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Meteoroiden durchlaufen 7 Phasen, bevor sie die Erde treffen
Raumgestein verdampft beim Eintritt in die Erdatmosphäre nicht einfach. Die Auswertung von 75 dokumentierten Meteoritenfällen zeigt sieben wiederkehrende Phasen, in denen zunächst Schmelzen und später Fragmentierung den Massenverlust und die Abbremsung prägen. Das Muster könnte helfen, auch die Wirkung kleinerer gefährlicher Asteroiden besser abzuschätzen, wobei die Übertragung auf größere Körper noch überprüft werden muss.
Mountain View (U.S.A.). Ein Meteor ist die Leuchterscheinung eines Meteoroiden beim Atmosphäreneintritt, doch der kosmische Brocken verdampft dabei keineswegs einfach, denn Stoßwelle, Erwärmung, Schmelzen, Luftdruck und Brüche verändern ihn innerhalb weniger Sekunden. Welche Prozesse dabei wann dominieren, war bislang nur teilweise in einem einheitlichen Ablauf beschrieben.
Das ist nicht nur für die Suche nach Meteoriten wichtig, denn Lichtkurven und Geschwindigkeitsprofile zeigen, in welcher Höhe ein Körper Energie abgibt, wann er zerbricht und wie weit Fragmente gestreut werden. Solche Zusammenhänge sind auch für die planetare Abwehr wichtig, weil größere feste Asteroiden in der Atmosphäre als Luftdetonation zerbersten können.
Forscher des SETI Institute um Dr. Peter Jenniskens haben nun Lichtkurven und Geschwindigkeitsprofile von 75 kameradokumentierten Meteoritenfällen zusammengeführt, wobei einige Messreihen aus Fachpublikationen stammten und andere aus Fotos und Videos rekonstruiert wurden. Alle untersuchten Ereignisse endeten mit geborgenen Meteoriten, sodass sich das Verhalten in der Atmosphäre mit den Eigenschaften der gefundenen Gesteine vergleichen ließ.
Die Lichtkurven lassen sich in sieben wiederkehrende Phasen gliedern, die vom ersten schnellen Aufleuchten über eine Phase zunehmender Helligkeit und ein Plateau bis zu mehreren Bruchereignissen und dem anschließenden Dunkelflug reichen. Die Forscher deuten diese Abfolge als Zusammenspiel von Rotation, Schmelzen, Strömungseffekten, Rissen und wachsendem dynamischem Druck.
„Früher dachten wir, dass feste Gesteinsbrocken durch die enorme Hitze und das helle Licht verdampfen würden, die beim Zusammenstoß mit der Luft entstehen. Stattdessen haben wir festgestellt, dass zunächst das Schmelzen und dann die Fragmentierung bestimmen, wie ein Gestein Masse verliert“, erklärt Dr. Peter Jenniskens.
In Phase eins beginnt der Meteoroid hoch in der Atmosphäre rasch zu leuchten, was die Autoren auf die Erwärmung der Oberfläche und Emissionen aus der Stoßwelle zurückführen. In der zweiten und dritten Phase nimmt die Helligkeit weiter zu, wobei periodische Schwankungen bei manchen Fällen auf die Rotation des Körpers hindeuten.
Mit Phase drei setzt nach der Interpretation des Teams das starke Schmelzen ein, während der Feuerball in Phase vier ein Helligkeitsplateau erreicht, das die Forscher mit einem Schmelzgleichgewicht verbinden. Bei etwa zwei Dritteln der ausgewerteten Fälle verlor der Hauptkörper während dieser Plateauphase mindestens 40 Prozent seiner Masse, während die Geschwindigkeit zunächst meist nur allmählich abnahm.
„Im Labor können wir nicht die Strahlungsmenge erzeugen, die bei einem natürlichen Atmosphäreneintritt mit diesen Geschwindigkeiten auftritt. Gestein könnte stattdessen stark fragmentieren und erodieren, doch dann würden wir die beobachteten systematischen Muster beim Aufhellen der Feuerbälle nicht erwarten“, sagt Eric Stern von Hyperspace Technologies, Inc.
In Phase fünf ändert sich das Verhalten deutlich, weil wachsender dynamischer Druck und thermische Spannungen vorhandene Schwachstellen und Risse aufbrechen lassen. Einzelne Fragmente erscheinen nun im Nachlauf und der verbleibende Hauptkörper wird stärker abgebremst, wobei der Druck beim Beginn der Fragmentierung mit der Zugfestigkeit der geborgenen Meteoriten zusammenhängt.