क्षुद्रग्रह प्रभाव
आकार, सामग्री, गति और कोण चुनें — और ऊर्जा को जूल और TNT मेगाटन में महसूस करें।
आकार, पदार्थ, गति और कोण चुनें। पहला फ़ैसला वायुमंडल करता है — छोटे, कमज़ोर पिंड आसमान में ही फट जाते हैं, बड़े या मज़बूत पिंड उसे चीरकर नीचे आते हैं — फिर ऊर्जा आग के गोले, विस्फोट तरंग और गड्ढे में बदल जाती है। हर संख्या Earth Impact Effects Program के प्रकाशित समीकरणों से आती है।
छोटी संख्याएँ: घनत्व (kg/m³) में।
11 किमी/से न्यूनतम संभव गति है (पृथ्वी का पलायन वेग); 72 किमी/से सामने से टकराने वाला प्रतिगामी धूमकेतु है।
क्षितिज से मापा गया: 90° का अर्थ है सीधे नीचे। सबसे संभावित कोण 45° है।
वास्तविक पैमाने पर क्षति के घेरे
किसी भी दूरी पर प्रभाव जानने के लिए नक्शे पर टैप करें या खींचें — या स्लाइडर का उपयोग करें।
- गड्ढा 2.4 किमी
- आग का गोला 3.5 किमी
- कपड़ों में आग 28 किमी
- तीसरी डिग्री की जलन 42 किमी
- दूसरी डिग्री की जलन 54 किमी
- 20 psi · कंक्रीट की इमारतें नष्ट 24 किमी
- 5 psi · अधिकांश घर ढहते हैं 48 किमी
- 1 psi · खिड़कियाँ चकनाचूर 130 किमी
ग्राउंड ज़ीरो से 53 किमी पर
- गर्मी से दूसरी डिग्री की जलन होती है
- विस्फोट से खिड़कियाँ चकनाचूर हो जाती हैं
- अधिकतम अतिदाब
- 28 kPa
- अधिकतम हवा की गति
- 60 मी/से
- गर्मी (ऊष्मीय विकिरण)
- 860 kJ/m²
- उत्क्षिप्त पदार्थ की परत
- 1.6 सेमी
गड्ढे का अनुप्रस्थ काट (वास्तविक पैमाना 1:1)
जटिल गड्ढे का तल उछलकर ऊपर आता है: समतल तल, सीढ़ीनुमा दीवारें, केंद्रीय शिखर (आकार योजनाबद्ध है; व्यास और गहराई मॉडल से)। वास्तविक पैमाने पर बड़े गड्ढे आश्चर्यजनक रूप से उथले होते हैं।
पैमाने पर आकार
दूरी के साथ प्रभाव
| दूरी | अधिकतम अतिदाब | अधिकतम हवा की गति | गर्मी (ऊष्मीय विकिरण) | उत्क्षिप्त पदार्थ की परत | क्या होता है |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 किमी | 4.1 MPa | 1,600 मी/से | 110 MJ/m² | 19 मी | गर्मी से कपड़ों में आग लग जाती है विस्फोट प्रबलित कंक्रीट की इमारतें नष्ट कर देता है |
| 10 किमी | 870 kPa | 700 मी/से | 26 MJ/m² | 2.4 मी | गर्मी से कपड़ों में आग लग जाती है विस्फोट प्रबलित कंक्रीट की इमारतें नष्ट कर देता है |
| 20 किमी | 190 kPa | 280 मी/से | 6.5 MJ/m² | 30 सेमी | गर्मी से कपड़ों में आग लग जाती है विस्फोट प्रबलित कंक्रीट की इमारतें नष्ट कर देता है |
| 50 किमी | 32 kPa | 66 मी/से | 980 kJ/m² | 1.9 सेमी | गर्मी से दूसरी डिग्री की जलन होती है विस्फोट से खिड़कियाँ चकनाचूर हो जाती हैं |
| 100 किमी | 10 kPa | 22 मी/से | 190 kJ/m² | 2.4 मिमी | विस्फोट से खिड़कियाँ चकनाचूर हो जाती हैं |
विस्फोट: Collins et al. (2005) का 1 kt परीक्षण आँकड़ों (Glasstone & Dolan 1977) पर किया गया फ़िट, ऊर्जा के घनमूल के अनुसार स्केल किया गया। गर्मी: ऊर्जा का 0.3 % विकिरण बनता है; जलन और आग लगने की सीमाएँ E^(1/6) के अनुसार बढ़ती हैं। उत्क्षिप्त पदार्थ: उस दूरी पर गिरने वाली परत की मोटाई।
मॉडल कैसे काम करता है
क्षुद्रग्रह की गतिज ऊर्जा E = (π/12) ρ L³ v² है, जहाँ ρ घनत्व, L व्यास और v गति है। एक मेगाटन TNT 4.184 × 10¹⁵ जूल के बराबर है।
नीचे आते समय हवा पिंड के अगले हिस्से पर लगभग ρ_air v² का दाब डालती है। जब यह दाब पिंड की मज़बूती से अधिक हो जाता है, तो वह टूट जाता है; टुकड़ों का बादल पैनकेक की तरह चपटा होकर फैलता है, और अगर ज़मीन तक पहुँचने से पहले वह अपनी मूल चौड़ाई के सात गुना तक फैल जाए, तो सारी ऊर्जा एक साथ हवाई विस्फोट के रूप में मुक्त होती है। चेल्याबिंस्क और तुंगुस्का इसी तरह बिना गड्ढा छोड़े फटे थे।
अगर पिंड ज़मीन तक पहुँचता है, तो π-स्केलिंग से पहले कुछ सेकंड में खुदने वाला अस्थायी गड्ढा मिलता है। इसकी दीवारें खिसककर 25 % अधिक चौड़ा अंतिम कटोरा (सरल गड्ढा) बनाती हैं, या — लगभग 3.2 किमी से बड़े व्यास पर — ढहकर केंद्रीय शिखर वाला चौड़ा, उथला जटिल गड्ढा बनाती हैं।
लगभग 15 किमी/से से अधिक गति पर टक्कर चट्टान को वाष्पित करके आग का गोला बना देती है, जिसकी गर्मी दूर तक झुलसाती है। इसके बाद विस्फोट तरंग आती है, और ज़मीन M = 0.67 log₁₀E − 5.87 (E जूल में) तीव्रता से काँपती है।
प्रयुक्त समीकरण
-
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
वास्तविक टक्करें: मॉडल बनाम रिकॉर्ड
हर प्रीसेट घटना के आकार, पदार्थ, गति और कोण के सर्वोत्तम अनुमान को मॉडल में डालता है। रिकॉर्ड कॉलम वह है जो वास्तव में देखा गया या पुनर्निर्मित किया गया — दोनों की तुलना करके देखें कि एक सरल मॉडल कितना पास पहुँचता है।
| घटना | इनपुट | मॉडल | रिकॉर्ड | स्रोत |
|---|---|---|---|---|
| Chelyabinsk (2013) | 19 मी · सघन चट्टान · 19 किमी/से · 18° | 465 kt TNT 33 किमी पर हवाई विस्फोट | 440–500 kt TNT ≈ 30 किमी पर हवाई विस्फोट | Brown et al. 2013, Nature 503, 238; Popova et al. 2013, Science 342, 1069 |
| Tunguska (1908) | 60 मी · सघन चट्टान · 16 किमी/से · 35° | 10.4 Mt TNT 7.8 किमी पर हवाई विस्फोट | 3–15 Mt TNT 5–10 किमी पर हवाई विस्फोट | Boslough & Crawford 2008, Int. J. Impact Eng. 35, 1441 |
| Meteor Crater ≈ 50 ka | 40 मी · लोहा · 18 किमी/से · 45° | 10.4 Mt TNT गड्ढा 1.2 किमी | गड्ढा ≈ 1.2 किमी | Melosh & Collins 2005, Nature 434, 157 |
| Chicxulub 66 Ma | 12 किमी · सघन चट्टान · 20 किमी/से · 60° | 1.3×10⁸ Mt TNT गड्ढा 150 किमी | गड्ढा ≈ 180 किमी | Hildebrand et al. 1991, Geology 19, 867; Collins et al. 2020, Nat. Commun. 11, 1480 |
ये संख्याएँ कितनी पक्की हैं?
- किसी वास्तविक टकराने वाले पिंड का आकार, घनत्व, गति और कोण शायद ही कभी दसियों प्रतिशत से बेहतर सटीकता से ज्ञात होते हैं — और ऊर्जा आकार के घन और गति के वर्ग के साथ बढ़ती है।
- गड्ढे, विस्फोट और गर्मी के सूत्र प्रयोगों, परमाणु-परीक्षण आँकड़ों और सिमुलेशन पर किए गए फ़िट हैं: कुछ गुना के भीतर सही, आख़िरी अंक तक नहीं। उदाहरण के लिए, हमारा चिक्सुलूब प्रीसेट लगभग 150 किमी का गड्ढा देता है, जबकि देखा गया गड्ढा लगभग 180 किमी का है।
- टूटने का पैनकेक मॉडल जानबूझकर सरल रखा गया है; नए विखंडन मॉडल विस्फोट की ऊँचाई कुछ अलग देते हैं। हवाई विस्फोटों की गर्मी और सुनामी को मॉडल नहीं किया गया है। “5 psi पर अधिकांश घर ढह जाते हैं” जैसी क्षति-सीमाएँ परमाणु हथियार परीक्षणों से आती हैं और इस पर निर्भर करती हैं कि इमारतें कैसे बनी हैं।
- बहुत छोटे या धीमे पिंड कुछ किमी/से या उससे भी कम गति तक धीमे हो जाते हैं और छोटे गड्ढे बनाते हैं; गड्ढे का समीकरण (गुरुत्व-प्रधान व्यवस्था) इन्हें बढ़ा-चढ़ाकर आँकता है।
सवाल-जवाब
डायनासोरों को ख़त्म करने वाले क्षुद्रग्रह ने कितनी ऊर्जा छोड़ी थी?
लगभग 10²³–10²⁴ जूल — करीब 10 करोड़ मेगाटन TNT के क्रम की, यानी अरबों हिरोशिमा बमों के बराबर। लगभग 10–15 किमी चौड़ा एक पिंड 6.6 करोड़ वर्ष पहले लगभग 20 किमी/से की गति से मेक्सिको के चिक्सुलूब में टकराया और लगभग 180 किमी चौड़ा गड्ढा छोड़ गया।
चेल्याबिंस्क या तुंगुस्का ने गड्ढा क्यों नहीं छोड़ा?
दोनों दसियों मीटर चौड़े पथरीले पिंड थे। वायु दाब ने उन्हें वायुमंडल में ऊँचाई पर ही कुचल दिया — चेल्याबिंस्क को लगभग 30 किमी ऊपर, तुंगुस्का को लगभग 5–10 किमी ऊपर — इसलिए उनकी ऊर्जा हवाई विस्फोट के रूप में मुक्त हुई। तुंगुस्का विस्फोट ने साइबेरिया के लगभग 2,000 वर्ग किमी जंगल को धराशायी कर दिया।
ऐसी टक्करें कितनी बार होती हैं?
Collins et al. (2005) औसत अंतराल लगभग 109 × E^0.78 वर्ष बताते हैं, जहाँ E मेगाटन में है: चेल्याबिंस्क जितने हवाई विस्फोट (0.5 Mt) के लिए लगभग हर 60 वर्ष, 10 Mt के लिए हर 600–700 वर्ष, और चिक्सुलूब जितनी टक्कर के लिए लगभग हर 10 करोड़ वर्ष में एक बार।
“5 psi” का क्या मतलब है?
अतिदाब बताता है कि विस्फोट तरंग हवा के दाब को सामान्य (101 kPa ≈ 14.7 psi) से कितना ऊपर धकेलती है। 1 psi (6.9 kPa) खिड़कियाँ चकनाचूर कर देता है, 5 psi (34 kPa) अधिकांश घर गिरा देता है और 20 psi (138 kPa) प्रबलित कंक्रीट की इमारतें नष्ट कर देता है। ये सीमाएँ परमाणु परीक्षणों के क्षति-सर्वेक्षणों (Glasstone & Dolan 1977) से ली गई हैं।
स्रोत
- 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.
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