig hilsen
Morten Bo Madsen
Malte Olsen