Każdy chyba widział kiedyś na nocnym niebie „spadającą gwiazdę”. Tyle że gwiazdy przecież nie spadają. Co zatem widzimy? I co dzieje się z obiektem, który wywołał ten świetlny ślad? Odpowiedź kryje się w trzech podobnie brzmiących słowach: meteoroid, meteor i meteoryt.
Schemat jest prosty:
- meteoroid – w przestrzeni kosmicznej,
- meteor – zjawisko świetlne w atmosferze,
- meteoryt – fragment, który dotarł do powierzchni Ziemi.
Meteoroid jest w kosmosie
Meteoroid to niewielkie ciało stałe poruszające się w przestrzeni międzyplanetarnej. Może być skalne, metaliczne albo zbudowane z mieszaniny różnych materiałów. Zgodnie z definicją Międzynarodowej Unii Astronomicznej meteoroid ma zwykle rozmiary od około 30 mikrometrów do około 1 metra, choć granice te są umowne.
Większe obiekty tego typu określamy zazwyczaj jako planetoidy lub asteroidy, natomiast mniejsze zalicza się do pyłu międzyplanetarnego.
Meteoroidy mogą być fragmentami planetoid oderwanymi podczas zderzeń, materiałem uwalnianym przez komety albo pozostałościami po procesach zachodzących we wczesnym Układzie Słonecznym. Większość meteorytów znajdowanych na Ziemi pochodzi właśnie z planetoid, przede wszystkim z pasa planetoid między Marsem a Jowiszem.
Meteor jest zjawiskiem świetlnym
Gdy meteoroid wpada w atmosferę Ziemi z ogromną prędkością, zaczyna silnie oddziaływać z gazem atmosferycznym. Powietrze przed obiektem jest gwałtownie sprężane i ogrzewane, a powierzchnia meteoroidu ulega ablacji – topieniu, parowaniu i odrywaniu kolejnych fragmentów. Jednocześnie dochodzi do wzbudzenia i jonizacji gazu oraz materiału meteoroidu.
Powstaje świecąca smuga na niebie. To właśnie meteor.
Meteor nie jest więc samym kawałkiem skały, lecz zjawiskiem świetlnym wywołanym przejściem meteoroidu przez atmosferę. Potoczna „spadająca gwiazda” to właśnie meteor.
Stwierdzenie, że meteoroid po prostu „spala się wskutek tarcia”, jest więc tylko skrótem myślowym. Proces jest znacznie bardziej złożony i obejmuje przede wszystkim gwałtowne ogrzewanie, ablację oraz jonizację otaczającego gazu.
Bardzo jasne meteory określa się jako bolidy lub kule ogniste (fireballs). Nie musi przy tym dojść do eksplozji. Bolid oznacza przede wszystkim wyjątkowo jasne zjawisko meteorowe. Niektóre duże meteoroidy rzeczywiście gwałtownie rozpadają się w atmosferze i mogą wywołać silną falę uderzeniową.
Spektakularnym przykładem było zdarzenie nad Czelabińskiem w Rosji w 2013 roku. Obiekt wszedł w atmosferę z prędkością około 18 km/s i rozpadł się na wysokości około 23 km. Powstała fala uderzeniowa uszkodziła budynki i wybiła szyby na dużym obszarze, a rannych zostało ponad 1600 osób.
Meteoryt dociera do powierzchni
Większość niewielkich meteoroidów zostaje całkowicie zniszczona w atmosferze. Jeżeli jednak część obiektu przetrwa fazę ablacji, przestanie intensywnie świecić i będzie dalej spadała w tzw. ciemnym locie, po dotarciu do powierzchni staje się meteorytem.
Meteoryt nie musi przy tym pozostawić krateru. Niewielkie fragmenty podczas lotu przez atmosferę tracą znaczną część swojej pierwotnej prędkości i pod koniec spadają z prędkością znacznie mniejszą niż ta, z którą weszły w atmosferę.
Meteoryty to nie lada gratka dla każdego poszukiwacza skał i minerałów. Stanowią one również ciekawy materiał do badań naukowców, w tym geologów. Dzięki nim możemy uzyskać informacje o Układzie Słonecznym, jego wieku oraz sąsiadach naszej planety.
Goście z kosmosu, czyli skąd?
Zdecydowana większość meteorytów pochodzi z planetoid. W młodym Układzie Słonecznym dochodziło do niezliczonych zderzeń pomiędzy mniejszymi ciałami. Proces ten trwa do dziś. Fragment wybity podczas kolizji może znaleźć się na nowej orbicie.
Sama grawitacja planet, zwłaszcza Jowisza, oraz rezonanse orbitalne mogą z czasem zmienić jego tor w taki sposób, że zacznie przecinać orbitę Ziemi.
Niektóre meteoryty znajdowane na Ziemi pochodzą z Księżyca. Kiedy odpowiednio duża planetoida lub meteoroid uderza w powierzchnię Księżyca, część skał zostaje wyrzucona z tak ogromną prędkością, że pokonuje księżycową grawitację i trafia w przestrzeń kosmiczną. Po tysiącach lub milionach lat fragment takiej skały może znaleźć się na trajektorii przecinającej orbitę Ziemi.
Meteoryty księżycowe reprezentują różne skały budujące powierzchnię naszego satelity. Są wśród nich bazalty pochodzące z księżycowych mórz, ale również brekcje uderzeniowe i skały bogate w anortozyt, typowe dla jasnych wyżyn Księżyca.
Jeszcze bardziej niezwykłe są meteoryty marsjańskie. Ich pochodzenie potwierdzono m.in. dzięki analizie gazów uwięzionych w niektórych meteorytach. Ich skład izotopowy odpowiada atmosferze Marsa zmierzonej przez sondy i łaziki.
Mechanizm jest podobny jak na Księżycu: duże uderzenie w powierzchnię Marsa wyrzuca część skał z prędkością przekraczającą prędkość ucieczki z planety. Fragmenty trafiają na orbitę wokół Słońca, a niektóre po pewnym czasie docierają do Ziemi.
Nie ma jednak podstaw do stwierdzenia, że wszystkie meteoryty marsjańskie pochodzą z jednego uderzenia sprzed około 180 mln lat. Badania pokazują, że skały marsjańskie zostały wyrzucone z powierzchni Marsa podczas wielu różnych zdarzeń uderzeniowych. Same meteoryty marsjańskie mają też bardzo różny wiek – od około 4,5 mld lat do zaledwie około 200 mln lat.
Niektóre meteoryty są szczególnie cenne, ponieważ pochodzą z wnętrza dawnych, małych, planetarnych ciał. W młodym Układzie Słonecznym część dużych planetoid była na tyle gorąca, że uległa stopieniu i zróżnicowaniu. Ciężkie żelazo i nikiel opadały w kierunku środka, tworząc metaliczne jądra, a lżejszy materiał budował płaszcz i skorupę. Gdy później takie ciało zostało rozbite podczas kolizji, jego fragmenty mogły trafić w przestrzeń kosmiczną.
Dlatego meteoryty żelazne mogą być fragmentami jąder dawnych planetoid, a meteoryty kamienne i kamienno-żelazne dostarczają informacji o innych ich warstwach. W pewnym sensie meteoryty pozwalają więc badać wnętrza obiektów, których człowiek nigdy bezpośrednio nie odwiedził.
Szczególnie ważne dla naukowców są chondryty, czyli pierwotne meteoryty kamienne, które nie uległy całkowitemu przetopieniu i zróżnicowaniu. W niektórych chondrytach węglistych znajdują się niewielkie jasne struktury określane jako inkluzje wapniowo-glinowe (CAI). Są to najstarsze znane minerały utworzone w Układzie Słonecznym. Ich wiek wynosi około 4,568 miliarda lat. To właśnie datowanie takich najstarszych składników meteorytów pozwoliło określić wiek Układu Słonecznego.
Czy meteoryty mogą opowiedzieć o początkach życia?
Niektóre meteoryty zawierają również związki organiczne. W chondrytach węglistych odkryto m.in. aminokwasy, związki podobne do cukrów i wiele innych cząsteczek zawierających węgiel.
Nie oznacza to, że meteoryty przywiozły na Ziemię gotowe życie. Pokazują jednak, że złożona chemia organiczna mogła zachodzić w przestrzeni kosmicznej jeszcze przed powstaniem naszej planety. Meteoryty mogły też dostarczać młodej Ziemi wodę i związki organiczne, choć udział poszczególnych źródeł w powstaniu ziemskich oceanów wciąż jest przedmiotem badań.
Czy wiesz, że…
- Meteoroidy wpadają w ziemską atmosferę z prędkościami od około 11 do 72 km/s. Dolna wartość wynika z prędkości ucieczki Ziemi, a górna z maksymalnej prędkości względnej obiektu poruszającego się po orbicie wokół Słońca i Ziemi poruszających się w przeciwnych kierunkach.
- Do ziemskiej atmosfery nieustannie trafiają dziesiątki ton materii kosmicznej na dobę, przy czym zdecydowana większość ma postać bardzo drobnego pyłu.
- Tylko niewielka część większych obiektów pozostawia meteoryty możliwe do odnalezienia. NASA szacuje, że na całej Ziemi dochodzi przeciętnie do około 10–50 zdarzeń dziennie, podczas których na powierzchnię mogą spaść meteoryty. Większość przypada jednak nad oceanami lub odludnymi terenami, dlatego obserwowane upadki są rzadkie.
