Impacto de asteroide
Escolha tamanho, material, velocidade e ângulo — e sinta a energia em joules e megatons de TNT.
Escolha um tamanho, um material, uma velocidade e um ângulo. A atmosfera age primeiro: corpos pequenos e frágeis explodem no céu, e os grandes ou resistentes a atravessam. Depois, a energia vira bola de fogo, onda de choque e cratera. Cada número vem das equações publicadas do Earth Impact Effects Program.
Números pequenos: densidade em kg/m³.
11 km/s é o mínimo possível (a velocidade de escape da Terra); 72 km/s é um cometa retrógrado vindo de frente.
Medido a partir do horizonte: 90° é na vertical. 45° é o ângulo mais provável.
Anéis de dano em escala real
Toque ou arraste no mapa — ou use o controle deslizante — para ver os efeitos a qualquer distância.
- Cratera 2,4 km
- Bola de fogo 3,5 km
- Roupas pegam fogo 28 km
- Queimaduras de terceiro grau 42 km
- Queimaduras de segundo grau 54 km
- 20 psi · prédios de concreto destruídos 24 km
- 5 psi · a maioria das casas desaba 48 km
- 1 psi · vidraças se estilhaçam 130 km
A 53 km do marco zero
- O calor causa queimaduras de segundo grau
- A onda de choque estilhaça as vidraças
- Sobrepressão máxima
- 28 kPa
- Vento máximo
- 60 m/s
- Calor (radiação térmica)
- 860 kJ/m²
- Camada de ejetos
- 1,6 cm
Corte da cratera (escala real 1:1)
Numa cratera complexa, o fundo se ergue de volta: fundo plano, paredes em terraços, pico central (forma esquemática; diâmetro e profundidade vêm do modelo). Em escala real, crateras grandes são surpreendentemente rasas.
Tamanho em escala
Efeitos conforme a distância
| Distância | Sobrepressão máxima | Vento máximo | Calor (radiação térmica) | Camada de ejetos | O que acontece |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 km | 4,1 MPa | 1.600 m/s | 110 MJ/m² | 19 m | O calor faz as roupas pegarem fogo A onda de choque destrói prédios de concreto armado |
| 10 km | 870 kPa | 700 m/s | 26 MJ/m² | 2,4 m | O calor faz as roupas pegarem fogo A onda de choque destrói prédios de concreto armado |
| 20 km | 190 kPa | 280 m/s | 6,5 MJ/m² | 30 cm | O calor faz as roupas pegarem fogo A onda de choque destrói prédios de concreto armado |
| 50 km | 32 kPa | 66 m/s | 980 kJ/m² | 1,9 cm | O calor causa queimaduras de segundo grau A onda de choque estilhaça as vidraças |
| 100 km | 10 kPa | 22 m/s | 190 kJ/m² | 2,4 mm | A onda de choque estilhaça as vidraças |
Onda de choque: ajuste de Collins et al. (2005) a dados de testes de 1 kt (Glasstone & Dolan 1977), escalonado pela raiz cúbica da energia. Calor: 0,3% da energia vira radiação; os limiares de queimadura e de ignição crescem como E^(1/6). Ejetos: espessura da camada que cai àquela distância.
Como o modelo funciona
A energia cinética do asteroide é E = (π/12) ρ L³ v², com densidade ρ, diâmetro L e velocidade v. Um megaton de TNT equivale a 4,184 × 10¹⁵ joules.
Na descida, o ar pressiona a frente do corpo com uma pressão de cerca de ρ_air v². Quando ela supera a resistência do corpo, ele se fragmenta; a nuvem de fragmentos se achata como uma panqueca e, caso se espalhe até sete vezes a largura original antes de chegar ao solo, toda a energia é liberada de uma vez numa explosão aérea. Foi assim que Cheliabinsk e Tunguska explodiram sem deixar crateras.
Se ele chega ao solo, o escalonamento π dá a cratera transitória escavada nos primeiros segundos. Suas paredes desmoronam e formam uma tigela final 25% mais larga (uma cratera simples) ou — acima de uns 3,2 km — colapsam numa cratera complexa, larga e rasa, com um pico central.
Acima de cerca de 15 km/s, o impacto vaporiza a rocha numa bola de fogo cujo calor queima à distância. Em seguida vem a onda de choque, e o chão treme com magnitude M = 0.67 log₁₀E − 5.87 (E em joules).
As equações usadas
-
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
Impactos reais: modelo versus observado
Cada impacto real alimenta o modelo com as melhores estimativas de tamanho, material, velocidade e ângulo do evento. A coluna “Observado” mostra o que de fato foi observado ou reconstruído — compare as duas para ver até onde um modelo simples chega.
| Evento | Dados de entrada | Modelo | Observado | Fonte |
|---|---|---|---|---|
| Cheliabinsk (2013) | 19 m · Rocha densa · 19 km/s · 18° | 465 kt de TNT explosão aérea a 33 km | 440–500 kt de TNT explosão aérea a ≈ 30 km | Brown et al. 2013, Nature 503, 238; Popova et al. 2013, Science 342, 1069 |
| Tunguska (1908) | 60 m · Rocha densa · 16 km/s · 35° | 10,4 Mt de TNT explosão aérea a 7,8 km | 3–15 Mt de TNT explosão aérea a 5–10 km | Boslough & Crawford 2008, Int. J. Impact Eng. 35, 1441 |
| Cratera do Meteoro ≈ 50 ka | 40 m · Ferro · 18 km/s · 45° | 10,4 Mt de TNT cratera de 1,2 km | cratera de ≈ 1,2 km | Melosh & Collins 2005, Nature 434, 157 |
| Chicxulub 66 Ma | 12 km · Rocha densa · 20 km/s · 60° | 1,3×10⁸ Mt de TNT cratera de 150 km | cratera de ≈ 180 km | Hildebrand et al. 1991, Geology 19, 867; Collins et al. 2020, Nat. Commun. 11, 1480 |
Até que ponto esses números são confiáveis?
- O tamanho, a densidade, a velocidade e o ângulo de um impactor real raramente são conhecidos com erro menor que algumas dezenas por cento — e a energia cresce com o cubo do tamanho e o quadrado da velocidade.
- As fórmulas da cratera, da onda de choque e do calor são ajustes a experimentos, dados de testes nucleares e simulações: valem dentro de um fator de poucas vezes, não até o último dígito. Para Chicxulub, por exemplo, nosso modelo dá uma cratera de cerca de 150 km, contra os cerca de 180 km observados.
- O modelo de fragmentação “em panqueca” é propositalmente simples; modelos mais recentes dão alturas de explosão um pouco diferentes. O calor das explosões aéreas e os tsunamis não são modelados. Limiares de dano como “5 psi derrubam a maioria das casas” vêm de testes com armas nucleares e dependem de como os prédios são construídos.
- Corpos muito pequenos ou lentos são freados a poucos km/s ou menos e abrem pequenos buracos; a equação da cratera (regime gravitacional) os superestima.
Perguntas
Quanta energia o asteroide que matou os dinossauros liberou?
Aproximadamente 10²³–10²⁴ joules — da ordem de 100 milhões de megatons de TNT, ou bilhões de bombas de Hiroshima. Um corpo de cerca de 10–15 km de diâmetro atingiu Chicxulub, no México, há 66 milhões de anos, a cerca de 20 km/s, e deixou uma cratera de aproximadamente 180 km de largura.
Por que Cheliabinsk e Tunguska não deixaram cratera?
Ambos eram corpos rochosos com dezenas de metros. A pressão do ar os esmagou no alto da atmosfera — a cerca de 30 km de altitude em Cheliabinsk, a uns 5–10 km em Tunguska —, então sua energia foi liberada numa explosão aérea. A explosão de Tunguska derrubou cerca de 2.000 km² de floresta siberiana.
Com que frequência impactos assim acontecem?
Segundo Collins et al. (2005), o intervalo médio é de cerca de 109 × E^0.78 anos, com E em megatons: cerca de uma vez a cada 60 anos para uma explosão aérea do porte da de Cheliabinsk (0,5 Mt), a cada 600–700 anos para 10 Mt e da ordem de uma vez a cada 100 milhões de anos para um impacto do porte de Chicxulub.
O que significa “5 psi”?
Sobrepressão é o quanto a onda de choque eleva a pressão do ar acima do normal (101 kPa ≈ 14,7 psi). 1 psi (6,9 kPa) estilhaça vidraças, 5 psi (34 kPa) derrubam a maioria das casas e 20 psi (138 kPa) destroem prédios de concreto armado. Esses limiares vêm de levantamentos de danos em testes nucleares (Glasstone & Dolan 1977).
Fontes
- 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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