Pangea

Minden, ami földtudomány

Az Apollo-csoport és Bennu

2019. január 06. 17:20 - Hágen András

Kisbolygók a Naprendszer valamennyi térségében előfordulnak, ám két olyan tartományt is ismerünk, ahol igen nagy számban találhatók. A közelebb elhelyezkedő, ezért sokkal részletesebben ismert a Mars és a Jupiter pályája között található fő kisbolygó öv. A távolabbi pedig a Neptunusz pályáján kívül található Kuiper-öv. A kisbolygók kutatása napjaink egyik legnépszerűbb területe, különösen annak tudatában, hogy a Földünkre is hatással lehetnek. A főöv réseiből kiszóródó kisbolygók ugyanis olyan pályára állhatnak, amely keresztezi Földünk pályáját, és egy esetleges becsapódás katasztrófális következményekkel járhat. 

20170923bennu11.jpg

A veszélyes kisbolygó-becsapódások nagyon ritka események. Mivel a kisbolygók pályája a nagyobb bolygók gravitációs hatása miatt megváltozik, nem csak azokat az égitesteket kell figyelni, amelyek manapság keresztezik a földpályát, hanem a bolygónkat 40-50 millió km-re megközelítő égitesteket is. Ezek alapján a csillagászok három csoportba sorolták a földközeli kisbolygókat. Az Amor-család tagjai nem kerülnek a Földnél közelebb a Naphoz, ám 1,3 Csillagászati egységnél jobban megközelítik csillagunkat, így a jövőben veszélyessé válhatnak. Az Apollo-család tagjai a Földnél jobban megközelítik a Napot, így pályájuk keresztezheti a földpályát, ám keringési idejük 1 évnél hosszabb. Az Aten-család tagjai szintén közelebb kerülnek központi csillagunkhoz, mint mi, ám keringési idejük 1 évnél rövidebb. Ez azt jelenti, hogy útjuk nagyobb része a földpályán belül vezet. A kisbolygó kutatás ismertetésből látható, hogy az Apolló-, és az Aten-csoport kisbolygói tartózkodnak időközönként a Föld pályáján. Nagy valószínűséggel ebből a két csoport valamelyikéből szakadt el a Chicxulub-krátert létrehozó aszteroida is.

foldkozeliek.jpg1. ábra: A földközeli kisbolygók három csoportja: Amor, Apollo és Aten.

Ugyancsak az Apolló-csoportban található az 1999-ben felfedezett Bennu meteor is. A NASA 2016-ban indította az OSIRIS-REx kisbolygó kutató űrszondát is, amely 2018 novemberében érte el a meteort. A NASA kutatóinak számítása szerint 2135-ben ütközik a Földbe a meteor. A bulvársajtó által felfújt hírek mellett a NASA is sok információt ad a meteor okozta pusztításról. 

Az OSIRIS-REx űrszondát, az 1999-ben felfedezett 101955 Bennu C típusú kisbolygó vizsgálatára indította a NASA 2016. szeptember 9-én, melyet két évvel később, 2018. december 3-án ért el. A szerkezetet 505 napot repül együtt a kisbolygóval. A felszínre nem száll le, de egy robotkar segítségével talajmintát vesz, amelyet 2023-ra szállítana vissza a Földre. Nagy valószínűséggel képet kaphatnánk a Naprendszer keletkezésének kémiai viszonyaira. Ha esetleg valaki figyelemmel kísérte a híradásokban szereplő információt, miszerint vizet mutattak ki a kisbolygó felszínén, akkor ismét kivirágozhat a pánspermia elmélet, miszerint az élővilág kialakulása a Földön az űrben keletkezett, és meteorok, kisbolygók által terjedt el bolygónkon. Ha ezt az elméletet vesszük alapul, akkor lehetséges, hogy az élővilág diverzitása köszönhető a földtörténelem váratlan látogatóinak.

A Bennu meteor Földbe csapódása a távoli jövőben.

A természettudományok, különösen az asztrofizika fejlődésével lehetővé válik, hogy megbecsüljük az égitest paramétereit és a becsapódás okozta energia felszabadulást is. A következőekben ezeknek járunk utána.

 

Asztrofizikával Bennu nyomában

Nagyon sok információnk nincs a meteorról, ezért én arra hagyatkoztam csak amelyek biztosak, a többi valójában megalapozott hipotézisek lesznek. Az tudjuk, hogy megközelítőleg 550 méteres az átmérője a Bennunak (megjegyezhetjük, hogy a dinoszauruszok kipusztulásáért felelős meteornak 10 km-s volt, a perm végi kihalást okozónak pedig 6 km-s átmérője volt).

 1483214_asteroid-bennu-nasa.jpg2.ábra: A Bennu morfológiája

A Cavalieri-elv felhasználásával sikerült kiszámolni a Bennu térfogatát, amely körülbelül 87 069 583 m3. Evvel nem sokra mennénk, mert nem ismerjük a tömegét. Ez azonban az őslénytan és a földtan előző eredményei figyelembevételével kiszámítható. Az Apollo- és Aton-csoportból származó meteorok sűrűsége megegyezik a Föld kőzetsűrűségével (=3000 kg/m3). Ha ezt vesszük alapul, akkor megbecsülhető az égitest tömege is, amely 261 208 749 t. 

A meteorok jellemzően 10-60 km/s (40-200 km/s) sebességgel érkeznek (az átlag 25 km/s). A Föld sebessége 30 km/s. A Föld közelében ehhez további 42 km/s adódhat, ami a Naprendszer itteni szökési sebessége. Az ennél gyorsabb égitestek kirepülnek a Naprendszerből. Így a Földet max. 30-42 km/s sebességgel érheti egy becsapódás. A sebességek vektorosan adódnak össze. A kisbolygók általában 15-25 km/s, az üstökösök 60 km/s sebességű becsapódásokat eredményeznek. Nagy valószínűséggel a Chicxulub krátert egy aszteroida (meteor) okozhatta, így a becsapódási sebességét 25 km/s (25 000 m/s) vettem.

A Bennu megközelítőleg 102 000 km/h-val halad, ami átszámolva 28000 m/s-nak felel meg. Ha meghatároztuk a sebességét, valamint megbecsültük a tömegét, akkor meghatározhatjuk a mozgásának kinetikus energiáját is, a fizikából ismert Ekin = 1/2 mv2 képlettel. Ezt felhasználva megkapjuk, hogy 1,02 * 1019 J, vagyis 102 és utána tizenhét nulla Joule.

Ha a Bennu esetleg becsapódna és ezek lennének a valós paraméterei, akkor megbecsülhetjük potenciális, vagy helyzeti energiáját, az Ep = mgh képlet felhasználásával. Ahol a tömeg (m) 261 * 109 kg, a gravitációs gyorsulás 9,81 m/s és a földrajzi magasság (h) értéke ismeretlen, legyen az találomra 100 m a tengerszintje fölött. E képlet felhasználásával a becsapódás energiája 2,56 * 1014 J.

A becsapódás energiája (2,56 * 1014 J) földrengést okozna a becsapódás 100 km-es körzetében, de valószínűleg érezhető lenne a becsapódástól igen nagy távolságban is.

Tételezzük fel, hogy a meteor az óceánba csapódik be, akkor a becsapódás energiája tscunamit váltanak ki. Hogy ennek mértékét számszerűsítsük, akkor elő kellene venni a Bikini atollon végrehajtott Baker atomrobbantást. A robbantás (itt hiányzik egy logikai lépés az atombomba és a meteorbecsapódás között) során az 1 km átmérőjű test, a becsapódás középpontjától 20 km-re is 1 km magas amplitudójú hullámokat hoz létre, így a becsapódás középpontjában 20 km magas hullámokat indított útjára. Ebből következtetve a fél kilométer átmérőjű Bennu meteor egy relatív 10 km magas hullámot indítana útjára. Ezt az értéket egyszerű analógia alapján kaphatjuk meg, ha figyelembe vesszük az atombomba tömegét és a meteor tömegét.

 

Éghajlatváltozás meteor becsapódás esetén

Az elsődleges éghajlat-alakító tényezők a Föld története során folyamatosan áltoztak. Változott a Nap sugárzásának intenzitása, a légkör összetétele, a kontinensek elhelyezkedése, a kontinentális lepusztulása hegységképződés és a vulkanizmus globális mértéke, változtak a Föld pályaelemei. Ennek megfelelően folyamatosan változott a Föld éghajlata is. Egyes időszakokban a globális átlaghőmérséklet akár 6 C-kal is meghaladhatta a mait (pl. kambrium, devon, korai eocén), míg más periódusokat a nagymértékű eljegesedés jellemzett.

Az éghajlat hűléséhez meteoritbecsapódások is jelentősen hozzájárultak. A meteorit becsapódásokkor nagy mennyiségű füst, por, törmelék, összefoglalóan aeroszolrészecske kerül a légtérbe, amelyek időszakosan csökkenthetik a felszínre érkező napsugárzást .

Az aeroszolrészecskék szórják és elnyelik a napsugárzást. Minél több van belőlük a levegőben, annál kevesebb energia éri el a felszínt, ami hűvösebb éghajlat kialakulásához vezet. A folyamat sugárzásátbocsátással (τ) jellemezhető, amely fordítva aránylik a légköri homályossághoz (δ): minél nagyobb a homályosság (az aeroszolrészecskék koncentrációja), a napsugárzásnak annál kisebb része jut át a légkörön. Matematikai formában az összefüggés a következő:

τ = 1/eδ

ahol e a természetes logaritmus alapszáma. A formulából következik, hogy egységi homályosság esetén a sugárzás erőssége 1/e-ed részére csökken. A homályosság egy dimenziónélküli szám, értéke tiszta levegőben 0,1 körül ingadozik. Ez azt jelenti, hogy a légköri átbocsátás 0,9-dal egyenlő, azaz a sugárzásnak 90 százaléka jut a felszínre.

Egy-egy vulkánkitörés alakamával az e logaritmus alapszámának értéke 2,71, akkor a felszínt érő sugárzás intenzitása csak 37%-a a légkörön kívüli erősségnek. δ = 4-nél 1,8% a megfelelő érték. Ilyenkor a bolygó Nap felöli oldalán is éjszakai sötétség uralkodik és a hőmérséklet -20 ºC alá csökken.

Erős vulkánkitörések időtartalma, következésképen hatása, jóval hosszabb, mint egyetlen meteorbecsapódás következménye. Ebben az esetben magyarázatot kaphatunk a meteorbecsapódás és a vulkáni tevékenység pusztító hatására.

 

Összefoglalás

Tessék lássék egy kis fizika felhasználásával megbecsültük a Bennu meteort paraméterit. A dinoszauruszok kihalását okozó kisbolygó kinetikus energiája 4,6875 * 1023 J volt, a Bennué 1,02 * 1019 J. Emberek által alkotott legnagyobb tömegpusztító fegyvereknek köszönhetjük a 2. világháború ázsiai lezárulását. Összehasonlítási alapul a Japánra ledobott atombomba robbanási ereje 92 * 1012 J volt.

A kisbolygóöv kutatásai során megtudtuk, hogy a 65 millió éve létrejött Chicxulub-krátert egy kisbolygó okozta az Apollo-csoportból, most egy méretében sokkal kisebb égitest fogja a Föld keringési pályáját keresztezni.

 

Irodalom

 

  • Donnadieu, Y.; Goddéris, Y.; Ramstein, G.; Nédélec, A.; Meert, J. 2004: A  ’Snowball Earth’ Climate Triggered by Continental Break-up Through Changes in Runoff. Nature. 428, 303–306. Doi:10.1038/Nature 02408 EIA (2010): Energy Outlook, 2010. Doe/Eia-0484(2010).
  • Mehra, R. 1973: Resonances and librations of some Apollo and Amor asteroids with the Earth. The Astronomical Journal, 78(1) 142-147.
  • Mészáros E. 2001: A Föld rövid története. Vince Kiadó, 168 p.
  • https://anzdoc.com/asztrofizikaval-a-fldtrteneti-nagy-kihalasok-nyomaban-hagen-.html
  • https://www.youtube.com/watch?v=QOp495QfkPE
  • https://www.express.co.uk/news/science/930955/Asteroid-Bennu-warning-NASA-asteroid-approach-pass-earth-space
6 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://pangea.blog.hu/api/trackback/id/tr3314506878

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

gigabursch 2019.01.06. 18:51:47

Tetszett az írás és a levezetés.

Persze itt még ezer és egy szempont is figyelembe vehető. Például, hogy merőlegesen, vagy érintőhöz közeli módon csapódik be; a trópusokon vagy épp a sarkkörön; a Föld forgása szempontjából "széllel szembe vagy hátszélben" (ezt majd valaki megmondja szakszerűen), S persze akár ki is léphet a légkörből, itt hagyva egy jó adag port, égésterméket, füstöt, némi törmeléket, stb.

Arról nem beszélve, hogy hálivűdnak hála van úgy 110 évünk arra, hogy felkészüljünk egy brúszvilliszes robbantásra.

Kong.Kinga 2019.01.07. 10:57:08

Annyit mondok: Apofisz, az meg a köv 10-20 évben lehet - reméljük, hogy nem.

Gyingizik 2019.01.07. 14:34:36

@gigabursch: Csak az a baj, hogy a megvalósítás a büfé-művszerves generációra vár.

lezlidzsi84 2019.01.08. 15:38:08

@Gyingizik: Ezt most kikérik maguknak a mérnökhallgatók :) 10-15 év múlva ez a generáció vsz. reggelire fog minket megenni az agilitásával és nemzetközi tapasztalataival/kapcsolataival. :)

csorsza 2019.01.13. 22:33:14

@lezlidzsi84: agilitás, ez most az aktuális hívószó multiéknál... ugyanazt a szar, csak másképp csomagolva. ne számíts semmi fejlődésre.

lezlidzsi84 2019.01.14. 00:18:36

@csorsza: Az egy másik dolog, hogy ezek a hívószavak általában a semmit takarják. A fiatalabbak viszont tényleg gyorsabbak sokmindenben. Pl. gyorsabban felállnak és elhúznak, ha látják a kamuzást.