Tunguska
Explosion 1908: Bietet unsere Atmosphäre Schutz vor Meteoriteneinschlägen?
Dr. Stephan Lenzner
Berlin
Schilderung
des historischen Ereignisses
Ereignis
als Meteoriteneinschlag
Physikalische
Modelle
Meteoriteneinschläge
anderer Grössenklassen
Mögliche
Abwehrmassnahmen
1.
Schilderung des historischen Ereignisses
-
30.Juni 1908: Weissleiuchtender
Feuerball über sibirischer Taiga, Massive Luftexplosion in ca.
8 km
Höhe (Bild
, Bild )
-
Verwüstung von ca. 2000
km^2 Waldgebiet durch Hitze- und Druckwelle (Verbrannte und umgeknickte
Bäume, ( Bild Bild Bild
Bild )
-
Geschätzte Energie:
Mehrere Megatonnen TNT (H-Bombe)
-
Nur zwei Todesopfer, da Gebiet
unbesiedelt
-
60km Entfernung: Fester gehen
zu Bruch, Menschen erleiden Brandverletzungen
-
300 km: Notbremsung der transsibirischen
Eisenbahn wegen Erschütterungen
-
Messung von seismischen Erschütterungen
und Luftdruckwelle in Moskau, St. Petersburg, London , Washington D.C
-
Lichterscheinungen am Nachthimmel
in ganz Europa in Tagen danach (leuchtende Wolken, Nordlichtphänomene)
-
Expedition ins Katastrophengebiet
von E.Kulik wegen politischen Umwälzungen und WWI erst 1927 unternommen
-
Kein Einschlagskrater gefunden
2.
Ereignis als Meteoriteneinschlag
-
Wegen
fehlenden Einschlagskrater: Spekulation über Ursache der Explosion
bis in 1980'er Jahre (Antimaterie, schwarzes Miniloch, ausserirdisches
Raumschiff)
-
Heutige
Erklärung: Einschlag eines steinigen Asteroiden, d=50 Meter, v=15
km/sec, -45° Eintrittswinkel, Energie ca. 5 Megatonnen (400x Hiroshima
Bild
)
-
Asteroid
in Atmosphäre gestoppt und explodiert
-
Kategorien
von Einschlagskörpern: Asteroiden Kometen solare
Ursprünge
-
Was
bringt Asteroiden aus Hauptgürtel auf Kollisionskurs mit Erde?
-
Einschläge
erzeugen meistens Krater (Bild Bild)
-
Planet
mit
Atmosphäre: Einschlagskörper kann in Atmoshäre zerbrechen
und verdampfen, Energie wird dann als Explosion in die Planetenatmosphäre
abgegeben
-
Einschläge
der Kometenfragmente Shoemaker-Levi 9 auf Jupiter Juli 1994 (Bild Bild Bild Bild)
-
Venus:
Nur große Krater wegen dichter Atmosphäre ( Bild)
3.
Physikalische Modelle
-
Physikalische
Modelle sind niemals "letzte Wahrheit" sondern "Landkarten" der Wirklichkeit
-
Prozesse
beim Eintritt eines Einschlagskörper in Erdatmosphäre: Staudruck,
Verformung, Zerbrechen, Verdampfung, Explosion, Schockwelle (Bild)
3.1
Tropfenmodell
-
Einfachstes
Modell zur Abschätzung der Fragmentation und Eindringtiefe eines Einschlagskörper
in der Atmosphäre (Bild)
Geschätzte Eindringtiefen
verschiedener Einschlagskörper in der Erdatmosphäre (Tropfenmodell)
| Durchmesser |
10
m |
100
m |
1000
m |
| Eis |
0.63 km |
6.3 km |
63 km |
| Stein (Granit) |
1 km |
10 km |
100 km |
| Eisen |
1.8 km |
18 km |
180 km |
-
Nicht
berücksichtigt: Festkörpereigenschaften, Verdampfung, Dichte
der Atmosphäre nicht konstant
-
Effektive
Dicke der Erdatmosphäre 10 km
-
Abschätzung
liefert untere Grenze für Eindringtiefe
3.2
Expandierende Gasblase
-
Einschlagskörper
als expandierend Gasblase, die sich durch Atmosphäre mit variabler
Dichte bewegt (Bild
, Bild)
-
Expansion
des Randes der Gasblase wird über Staudruck berechnet
-
Variable
Grösse der Blase beeinflusst die Bewegung des Schwerpunkts
-
Bewegung
endet wenn Expansionsgeschwindigkeit der Blase gleich Schwerpunktgeschwindigkeit
oder Schwerpunktgeschwindigkeit kleiner Schallgeschwindigkeit (Luftexplosion)
(Formel)
Simulation:
Durchmesser 50 Meter, Granit, 15 km/sec, 100 km Starthöhe, -45°
3.3
Numerische Simulationen
-
Lösung
der Erhaltungsgleichungen von Masse, Energie und Impuls auf Gitter (Formel,
Bild
, Bild)
-
Anfangs-
und Randbedingungen
-
Multimaterialcode
mit Zustandsgleichung für Luft sowie für verschiedene Materialien
der Einschlagskörper (Eis, Granit, Basalt, Eisen)
-
Dichte
Tunguska (50 Meter) (Film, Film)
-
Dichte
Ries (1 km) (Film)
4.
Meteoriteneinschläge anderer Grössenklassen
-
Nördlinger
Ries vor 15 Mio. Jahren, 1km gross (Bild
Bild )
-
Kreide-Tertiär
Einschlag vor 65 Mio. Jahren, 10 km gross ("Saurierkiller") (Bild)
-
Grosser
Einschlag: EMP, Erdbeben, kontinentaler Megaorkan, kontinentaler(weltweiter)
Feuerregen, Megatsunamis,Verdunkelung des Himmels, Klimaschock (Eiszeit)
-
Häufigkeit
von Meteoriteneinschlägen (Bild)
|
Durchmesser (Meter) |
Energie (MTNT) |
Häufigkeit (Jahre) |
Todesopfer |
| Zerbrechen in Hochatmosphäre |
<50 |
<9 |
1 |
Null |
| Tunguska-Typ |
50-300 |
9-2000 |
100-3000 |
max. 20*10^6 |
| kontinentale Katastrophe |
300-1000 |
2000-10^6 |
3000-10^6 |
max. 30% Wbv |
| globale Katastrophe |
1000-5000 |
10^5-10^7 |
10^6-10^7 |
max. 70% Wbv |
| "Weltuntergangs-Typ" |
>10000 |
10^8 |
10^8 |
100% Wbv |
5.
Mögliche Abwehrmassnahmen
-
Einschlagskörper
zu klein: Meistens zu spät erkannt bei Stand gegenwärtiger Beobachtungstechnik
(Tunguska könnte sich auch heute jederzeit überall ohne Vorwarnung
wiederholen)
-
Einschlagskörper
zu gross (z.B. 5 km und mehr) oder bei drohender Kometenkollision:
Beim
heutigen Stand der Raumfahrt- und Waffentechnik keine Abwehr möglich
-
Prinzipielle
Abwehr heute nur bei Einschlagskörpern mittlerer Grösse (100m-2km)
denkbar
-
Weltraummission
"Deep Impact" Juli 2005 ( Bild )
-
Effektivste
Methode: Nuklearsprengung im Inneren des Einschlagskörpers führt
zur Ablenkung aus dem Kollisionskurs ( Bild )
. Mission sehr aufwendig !
-
Dilemma:
Bei grosser Vorwarnzeit ist Einschlag nicht sicher (Einschlagswahrscheinlichkeit),
bei zu kleiner Vorwarnzeit ist Missionsvorbereitung und Ausführung
unmöglich
Ablenkung eines 1km
Granitasteroiden durch 1 MT Nuklearsprengung bei v=10 km/sec
| M/m |
10 |
100 |
1000 |
| s [Erdradien] |
3000 |
89000 |
28000 |
| t [Tagen] |
22 |
65 |
204 |
