science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Wat geeft meteorieten hun vorm? Nieuw onderzoek onthult een Goudlokje-antwoord

Meteoroïden die uit de ruimte komen, zijn willekeurig gevormd, maar veel van deze die als meteorieten op aarde landen, blijken in kegels te zijn uitgehouwen. Om de krachten te onderzoeken die kegelvormige meteorieten produceren, onderzoekers repliceerden meteoroïden die door de ruimte reizen:kleiobjecten, vastgemaakt aan een staaf, dienden als 'schijnmeteorieten' die eroderen terwijl ze door water bewegen. Krediet:NYU's Applied Mathematics Laboratory

Meteoroïden die uit de ruimte komen, zijn willekeurig gevormd, maar veel van deze die als meteorieten op aarde landen, blijken in kegels te zijn uitgehouwen. Wetenschappers hebben nu ontdekt hoe de fysica van de vlucht in de atmosfeer tot deze transformatie leidt.

de progressie, ontdekt door een reeks replicatie-experimenten in het Applied Mathematics Lab van de New York University, omvat smelten en erosie tijdens de vlucht, wat uiteindelijk resulteert in een ideale vorm terwijl meteoroïden door de atmosfeer slingeren. De bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) .

"Slanke of smalle kegels draaien om en tuimelen, terwijl brede kegels fladderen en heen en weer wiegen, maar we ontdekten dat daartussen kegels zitten die perfect recht vliegen met hun punt of top naar voren, " legt Leif Ristroph uit, een assistent-professor aan het Courant Institute of Mathematical Sciences van de NYU, die de studie leidde. "Verbazingwekkend, deze 'Goldilocks'-kegels met de 'precies juiste' hoeken komen exact overeen met de vormen van geërodeerde klei die het resultaat zijn van onze experimenten en van echte kegelvormige meteorieten."

"Door te laten zien hoe de vorm van een object zijn vermogen om recht te vliegen beïnvloedt, onze studie werpt enig licht op dit al lang bestaande mysterie over waarom zoveel meteorieten die op aarde aankomen kegelvormig zijn, " hij voegt toe.

De krachten achter de eigenaardige vormen van meteorieten, dat zijn meteoren of "vallende sterren" die de vurige vlucht door de atmosfeer overleven en op aarde landen, lang een mysterie geweest.

"De vormen van meteorieten zijn niet zoals ze zijn in de ruimte, omdat ze echt gesmolten zijn, geërodeerd, en hervormd door atmosferische vlucht, " legt Ristroph uit. "Hoewel de meeste meteorieten willekeurig gevormde 'blobs' zijn, ' verrassend veel - sommigen zeggen ongeveer 25 procent - zijn 'georiënteerde meteorieten, ' en complete voorbeelden hiervan zien er bijna uit als perfecte kegels."

Om de krachten te onderzoeken die kegelvormige meteorieten produceren, de onderzoekers, waaronder Jun Zhang, een professor in natuurkunde en wiskunde aan het Courant Institute en NYU Shanghai, gerepliceerde meteoroïden die door de ruimte reizen:voorwerpen van klei, vastgemaakt aan een staaf, dienden als "schijnmeteorieten" die eroderen terwijl ze door water bewegen.

De kleivoorwerpen die in de waterstroom werden vastgehouden, werden uiteindelijk uitgehouwen in kegels met dezelfde hoekigheid als kegelvormige meteorieten - niet te slank en niet te breed.

Echter, de onderzoekers erkenden de beperkingen van dit experimentele ontwerp:in tegenstelling tot de klei-objecten, werkelijke vliegende meteoroïden worden niet in een vaste positie gehouden en kunnen vrij roteren, tuimelen, en draaien. Dit onderscheid riep de volgende vraag op:waardoor kunnen meteorieten een vaste oriëntatie behouden en de aarde met succes bereiken?

Het team, waaronder ook Khunsa Amin en Kevin Hu, beide NYU-studenten, en Jinzi Huang, een NYU-promovendus op het moment van het werk, voerden vervolgens aanvullende experimenten uit waarin ze onderzochten hoe verschillend gevormde kegels door water vielen. Hier ontdekten ze dat smalle kegels omslaan terwijl brede kegels fladderen. Echter, tussen deze twee bevinden zich "precies goed" kegelvormen die recht vliegen.

"Deze experimenten vertellen een oorsprongsverhaal voor georiënteerde meteorieten:de zeer aerodynamische krachten die meteoroïden tijdens de vlucht smelten en hervormen, stabiliseren ook hun houding, zodat een kegelvorm kan worden gesneden en uiteindelijk op aarde arriveert, " merkt Ristroph op. "Dit is een andere interessante boodschap die we leren van meteorieten, die wetenschappelijk belangrijk zijn als 'buitenaardse bezoekers' van de aarde, wiens samenstelling en structuur ons vertellen over het universum."