Stiklað á stóru um loftsteina og árekstra

Eftir stóratburðinn í Rússlandi, þegar loftsteinn sprakk yfir borginni Chelyabinsk í Úralfjöllum, er ekki er úr vegi að líta aðeins á þessa ógn úr geimnum. Þetta er dálítið langur pistlll en vonandi fróðlegur. 

Daglega verður jörðin fyrir yfir 20-40 tonnum af loftsteinum. Það hljómar mikið en er samt hverfandi lítið í samanburði við stærð jarðar — þetta magn dygði til að fylla litla sex hæða skrifstofubyggingu. Engu að síður hellingur af steinum í geimnum sem jörðin plægir sig í gegnum á ferðalagi sínu um sólina.

Stærstur hluti þessa efnis eru örlitlar berg- eða ísagnir sem brenna auðveldlega upp í lofthjúpi jarðar. Þú hefur áreiðanlega séð það gerast. Við köllum það stjörnuhröp eða loftsteinahröp.

Yfirleitt kemur mörgum á óvart þegar við segjum frá því, að björtustu stjörnuhröpin sem við sjáum, séu tilkomin af ögnum ekki mikið stærri en sandkorn.

Ef þú sérð eitthvað á stærð við baun eða tómat falla, sæirðu mjög bjart og glæsilegt stjörnuhrap sem skilur eftir sig slóð og mynd í auganu eins leifturljós.

Birta loftsteina

Hvernig í veröldinni geta svona litlar agnir orðið svona bjartar? Tvennt kemur til.

Þegar steinninn kemur inn í lofthjúpinn þjappar hann saman loftinu fyrir framan sig. Því þéttara sem loftið verður, því heitara verður það. Margir þekkja þetta eftir að hafa pumpað lofti í bolta eða dekk. Þegar loftinu er þrýst í gegnum nálina getur hún orðið svo heit að hægt er að brenna sig á henni.

Hitt atriðið er hraðinn sem loftsteinarnir eru á. Flestir rekast á jörðina á 11 til 40 km hraða á sekúndu en þeir hraðfleygustu ná 72 km hraða á sekúndu. Til samanburðar ferðast byssukúla á tæplega þreföldum hljóðhraða eða 1 km hraða á sekúndu. Loftsteinar ferðast sem sagt miklu, miklu hraðar.

Þegar svo hraðfleygur steinn, eða ögn, rekst á lofthjúpinn breytist hraði hans í orku sem flyst út í umhverfið í kring, þ.e.a.s. loftið. Steinn sem ferðast á 50 földum hljóðhraða — Chelyabinsk steinninn í Rússlandi ferðaðist 53 sinnum hraðar en hljóðið — þjappar miklu lofti saman fyrir framan sig og svo hratt, að þrýstingurinn verður ógnvænlegur. Loftið hitnar þá upp í þúsundir gráða og byrjar að glóa.

Steinninn, sem er örlítið fyrir aftan samþjappaða loftið, finnur vel fyrir hitanum og brennur upp á örskömmum tíma.

Flestum finnst hrapið skammt frá sér en í raun og veru er hasarinn í nokkurra tuga kílómetra hæð yfir jörðinni. Þar er loftið mjög þunnt en sem betur fer nógu þykkt til þess að verja okkur fyrir hagléli úr geimnum.

(Myndina af loftsteinahrapinu, Geminíta, tók Wally Pacholka)

Stærri steinar splundrast

Í tilviki steina sem eru nokkrir metrar í þvermál — eins og Chelyabinsk steinninn — gerast hlutirnir aðeins öðruvísi.

Í stað þess að brenna upp er krafturinn sem verkar á steininn svo ógurlegur að hann þjappast saman vegna mismunarins á loftþrýstingnum fyrir framan og aftan hann. Með öðrum orðum flest steinninn út og verður eins og pönnukaka!

Steinninn stenst ómögulega slíkt álag og sundrast. Á örfáum sekúndum hefur nokkurra metra breiður steinn sprungið í mörg hundruð eða þúsund mola. Einmitt þetta gerðist í tilviki steinsins í Chelyabinsk.

Við þetta getur birta steinsins orðið mjög mikil, jafnvel slagað upp í birtu sólar og í sumum tilvikum orðið bjartari!

Meðalstórir loftsteinar springa hátt í lofthjúpnum. Hversu hátt fer eftir því hvort steinninn sé úr bergi eða málmum. Járnsteinar standast þessi ósköp betur og geta náð dýpra inn í lofthjúpinn en springa samt hátt uppi.

Orkan sem þarf til að tvístra steininum á þennan hátt er sambærileg við nokkrar kjarnorkusprengjur, svipuðum þeim sem varpað var á Híróshíma og Nagasakí. Það kemur kannski á óvart en mælingar benda til að slík sprenging verði að jafnaði einu sinni í mánuði einhvers staðar á jörðinni. Langflestar verða fjarri mannabyggðum.

Höggbylgja og brot sem falla til jarðar

Við ferðalagið í gegnum lofthjúpinn og sprenginguna verður til öflug hljóðhöggbylgja. Hún berst jafnan tveimur til þremur mínútum síðar, allt eftir því í hvaða hæð steinninn er. Í Rússlandi barst hljóðhöggbylgjan þremur mínútum eftir að steinninn sást. Höggbylgjurnar geta komið fram á jarðskjálftamælum og verið mjög hættulegar eins og við sáum í Rússlandi.

Ef steinnin hefur hægt nægilega mikið á sér áður en hann springur geta smærri brot fallið til jarðar. Aftur eiga málmsteinar betri möguleika á því.

Brotin eru ekki ýkja hraðskreið þá. Þau falla álíka hratt og ef þau væru látin falla ofan af hárri byggingu — á um 100 til 200 km hraða á klukkustund eða svo. Vissulega hratt en ekkert í líkingu við upphafshraðann.

Aðeins ein manneskja hefur orðið fyrir loftsteini svo vitað sé. Í Alabama í Bandaríkjunum í nóvember 1954 lá kona að nafni Ann Hodges í sófa heima hjá sér þegar loftsteinn á stærð við múrsteinn sem vó 4 kg féll í gegnum þakið á húsinu hennar, skoppaði af útvarpstæki (skáp) og á hana. Hún slasaðist ekki mikið en var hressilega marin á eftir.

Þann 2. október 1992 kom loftsteinn á stærð við rútu inn í lofthjúpinn yfir Peekskill New York ríki í Bandaríkjunum. Steinninn náðist á mynd og sést tvístrast í loftinu.

Eitt brotið, á stærð við fótbolta, féll á bíl og fór í gegnum skottið á honum. Tryggingarnar bættu ekki tjónið en eigandi bílsins gat selt hann fyrir mikið fé og er hann nú sýningagripur.

Steinarnir eru ekki heitir þegar þeir falla til jarðar og þaðan af síður glóandi; þeir eru volgir í besta falli en oftast kaldir.

Tunguska atburðurinn

Þann 30. júní árið 1908 varð mikil sprenging í óbyggðum Síberíu, nærri Tunguska fljóti. Sprengingunni olli fyrirbæri sem var mjög laust í sér en líklega 60 til 100 metrar í þvermál. Við sprenginguna losnaði orka sem var nokkur hundruð sinnum meiri en í kjarnorkusprengjunni í Híróshíma.

Fjölmörg vitni urðu að sprengingunni sem kom líka vel fram á jarðskjálftamælum. Fólk í nokkur hundruð kílómetra fjarlægð fauk um koll þegar höggbylgjan skall á því.

Sem betur fer gerðist þetta á svæði sem var fjarri mannabyggð. Það er skelfilegt að hugsa til þess ef þetta hefði gerst yfir Moskvu eða London. Borgin hefði hreinlega eyðst og milljónir látið lífið.

Mjög erfitt var og er að komast að staðnum og tók langan tíma. Þegar menn komust loks þangað blasti ekki við þeim gígur heldur höfðu tré á stóru svæði jafnast við jörðu. Höggbylgjan felldi trén, nema þau sem voru beint undir sprengingunni (til að fella trén þarf hliðarkraft).

Smástirnið sem flaug framhjá jörðinni á föstudagskvöldið var af svipaðri stærðargráðu. Búast má við atburði eins og þessum einu sinni á öld eða á nokkur hundruð ára fresti.

Risaeðluárekstur

Hvað um steina sem eru nokkrir kílómetrar að stærð?

Fyrir 65 milljónum ára rakst halastjarna eða smástirni, líklega 10 til 15 km breitt, á jörðina þar sem nú er Yucatán skagi í Mexíkó.

Það er erfitt að gera sér í hugarlund stærðina á þessu ferlíki. Ímyndaðu þér að við stöfluðum 15 Esjum ofan á hverja aðra og við komumst nálægt því.

Árekstrar af þessu tagi verða á nokkurra tuga milljóna ára fresti, ef til vill 100 milljón ára fresti. Sem betur fer. Risaeðlurnar áttu nefnilega mjöööög slæman dag þegar þetta gerðist.

Við innkomuna í lofthjúpinn varð til skelfileg höggbylgja. Nokkur þúsund gráðu heitt loftið kveikti í öllu í margra kílómetra fjarlægð.

Áreksturinn varð í hafi svo risavaxin flóðbylgja, nokkur hundruð metra há, æddi af stað yfir jörðina á næstum 1000 km hraða klukkustund!

Þegar steinninn snerti loks bergið á hafsbotni varð gríðarleg sprenging — margar milljónir megatonna — sem þeytti bráðnu bergi og vatnsgufu til himins.

Strókurinn náði tugi kílómetra upp í himininn, bjartur eins og sólin.

Höggbylgjan drap allt lifandi í mörg hundruð kílómetra fjarlægð. Hinumegin á jörðinni misstu greyið dýrin fótana og heyrnina uns flóðbylgjan sópaði þeim burt.

Gígurinn varð næstum 200 km í þvermál og 30 km djúpur. Sjór flæddi ofan í hann, gufaði upp í miklum sprengingum sem olli enn frekari hörmungum.

Glóandi berg sem hafði þeyst upp í himininn við áreksturinn rigndi aftur niður á jörðina, olli sumstaðar fleiri litlum árekstrum og kveikti í skógum. Sót, aska og ryk þyrlaðist upp í lofthjúpinn sem skyggði á sólina í mörg ár á eftir. Rigningin varð súr. Ósonlagið eyddist.

Í kjölfarið kólnaði jörðin verulega og við tók mikið kuldaskeið sem eirði engu nema allra harðgerðustu plöntum og dýrum. Ekki einu sinni sjávarlífverur áttu sér viðreisnar von.

Chelyabinsk steinninn: Hvað vitum við?

Hvað vitum við um atburðinn í Rússlandi í gær? Í fyrsta lagi er þetta mjög sögulegt. Aldrei áður hefur jafn margt fólk slasast af völdum loftsteinahraps og aldrei hefur orðið viðlíka tjón. Þetta er mesti loftsteinaatburðurinn frá Tunguska árekstrinum árið 1908.

Bill Cooke, loftsteinasérfræðingur hjá NASA, hefur birt bráðabirgðaútreikninga á steininum:

• Steinninn var líklega um 17 metrar að þvermáli og vó 7000 til 10000 tonn

• Hann kom inn í lofthjúpinn á 18 km hraða á sekúndu (50 földum hljóðhraða) sem er í hægari kanntinum.

• Steinninn tvístraðist í 15 til 20 km hæð yfir jörðinni.

• Orkan sem losnaði þegar steinninn sprakk var í kringum 500 kílótonn. Til samanburðar var kjarnorkusprengjan sem varpað var á Híróshíma 16 kílótonn. Loftsteinninn var því tæplega 30 sinnum öflugri. Til samanburðar var Keisarasprengjan (Tsar Bomba), öflugasta kjarnorkusprengja sem sprengd hefur verið, 114 sinnum öflugri (57 megatonn).

Sem betur fer eru atburðir eins og í Chelyabinsk fremur fátíðir. Samt megum við eiga von á einhverju af þessu tagi á nokkurra ára fresti. Síðast gerðist samskonar viðburður yfir Saharaeyðimörkinni í Súdan árið 2008, þó nokkuð minni.

(Tölur uppfærðar 19. feb með nýjustu upplýsingum)

Hafa loftsteinar fallið á Íslandi?

Reiknað hefur verið út að um 20 loftsteinar lendi á hverjum milljón rúmkílómetrum á hverju ári. Árlega ættu því 1 til 2 loftsteinar að lenda á Íslandi (þakka Vilhelm Sigmundssyni stjarneðlisfræðingi fyrir þennan punkt).

Brotin leynast einhvers staðar á landinu þótt þau hafi aldrei fundist. Loftsteinarnir eru jafnan dökkir eins og flest berg á Íslandi svo mjög erfitt er að finna þá.

Margir Íslendingar hafa orðið vitni að mjög björtum vígahnöttum, við þar á meðal. 

Hvað getum við gert?

Stjörnufræðingar og ekki síst stjörnuáhugamenn halda úti verkefnum sem ganga út á að finna öll hættuleg smástirni í nágrenni okkar í geimnum. Ég ætla að skrifa meira um þau síðar enda af nógu að taka og þessi pistill fyrir lifandis löngu orðinn alltof langur.

- Sævar Helgi

Athugasemdir

[Sigurður Þór Guðjónsson, 17.2.2013 kl. 12:39]

Væri nokkuð hægt að gera nema biðja bænirnar sínar ef annar risaeðluloftsteinn stefndi á Atlantshaf? Skemmtilegur og fróðlegur pistill. 

[Emil Hannes Valgeirsson, 17.2.2013 kl. 23:35]

Um að gera að hafa góða pistla langa!

En það mætti líka velta fyrir sér hvaða áhrif 100 metra Tunguska loftsteinn hefði ef hann félli eða springi við Atlantshafið. Eða hvað þyrfti stóran stein til að koma af stað hamfaraflóðbylgju sem næði milli stranda Atlantshafsins.

[Höskuldur Búi Jónsson, 18.2.2013 kl. 11:58]

Frábær pistill, takk fyrir

[Stjörnufræðivefurinn (www.stjornufraedi.is), 18.2.2013 kl. 13:29]

Sigurður. Jú, ætli það ekki bara. Reyndar eru meiri líkur en minni á að við finndum slíkan hnullung í tæka tíð fyrir okkur að reyna að stefna honum frá jörðinni.

[Stjörnufræðivefurinn (www.stjornufraedi.is), 19.2.2013 kl. 17:38]

Emil, miðað við þá útreikninga sem ég hef séð hingað til er ekki víst að Tunguska steinn myndi ná að framkalla nægilega stóra flóðbylgju til þess að hún ylli hamförum, þ.e.a.s. ef við gæfum okkur að steinninn félli í mitt Atlantshafið. Skv. þessum sömu útreikningum myndi 1 km breiður steinn valda 3 til 10 metra flóðbylgju sitt hvoru megin Atlantshafsins, álíka og sú sem flæddi yfir Japan. 1000 km í burtu yrði hún 18 metrar.

Risaeðluárekstur í mitt hafið ylli um 300 metra hárri flóðbylgju sitt hvoru megin Atlantshafsins! Hún yrði meira en 500 metrar 1000 km í burtu frá árekstrinum.