15. veljače 2013. godine, mali asteroid eksplodirao je iznad Čeljabinska u Rusiji, izazivajući snažan udarni val i zvučni udar koji je oštetio zgrade i ozlijedio oko 1.200 ljudi. Rezultirajući meteor, s promjerom od oko 20 metara (otprilike veličine šestospratnice), bio je jedan od najvećih meteorita koji su se raspali u Zemljinoj atmosferi u posljednjih stotinu godina.
Deset godina kasnije, znanstvenici iz programa planetarne obrane Nacionalne laboratorije Lawrence Livermore (LLNL) objavljuju detalje svojih istraživanja događaja u zraku. Tim je posljednje tri godine modelirao i simulirao atmosferski raspada meteora iz Čeljabinska. Njihovo istraživanje naglašava važnu ulogu koju su odigrali materijalna čvrstoća i lom u dinamici raspada.
3D simulacija
Iako su razne istraživačke organizacije proučavale događaj u Čeljabinsku, znanstvenici LLNL-a prvi su simulirali meteor u potpunosti u 3D sa materijalnim modelom temeljenim na istraživačkim podacima meteorita koji su pronađeni nakon događaja. Za razliku od povijesnih meteoritnih događaja, događaj raspadanja u zraku iz 2013. zabilježen je na mobilnim telefonima i sigurnosnim kamerama iz više kutova, a 500 kilograma teški komad bio je pronađen u jezeru Čebarkul neposredno nakon udara.
Njihove simulacije – koje su se vrlo približile stvarnim zapaženim događajima – sugeriraju da je objekt mogao biti monolitan ili jedan komad stijene. Ako je to bilo slučaj, istraživači su rekli da su materijalna čvrstoća i lom igrali značajnu ulogu u raspadu objekta i nastalom udarnom valu.
“Ovo je nešto što se stvarno može zabilježiti samo s 3D simulacijom”, rekao je Jason Pearl, vodeći istraživač na projektu. “Kada kombinirate specijalizirano znanje LLNL-a o fizici utjecaja i hidrokodova sa sposobnostima najnaprednijih računala za visokoučinkovito računanje, bili smo jedinstveno pozicionirani da modeliramo i simuliramo meteor u potpunosti u 3D.
“Naše istraživanje naglašava važnost korištenja ovakvih visoko-vjernih modela za razumijevanje događaja eksplozije asteroida”, rekao je Pearl. “Mnogi manji asteroidi su nakupine kamenja ili labavo povezane zbirke svemirskog šljunka, pa je mogućnost postojanja monolita zaista zanimljiva.”
SPH računalna metoda
Tim istraživača koristio je SPH (smoothed particle hydrodynamics) računalnu metodu koja se primjenjuje za simuliranje dinamike čvrstih mehanika i protoka fluida, kako bi istražili način razdvajanja monolitičkog asteroida veličine Chelyabinsk. U svojim simulacijama, tim je otkrio da se eksplozija u zraku događa kada se u stražnjem dijelu asteroida stvaraju veliki pukotine pod napetosti. Vremenska skala širenja pukotina prema prednjem dijelu asteroida kontrolira vrijeme kada se asteroid razdvaja na manje fragmente ulazeći u Zemljinu atmosferu. Skupina fragmenata blizu šok prednjeg dijela zatim privremeno štiti područje potpuno oštećenog materijala sve dok se oko 30 km iznad površine Zemlje netaknuti fragmenti ne razdvoje i krhotine izlože struji. Konačno, oblak krhotina se brzo usporava, a preostali fragmenti nastavljaju se razbijati na manje komade stijena.
Proces razdvajanja bogat je fizikom, objasnio je fizičar LLNL Mike Owen. Što je veća površina, to je veća izloženost objekta toplini, naprezanju i tlaku. “Kada asteroid uđe u atmosferu, počinje se događati vrsta katastrofalnog neuspjeha”, rekao je Owen. “I sklon je komprimirati se u smjeru putovanja. Bilo je kao da je asteroid bio stisnut u smjeru putovanja, lomio se na različite dijelove koji su počeli odvajati se i lomiti okomito na smjer putovanja.
“Odjednom imate puno više materijala izloženog hiperzvučnoj interakciji s zrakom, puno više topline koja se izlijeva i puno više napetosti na njemu, što ga čini brže lomljivim i dobivate vrstu kaskadnog postupka.”
Video:
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
