اصطدام كويكب
اختر الحجم والمادة والسرعة والزاوية، واشعر بالطاقة بالجول وميغاطن من TNT.
اختر الحجم والمادة والسرعة والزاوية. الكلمة الأولى للغلاف الجوي: الأجرام الصغيرة الهشّة تنفجر في السماء، والكبيرة أو الصلبة تخترقه، ثم تتحوّل الطاقة إلى كرة نارية وموجة عصف وفوهة. كل رقم هنا مأخوذ من المعادلات المنشورة لبرنامج Earth Impact Effects Program.
الأرقام الصغيرة: الكثافة بوحدة كغ/م³.
11 كم/ث أبطأ سرعة ممكنة (سرعة الإفلات من الأرض)؛ و72 كم/ث سرعة مذنّب ذي مدار تراجعي يصطدم وجهًا لوجه.
تُقاس من الأفق: 90° تعني سقوطًا عموديًا. و45° هي الزاوية الأكثر احتمالًا.
حلقات الدمار بالمقياس الحقيقي
انقر على الخريطة أو اسحب عليها — أو استخدم المنزلق — لتعرف الآثار عند أي مسافة.
- الفوهة 2.4 كم
- الكرة النارية 3.5 كم
- اشتعال الملابس 28 كم
- حروق من الدرجة الثالثة 42 كم
- حروق من الدرجة الثانية 54 كم
- 20 psi · تدمير المباني الخرسانية 24 كم
- 5 psi · انهيار معظم المنازل 48 كم
- 1 psi · تحطّم النوافذ 130 كم
على بُعد 53 كم من نقطة الصفر
- تسبّب الحرارة حروقًا من الدرجة الثانية
- يحطّم العصف زجاج النوافذ
- ذروة الضغط الزائد
- 28 كيلوباسكال
- ذروة سرعة الرياح
- 60 م/ث
- الحرارة (الإشعاع الحراري)
- 860 كيلوجول/م²
- طبقة المقذوفات
- 1.6 سم
مقطع عرضي للفوهة (مقياس حقيقي 1:1)
ترتدّ أرضية الفوهة المعقّدة: قاع مسطّح وجدران مدرّجة وقمة مركزية (الشكل تخطيطي؛ القطر والعمق من النموذج). وبالمقياس الحقيقي تبدو الفوهات الكبيرة ضحلة على نحو مدهش.
الحجم بالمقياس
الآثار بحسب المسافة
| المسافة | ذروة الضغط الزائد | ذروة سرعة الرياح | الحرارة (الإشعاع الحراري) | طبقة المقذوفات | ماذا يحدث |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 كم | 4.1 ميغاباسكال | 1,600 م/ث | 110 ميغاجول/م² | 19 م | تُشعل الحرارة الملابس يدمّر العصف المباني من الخرسانة المسلّحة |
| 10 كم | 870 كيلوباسكال | 700 م/ث | 26 ميغاجول/م² | 2.4 م | تُشعل الحرارة الملابس يدمّر العصف المباني من الخرسانة المسلّحة |
| 20 كم | 190 كيلوباسكال | 280 م/ث | 6.5 ميغاجول/م² | 30 سم | تُشعل الحرارة الملابس يدمّر العصف المباني من الخرسانة المسلّحة |
| 50 كم | 32 كيلوباسكال | 66 م/ث | 980 كيلوجول/م² | 1.9 سم | تسبّب الحرارة حروقًا من الدرجة الثانية يحطّم العصف زجاج النوافذ |
| 100 كم | 10 كيلوباسكال | 22 م/ث | 190 كيلوجول/م² | 2.4 مم | يحطّم العصف زجاج النوافذ |
العصف: مطابقة Collins et al. (2005) لبيانات اختبار بقدرة 1 كيلوطن (Glasstone & Dolan 1977)، مع التدريج بالجذر التكعيبي للطاقة. الحرارة: يتحوّل 0.3% من الطاقة إلى إشعاع؛ وتزداد عتبات الحروق والاشتعال بنسبة E^(1/6). المقذوفات: سُمك الطبقة التي تسقط عند تلك المسافة.
كيف يعمل النموذج
الطاقة الحركية للكويكب هي E = (π/12) ρ L³ v²، حيث ρ الكثافة وL القطر وv السرعة. والميغاطن الواحد من TNT يساوي 4.184 × 10¹⁵ جول.
في أثناء الهبوط يضغط الهواء على مقدّمة الجرم بضغط يقارب ρ_air v². وما إن يتجاوز هذا الضغط متانة الجرم حتى يتفتّت؛ فتتسطّح سحابة الشظايا كالفطيرة، وإذا اتسعت إلى سبعة أضعاف عرضها الأصلي قبل بلوغ الأرض، تحرّرت الطاقة كلها دفعة واحدة في انفجار جوي. هكذا انفجر جرما تشيليابينسك وتونغوسكا دون أن يتركا فوهة.
إذا بلغ الجرم الأرض، يعطي قياس π الفوهة الانتقالية التي تُحفر في الثواني الأولى. ثم تنزلق جدرانها لتكوّن وعاءً نهائيًا أعرض بنسبة 25% (فوهة بسيطة)، أو — فوق نحو 3.2 كم — تنهار إلى فوهة معقّدة واسعة ضحلة ذات قمة مركزية.
فوق نحو 15 كم/ث يبخّر الاصطدام الصخر فيكوّن كرة نارية تحرق حرارتها عن بُعد. ثم تتبعها موجة العصف، وتهتز الأرض بقدر M = 0.67 log₁₀E − 5.87 (E بالجول).
المعادلات المستخدمة
-
E = (π/12) ρᵢ L³ v²Collins et al. 2005, eq. 1 -
Yᵢ = 10^(2.107 + 0.0624 √ρᵢ)Collins et al. 2005, § entry -
z_b = z* − 2H ln[1 + (l/2H) √(f_p² − 1)], f_p = 7Collins et al. 2005, eq. 18 -
D_tc = 1.161 (ρᵢ/ρ_t)^⅓ L^0.78 vᵢ^0.44 g^−0.22 sin^⅓θCollins et al. 2005, eq. 21 -
D_fr = 1.25 D_tc | D_fr = 1.17 D_tc^1.13 / D_c^0.13Collins et al. 2005, eq. 22, 27 -
R_f = 0.002 E^⅓, φ = f η E / (2π r²), η = 3×10⁻³Collins et al. 2005, § thermal -
p = (p_x r_x / 4r₁)(1 + 3 (r_x/r₁)^1.3), r₁ = r / E_kt^⅓Collins et al. 2005, § air blast -
M = 0.67 log₁₀E − 5.87Collins et al. 2005, § seismic -
t_e = D_tc⁴ / (112 r³)Collins et al. 2005, § ejecta
اصطدامات حقيقية: النموذج مقابل الرصد
يُدخل كل إعداد مسبق في النموذج أفضل تقدير لحجم الحدث ومادته وسرعته وزاويته. ويبيّن عمود الرصد ما شوهد فعلًا أو أُعيد بناؤه — قارن بينهما لترى إلى أي حدّ يصيب نموذج بسيط.
| الحدث | المدخلات | النموذج | الرصد | المصدر |
|---|---|---|---|---|
| Chelyabinsk (2013) | 19 م · صخر كثيف · 19 كم/ث · 18° | 465 كيلوطن TNT انفجار جوي على ارتفاع 33 كم | 440–500 كيلوطن TNT انفجار جوي على ارتفاع ≈ 30 كم | Brown et al. 2013, Nature 503, 238; Popova et al. 2013, Science 342, 1069 |
| Tunguska (1908) | 60 م · صخر كثيف · 16 كم/ث · 35° | 10.4 ميغاطن TNT انفجار جوي على ارتفاع 7.8 كم | 3–15 ميغاطن TNT انفجار جوي على ارتفاع 5–10 كم | Boslough & Crawford 2008, Int. J. Impact Eng. 35, 1441 |
| فوهة النيزك ≈ 50 ka | 40 م · حديد · 18 كم/ث · 45° | 10.4 ميغاطن TNT فوهة 1.2 كم | فوهة ≈ 1.2 كم | Melosh & Collins 2005, Nature 434, 157 |
| Chicxulub 66 Ma | 12 كم · صخر كثيف · 20 كم/ث · 60° | 1.3×10⁸ ميغاطن TNT فوهة 150 كم | فوهة ≈ 180 كم | Hildebrand et al. 1991, Geology 19, 867; Collins et al. 2020, Nat. Commun. 11, 1480 |
ما مدى دقة هذه الأرقام؟
- نادرًا ما يُعرف حجم الجرم المصطدم الحقيقي وكثافته وسرعته وزاويته بدقة أفضل من عشرات في المئة — والطاقة تنمو مع مكعب الحجم ومربع السرعة.
- صيغ الفوهة والعصف والحرارة مطابقات لتجارب وبيانات اختبارات نووية ومحاكاة: دقيقة في حدود عامل من بضعة أضعاف، لا حتى آخر رقم. فإعدادنا المسبق لتشيكشولوب مثلًا يعطي فوهة نحو 150 كم مقابل نحو 180 كم مرصودة.
- نموذج «الفطيرة» للتفتّت بسيط عن قصد؛ وتعطي نماذج التشظّي الأحدث ارتفاعات انفجار مختلفة بعض الشيء. ولا تُحسب حرارة الانفجارات الجوية ولا موجات تسونامي. أما عتبات الضرر مثل «5 psi تُسقط معظم المنازل» فمصدرها تجارب الأسلحة النووية، وتعتمد على طريقة بناء المباني.
- الأجرام الصغيرة جدًا أو البطيئة تُكبَح حتى بضعة كم/ث أو أقل، فتُحدث حفرًا صغيرة؛ ومعادلة الفوهة (نظام الجاذبية) تبالغ في تقديرها.
أسئلة شائعة
كم من الطاقة أطلق الكويكب الذي قضى على الديناصورات؟
نحو 10²³–10²⁴ جول — أي في حدود 100 مليون ميغاطن من TNT، أو مليارات من قنابل هيروشيما. فقد اصطدم جرم قطره نحو 10–15 كم بمنطقة تشيكشولوب في المكسيك قبل 66 مليون سنة بسرعة تقارب 20 كم/ث، وترك فوهة عرضها نحو 180 كم.
لماذا لم يترك تشيليابينسك ولا تونغوسكا فوهة؟
كان كلاهما جرمًا صخريًا قطره عشرات الأمتار. سحقهما ضغط الهواء عاليًا في الغلاف الجوي — على ارتفاع نحو 30 كم في تشيليابينسك، ونحو 5–10 كم في تونغوسكا — فتحرّرت طاقتهما في انفجار جوي. وقد سوّى انفجار تونغوسكا بالأرض نحو 2000 كم² من غابات سيبيريا.
كم مرة تقع اصطدامات كهذه؟
يقدّر Collins et al. (2005) الفاصل الزمني المتوسط بنحو 109 × E^0.78 سنة، حيث E بالميغاطن: نحو مرة كل 60 سنة لانفجار جوي بحجم تشيليابينسك (0.5 ميغاطن)، ومرة كل 600–700 سنة لـ 10 ميغاطن، وفي حدود مرة كل 100 مليون سنة لاصطدام بحجم تشيكشولوب.
ماذا يعني «5 psi»؟
الضغط الزائد هو مقدار ما ترفعه موجة العصف من ضغط الهواء فوق قيمته العادية (101 كيلوباسكال ≈ 14.7 psi). فـ 1 psi (6.9 كيلوباسكال) يحطّم النوافذ، و5 psi (34 كيلوباسكال) يُسقط معظم المنازل، و20 psi (138 كيلوباسكال) يدمّر المباني من الخرسانة المسلّحة. وهذه العتبات مأخوذة من مسوح الأضرار في التجارب النووية (Glasstone & Dolan 1977).
المصادر
- Collins, G. S., Melosh, H. J. & Marcus, R. A. (2005). Earth Impact Effects Program. Meteoritics & Planetary Science 40, 817–840.
- Earth Impact Effects Program (Imperial College London / Purdue University)
- Glasstone, S. & Dolan, P. J. (1977). The Effects of Nuclear Weapons, 3rd ed. U.S. DoD/DoE.
- Rumpf, C. M., Lewis, H. G. & Atkinson, P. M. (2017). Population vulnerability models for asteroid impact risk assessment. Meteoritics & Planetary Science 52, 1082–1102.
- Brown, P. G. et al. (2013). A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk… Nature 503, 238–241.
- Popova, O. P. et al. (2013). Chelyabinsk airburst, damage assessment, meteorite recovery, and characterization. Science 342, 1069–1073.
- Boslough, M. B. E. & Crawford, D. A. (2008). Low-altitude airbursts and the impact threat. Int. J. Impact Engineering 35, 1441–1448.
- Melosh, H. J. & Collins, G. S. (2005). Meteor Crater formed by low-velocity impact. Nature 434, 157.
- Hildebrand, A. R. et al. (1991). Chicxulub Crater… Geology 19, 867–871.
- Collins, G. S. et al. (2020). A steeply-inclined trajectory for the Chicxulub impact. Nature Communications 11, 1480.
أضف هذه الأداة إلى موقعك
أضف هذه الأداة إلى موقعك مجانًا (مع رابط للإسناد).