Kuudes asteroidin törmäys, jonka törmäys ennakoitiin

Marraskuun 19. asteroidista 2022 WJ1 tuli yksi monista pienistä asteroideista, jotka osuivat Maahan. Se oli kuitenkin vasta kuudes, jonka havaitsimme ennen törmäystä vuodesta 2008 alkaen. Ennustettu törmäys oli jo toinen tänä vuonna, jossa pysyttiin ennustamaan asteroidin törmäys. Edellisen kerran näin tapahtui viime maaliskuussa. 

Asteroidi 2022 WJ1 oli yksi monista pienistä asteroideista, jotka iskeytyvät Maahan, mutta oli vasta kuudes, jonka havaitsimme ennen törmäystä. Kuva ESA/ R. Weryk.

Ilmakehään saapunut noin 1 metrin asteroidi ei aiheuttanut vahinkoa ja tuhoutui taivaalla Toronton yläpuolella. Tämän asteroidin havaitseminen, varoitus ja ennakkohavainnot kuvaavat nopeasti kasvavaa kykyämme varoittaa asteroidin törmäyksistä, olipa se kuinka pieni tahansa.

Ensimmäinen havainto asteroidi 2022 WJ1 tehtiin Catalina Sky Surveysta – yhdestä maapallon lähelle tulevien kohteiden (NEO) löytämiseen ja seurantaan omistetusta projektista – kello 04.53 UTC 19. marraskuuta. 2022, vajaat neljä tuntia ennen sen saapumista maapallon ilmakehään.

Asteroidin 2022 WJ1 rata sen saapuessa maapallon ilmakehään.

Uusi asteroidi kuvattiin ensin Catalinan 1,5 metrin korkeudella Lemmon -vuorella ja neljän havaintoa myöhemmin siitä raportoitiin Minor Planet Centerille (MPC), 38 minuuttia ensimmäisen havainnon jälkeen, kello 05.31 UTC.

Nämä neljä havaintoa riittivät kartoittamaan asteroidin reitin taivaalla, ja muutaman minuutin kuluessa tämän "astrometrian" julkaisemisesta ESAn oma sisäinen valvontaohjelmisto ilmoitti, että kohteella oli noin 20 %:n mahdollisuus törmätä Maahan ja mahdollisesti osua johonkin Pohjois-Amerikassa seuraavien kahden tai kolmen tunnin aikana. Muutamaa minuuttia myöhemmin myös muut törmäysten seurantaohjelmat lähettivät hälytyksiä, jotka esittivät samanlaisen skenaarion.

Mahdollisten törmäysilmoitusten jälkeen tarkkailijat Catalinassa ja muualla Yhdysvalloissa saivat seurantahavaintoja uudesta asteroidista. Alle 30 minuuttia alkuperäisestä ilmoituksesta isku vahvistettiin erinomaisella tarkkuudella: pieni asteroidi, jonka halkaisija todennäköisesti oli alle metri, tulisi törmäämään jonnekin Erie-järven ja Ontariojärven väliin, lähellä Yhdysvaltain ja Kanadan rajaa, noin kello 08.27 UTC.

Täsmälleen ennustettuun aikaan noin 1 metrin asteroidi syöksyi ilmakehään, ja siitä tuli loistava tulipallo odotetun paikan yläpuolella. 

Asteroidin törmäys: mikä on riski?

Aurinkokunnan muodostumisen vuoksi pienet asteroidit (meteoroidit) ovat runsaimpia kaikista Aurinkoa kiertävistä kappaleista. On arvioitu, että pieniä asteroideja on 40-50 miljoonaa, joista "vain" 1 000 suurinta on jatkuvassa tarkkailussa. Loput jäävät jonnekin havaitsematta.

Tunnemme tällä hetkellä yli 1,1 miljoonan asteroidin radat, vaikka niitä on hyvin paljon enemmän. Löydetyistä noin 30 600 on kiertoradalla, joka tuo ne lähelle Maan kiertorataa. Nämä ovat "Near-Earth asteroids" (NEA) – Maata lähestyviä asteroideja.

Rauhoittava uutinen on, että lähes kaikki suuret asteroidit on löydetty – yli 95 % – eikä mikään ole törmäyskurssilla seuraavan sadan vuoden aikana. Tähtitieteilijät kuitenkin etsivät väsymättä viimeisetkin niistä.

Pieniä, noin metrin kokoisia asteroideja iskeytyy Maan ilmakehään parin viikon välein. Niitä kuitenkin kulkee maapallon ohi joka päivä, joskus useampikin. Läheltä ohittavat asteroidit lisäävät ymmärrystämme näistä pienten kappaleiden muodostamasta populaatioista. Ne eivät kuitenkaan ole suuri prioriteetti planeetan puolustuksessa, koska ne eivät aiheuta todellista vaaraa.

Kohteet, joista olemme eniten huolissamme, ovat ne "kultakutriasteroideja", jotka ovat riittävän suuria aiheuttamaan vahinkoa törmäyksessä. Niitä on valitettavasti tarpeeksi, että tiedämme niiden joskus törmäävän maapalloon. Pahamaineinen Tšeljabinskin törmäys helmikuussa 2013 ja Tunguskan törmäys kesäkuussa 1908 kuuluvat tähän luokkaan, ja näiden asteroidien löytämisessä on vielä paljon tehtävää. Siksi ESAn Planetary Defence Office (planeettapuolustustoimisto) suunnittelee uusien kaukoputkien rakentamista eripuolille maapalloa ja vastaavia tehtäviä avaruuteen parantaakseen asteroidien havaitsemiskykyämme.

Miksi meteoroidi pirstoutuu ilmakehässä?

Tseljabinskin meteoroidi jätti jälkeensä komea tiivistymisvanan.
Kuva Wikimedia Commons.

Professori Jay Melosh’in^[1] johtama tutkimusryhmä on selvittänyt tietokonemalleilla kuinka ja miksi Tšeljabinsk’in^[2][3] yllä ilmakehään tunkeutunut meteoroidi pirstoutui. 

Luonnollisesti sama mekanismi hieman varioiden toimii kaikkiin avaruudesta ilmakehään tunkeutuvissa luonnollisissa kappaleissa. Tšeljabinskissa avaruudesta ilmakehään syöksyneen meteoroidin massa^[4] oli arviolta noin 10 000 tonnia ja siitä maanpinnalle päätyi noin 0,1 % eli hieman alle tuhat kiloa.

Tutkimuksen mukaan suurin syy pirstoutumisen on kappaleeseen suurella paineella tunkeutunut ilma. Avaruudessa olevat meteoroidit ovat luonnostaan huokoisia jopa niin, että yli 20 % niiden tilavuudesta on suurempia ja pienempiä onkaloita. Osa huokosista on yhteydessä toisiinsa. Huokoisuuden lisäksi kiviaines on luonnostaan haurasta.

Tšeljabinsk in meteoroidin nopeus ilmakehään tullessa oli yli 50-kertainen äänennopeuteen verrattuna, joten kappale muodosti eteensä (ilman kompressoituessa) sokkiaallon, joka levisi äänennopeudella ympäristöön. Sokkiaallon ja meteoroidin pinnan rajapinnassa paine nousu hyvin suureksi, jolloin ilmaa tunkeutui meteoroidiin huokosten kautta. Vastaavasti jättöpuolella meteoroidia oli täydellinen tyhjiö. Paine-ero meteoroidin sisäisen paineen ja etenkin jättöpuolen välillä johti kappaleen räjähdyksen kaltaiseen pirstoutumiseen.

Varsinainen hajoaminen tapahtui noin 15 – 20 km korkeudessa^[5] ja kappaleen liikerata oli lähes maanpinnan suuntaista. Näin ollen ympäristöön levinnyt sokkiaalto aiheutti maanpinnalla tuhoa laajalla alueella rikkomalla ikkunoita ja sortuipa yksi tehdasrakennuksen seinä äkillisestä paineesta.

Tutkimuksessa ei selvitelty sitä, kuinka kompressoituneen ilman aiheuttama kuumuus ja sen vaikutuksesta pinnan sulaminen ja ablaatio (haihtuminen)^[6] vaikuttivat ilmapaineen tunkeutumiseen meteoroidin sisään. Ainakin pienemmissä kappaleissa olettaisi sillä olevan suuri merkitys.

Huomautus

[1] Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences at Purdue University.

[2] 15.2.2013

[3] Venäjällä

[4] Meteoroidin alkuperäiseksi kooksi arvioitiin 17–20 m.

[5] Pirstoutumiskorkeudesta on useita eriäviä käsityksiä eri lähteissä. Ilmeisesti isompien kappaleiden irtoaminen johti siihen, että meteoroidin kappaleet pirstoutuivat eri korkeuksilla. Vastaavasti yliäänipamauksia kuultiin useita perättäisiä, joskin jotkut niistä olivat varmaankin heijastumia rakennuksista.

Meteoroidin pirstoutumiskorkeuteen vaikuttaa nopeuden ja koon lisäksi kappaleen lujuus, materiaali ja sen huokoisuus. Lisäksi pirstoutumiskorkeuteen vaikuttavat saapumiskulma ja mahdolliset avaruudessa syntyneet halkeamat ja murroslinjat. Lisäksi kosmisen säteilyn aiheuttamat kiderakenteen virheet ja rapautumiset vaikuttavat kappaleen lujuuteen ja kestävyyteen.

[6] Ablaatio poisti meteoroidin massasta 99,9 % ennen kuin se saavutti maapinnan

Lähde

M.E. Tabetah & H.J.Melosh; Air penetration enhances fragmentation of entering meteoroids; Meteor & Planetary Science, 11.12.2017 onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.13034/full

Asteroidit ovat luultua suurempi uhka

Tšeljabinskin meteorin jättövana noin
20 km korkeudella.
Kuva Wikimedia Commons.

Tiedelehti Nature’sssa äskettäin julkaistu tutkimus ^[1] osoittaa, että Tšeljabinskin meteorin tapaiset pienehköt asteroidit ^[2] Maan radan tuntumassa ovat yleisempiä kuin mitä on pystytty havaitsemaan.

Tutkimusryhmä kokosi havaintonsa USAn infra-ääniä havaitsevan valvontaverkoston kokoamasta aineistosta yli 20 vuoden ajalta. Tulosten mukaan maapallon ilmakehään syöksyi tänä aikana vähintään kuusikymmentä noin 20 m kokoluokkaa olevaa asteroidia. Määrä on kolminkertainen aikaisempiin havaintoihin verrattuna.

Ilmakehään syöksyvien kappaleiden havaitseminen ei ole kovinkaan helppoa maapallon pinnanmuodostuksen vuoksi. Maapallon meret kattavat ¾ koko pinta-alasta ja maan osuudestakin suuri osa on harvaan asuttua tai asumattomia alueita. Tästä syystä asteroidien syöksyjä ei havaita kuin hyvin harvoin.

Aikaisemmin arvioitiin, että pienten asteroidien törmäyksiä sattuisi kerran 150 vuodessa, Tunguskan ^[3] kokoisia kerran tuhannessa vuodessa. Nyt siis arviota on täytynyt korjata ja tutkimustuloksen mukaan näyttäisi siltä, että asteroideja törmäisi maapallon ilmakehään noin 30 vuoden välein (tilastollinen keskiarvo).

Toisessa tutkimuksessa (joka myös julkaistiin Naturessa) päädyttiin tulokseen, että Tšeljabinskin meteorin rata oli hyvin lähellä 86039-asteroidin rataa. Asteroidi on noin 2 km kokoinen. Vaikka radat ovat samankaltaiset, se ei vielä kuitenkaan ole täysin varma osoitus kappaleiden yhteisestä alkuperästä. Ajatus asteroidista irronneesta pienestä kappaleesta ei kuitenkaan ole kaukana.

 Huomautukset

[1] Tutkimusryhmää johti professori Peter Brown Länsi-Ontarion yliopistosta.

[2] Asteroidien koon alarajaa ei ole määritetty, joten jotkut käyttävät yli 1 metrin kokoluokkaa oleville kappaleille nimitystä "asteroidi". Nimistön käyttö on kuitenkin horjuvaa, välillä kappaleita kutsutaan meteoroideiksi, meteoriiteiksi ja välillä asteroideiksi.

Fysiikkaan perustuvaa tukea tämä  käytäntö ei saa, sillä aikaisempien tutkimusten mukaan noin 150 m kokoiset tai sitä pienemmät kappaleet ovat yleensä yhdestä kappaleesta koostuvia, kun taas suuremmat kappaleet ovat kasa erikokoisia kiviä, jotka pysyvät yhdessä gravitaationsa vaikutuksesta. Rajaa suuremmat kappaleet pyörivät itsensä ympäri hitaasti, korkeintaan viisi kierrosta vuorokaudessa. Pienemmät kappaleet voivat pyöriä nopeammin, mutta tutkimuksia tästä on hyvin vähän.

[3] Kesäkuun 30 päivänä vuonna 1908 törmäsi Siperiaan Tunguskan alueelle arviolta noin 50 metrinen kappale, jota on epäilty pieneksi komeettaytimeksi. Kappale tuhoutui ilmakehässä noin 10 km korkeudella, mutta paineaalto kaatoi metsää noin 2000 km² alueelta ja sytytti sen tuleen.