Команда астрономов Института SETI и Исследовательского центра Эймса при NASA под руководством Петера Йеннискенса провела эксперимент, имитирующий падение метеорита в уникальной установке для нагрева Arcjet Interaction Heating Facility и смогла выделить семь последовательных фаз пути от космического валуна до остывшего метеорита на земле. «Раньше мы думали, что твердые камни просто испаряются от огромного жара и яркого свечения при прохождении через атмосферу, — говорит Йеннискенс. — Однако оказалось, что сначала плавление, а затем разрушение определяют, как камень теряет массу».
Все начинается высоко в атмосфере, когда воздух становится достаточно плотным, чтобы перед камнем возникла ударная волна. Столкновения с молекулами воздуха нагревают газ и поверхность камня до свечения — так рождается привычная нам «падающая звезда». По мере падения в более плотные слои атмосферы метеор светлеет, иногда его блеск пульсирует: это выдает быстрое вращение. В некоторых случаях камень успевает сделать полный оборот вокруг своей оси всего за полсекунды.
Когда метеор превращается в яркий болид, в игру вступает плавление: именно оно начинает «съедать» большую часть массы камня. Стремительный поток воздуха срывает расплав со поверхности, превращая его в капли, которые продолжают испаряться. На высоте примерно 60 км болид достигает своеобразного равновесия: скорость плавления и потери массы стабилизируется, яркость меняется плавно. По оценкам, от одного только плавления камень может потерять до 40% своей массы.
Ниже, в более плотном воздухе, рост давления приводит к тому, что камень начинает трескаться и ломаться — это сопровождается яркими вспышками. Ученые выяснили, что разрушение начинается при давлении воздуха всего лишь в одну пятую от прочности метеоритов, найденных на Земле. Вероятно, тепловое воздействие, микротрещины и повреждения, накопленные еще при столкновениях в космосе, существенно ослабляют структуру метеорита.
Если задняя часть основного камня остается целой, она создает область низкого давления, которая втягивает более мелкие осколки. «Наше моделирование показывает, что пока задняя часть космического камня остается неповрежденной, этот камень создает за собой вакуум, в который втягиваются более мелкие фрагменты, — говорит соавтор работы Даррел Робертсон из NASA Ames. — Эти небольшие метеориты падают на землю, выглядя как узкая полоса света».
Когда задняя часть камня наконец разрушается, болид взрывается с яркой вспышкой и с большей скоростью разбрасывает свои осколки. В последней фазе плавление и фрагментация продолжаются, пока оставшиеся куски не замедлятся настолько, что перестанут светиться, оставив на поверхности тонкую корку оплавленной породы.
Понимание этих процессов важно не только для изучения метеоритов. Астероиды размером до нескольких десятков метров также представляют собой твердые камни и проходят те же фазы. Астероид диаметром 20 метров, который вызвал мощный взрыв над Челябинском в 2013 году, пережил точно такие же стадии разрушения в нашей атмосфере.
Ранее марсианский метеорит рассказал о первородном веществе Солнечной системы.