При входе в атмосферу Земли космическая порода не распадается полностью от горения. Новое исследование проанализировало 75 случаев падения метеоритов, зафиксированных на изображениях и видео, и смогло картировать семь различных стадий этого процесса. Ученые пришли к выводу, что фрагментация и плавление имеют решающее значение как для потери массы, так и для снижения скорости пород до удара о землю.
Согласно результатам, материал претерпевает различные изменения при прохождении через все более плотные слои атмосферы. Сначала порода начинает излучать свет, теряет часть своей массы, плавится, распадается на фрагменты, а затем замедляется настолько, что прекращает свечение. Цикл завершается, когда остатки достигают земли в виде метеоритов.
Первая стадия происходит на больших высотах атмосферы, где воздух уже имеет достаточную плотность для создания ударной волны перед объектом. Столкновения с молекулами воздуха нагревают как тело, так и окружающий газ, вызывая свечение, известное как метеорит или «падающая звезда». По мере снижения породы увеличение плотности атмосферы усиливает это явление.
На второй фазе некоторые метеориты демонстрируют периодические колебания яркости, что объясняется вращением самого объекта. Среди изученных случаев те, которые вращались быстрее, совершали оборот через интервалы от 0,5 до 5 секунд. Затем, на третьей стадии, метеорит превращается в огненный шар, в этот момент плавление становится основным фактором уменьшения массы.
На высоте около 60 километров над поверхностью порода достигает четвертой фазы, входя в состояние равновесия плавления. В этой точке ее свечение остается постоянным или медленно увеличивается. На этой стадии объект может потерять до 40% своей массы исключительно из-за плавления, вызванного проникновением в атмосферу.
Пятая фаза начинается, когда атмосферное давление увеличивается настолько, что вызывает разрушение породы. Исследователи заметили, что фрагментация начинается, когда фронтальное давление достигает всего около пятой части сопротивления, зарегистрированного у метеоритов, найденных на Земле. Нагрев и трещины, накопленные во время предыдущих столкновений в космосе, могут объяснить эту меньшую устойчивость.
Когда от породы отделяются куски, объект уменьшает свой размер и замедляется быстрее. Если задняя часть остается целой, она создает зону низкого давления, которая способствует притяжению мелких фрагментов. Как следствие, эти частицы имеют тенденцию приземляться в ограниченной области.
На шестой стадии задняя часть наконец разрывается. Эта фрагментация вызывает финальную вспышку и выбрасывает частицы с более высокой относительной скоростью. Поскольку порода уже замедляется, эти последние вспышки обычно имеют красноватый оттенок, отличный от ранее наблюдаемого зеленого.
На седьмой стадии плавление и фрагментация продолжаются до тех пор, пока последние остатки не снизят свою скорость до точки прекращения свечения. Плавление прекращается, образуя тонкую плавильную корку на поверхности фрагментов. После этого ветер может изменить траекторию этих потемневших частиц, прежде чем они достигнут земли.
Исследователи также использовали 75 проанализированных событий для сравнения различных типов метеоритов и определения высот, на которых каждый материал проходит семь стадий. Исследование также способствует пониманию поведения более крупных пород, включая астероиды с потенциалом атмосферного взрыва. По мнению экспертов, астероиды размером до нескольких десятков метров также могут состоять из твердой породы и проходить аналогичные процессы при входе в атмосферу. Астероид размером примерно 20 метров, который взорвался над Челябинском в России в 2013 году, прошел бы эти же стадии перед событием «воздушного взрыва».