Paintballs tydeliggjør hva som skjer når en asteroide treffer jordens hav

Kystbølger fra mellomstore asteroidepåvirkninger kan være mer som en stormbølge enn en vegg av vannaktig ødeleggelse, ifølge NASA-eksperimenter med paintballs.

Asteroider som går forbi jorden (som i denne illustrasjonen) utgjør en konsekvensfare som forskere prøver å forstå bedre.
NASA

Når en asteroide treffer havet, er det mer sannsynlig å produsere bølger av stormstørrelse enn gigantiske murer med vannaktig død. Det er det foreløpige resultatet av et eksperiment som brukte paintballs for å oppklare litt av forvirringen rundt hva som skjer når et romberg spruter ut i havet.

Asteroider kommer i alle størrelser, fra små 100 meter brede luftburere til den 10 kilometer store giganten som desimerte dinosaurene. For å forstå de påfølgende tsunamiene fra påvirkninger, fokuserte forskere på mellomtonerobjekter, asteroider mellom 100 og 1000 meter over.

"De er store nok til å treffe havet, men små nok vil de ikke forårsake en global klimakatastrofe . I så fall kan tsunamien være en mindre risiko, ikke den største, " sier Darrel Robertson (NASA Ames Research Center) . Robertson og kollegene presenterte paintball-eksperimentet sitt i oktober på den årlige American Astronomical Society's Division for Planetary Sciences-konferanse i Knoxville, Tenn. De foreløpige resultatene antyder at bølger fra mellomstore asteroider vil være mindre farlige enn forutsagt av noen tidligere modeller, selv om Robertson understreket at emnet er del av en pågående diskusjon i planetarisk forsvarssamfunn.

"For kystsamfunn tror vi for øyeblikket at disse påvirkningen av tsunamibølger ikke ville være mye mer farlig enn stormbølger hvis påvirkningen skjer langt utenfor kysten i det dype hav, " sier Robertson. "Dette begrenser faresonene til påvirkning på kontinentalsokklene, som er en mye mindre region enn hele havet."

"Svaret ... var paintballs."

Akkurat nå kommer omtrent 100 000 asteroider bredere enn 100 meter nær planeten vår. Disse mellomstore gjenstandene faller på jorden omtrent hvert tusen år, og fordi vann dekker nesten tre fjerdedeler av planetens overflate, er det mest sannsynlig at det påvirker et hav.

Datasimuleringer kan bidra til å forstå hva som skjer når en mellomstor asteroide treffer havet. Nyere modeller klarer imidlertid ikke å samsvare med Holsapples lov, en ligning avledet i 1993 fra laboratorieeksperimenter på asteroidepåvirkninger. Loven spådde store, farlige tsunamibølger drevet av rundt 15% av asteroidens kinetiske energi, mens simuleringer spådde mindre bølger med langt mindre energi. For å rette på de to bestemte Robertson og kollegene at de trengte et helt nytt eksperiment.

Ginevra Robertson og Miles Wheeler, barn til forskere fra NASA Ames, hjelper til med å fylle en tank der paintballs vil bli avfyrt i vann for å bestemme hvor dødelige bølger generert av asteroider kan være.
D. Robertson (NASA Ames)

Det strekker seg fra dusinvis til hundrevis av kilometer lange, jordskjelv-genererte tsunamier blir høyere når de treffer kysten, et livsfarlig rushet som bare fortsetter å komme. Men tidligere simuleringer antydet at tsunamier generert av påvirkninger er mye mindre, med flere topper og renner som kan formere seg når de beveger seg gjennom dypt vann. "Det du vil se på land er en rad med tsunamibølger med kort bølgelengde som ankom, først blir større i høyden og deretter mindre, " sa Robertson.

Å simulere asteroiden krevde en liten gjenstand som beveget seg rundt 10 kilometer i sekundet, og Robertson sier at en kule var en av de første tingene laget vurderte. Imidlertid betyr en kules strukturelle styrke at den holder formen når den fyres i vann, mens asteroider fordamper. Kratersformer skilte seg også.

"Det jeg trengte var noe med størrelsen og hastigheten på en kule som gikk i stykker da den traff vannet, " sier Robertson. "Svaret på det var paintballs."

Forskerne fyrte en modifisert paintballpistol inn i en kryssfiner-og-akryltank som var omtrent 3 meter dypt. Som NASA-sanksjonert forskning, krevde prosjektet også tilsyn av Sanford Police Department av sikkerhetsmessige årsaker. Med ammunisjon donert fra Cutting Edge Paintballs of San Jose, paintballpistolen som de allerede eide, og et lånt kamera med høy hastighet, var de totale kostnadene for eksperimentene rundt $ 200.

"Ærlig talt, logistikken med å få tak i en paintballpistol, et høyhastighets kamera og få offisiell godkjenning for å gjøre det var den utfordrende delen, " sier Robertson. "Resten var mye moro."

Å lage bølger

Alt så bra ut, men da forskerne trakk avtrekkeren, splittet de første skuddene ikke umiddelbart på påvirkning. Først etter at en av paintballs delte seg inne i pistolfat og laget et betydelig større krater enn forgjengerne, innså de at styrken til paintball-skallet var et problem. De prøvde å myke skjellene ved å varme dem opp i en mikrobølgeovn eller legge dem i vann, men det gjorde ikke noen forskjell.

Til slutt bestemte de seg for å skyte paintballene over en eksponert barberhøvel for å dele opp skallet før de slo tanken. Robinson sa at det var "akkurat det vi lette etter." De avfyrte skudd i vannet på forskjellige dyp, og høyhastighetskameraet sporet resultatene.

(Artikkelen fortsetter etter video.)

Hvis en asteroide spruter ned på dypt vann, antyder de foreløpige resultatene at de resulterende bølgene vil ligne en stormbølge og skape flom men unngå en farlig truende vegg av vann. Forskerne samlet også informasjon om størrelsen på krateret som ble dannet når en asteroide styrter ned på grunt vann. Hvis bølgene bryter når de når kontinentalsokkelen i stedet for på stranden, kan de være mer farlige for skipsfart enn for folket på kysten, sier Robertson.

Foreløpig jobber teamet for å passe likningene til de eksperimentelle resultatene. De planlegger å undersøke hvordan energi beveger seg mellom kratrene og tsunamibølgene, en turbulent prosess. I følge Robertson er energien som går tapt under denne overgangen ikke godt forstått og kan variere avhengig av egenskapene til støt, for eksempel tetthet, størrelse og slagvinkel på det innkommende objektet.

"Siden vi kan reprodusere paintball-eksperimentene i simuleringer ganske nøyaktig, gir det oss større tillit til at asteroidsimuleringene våre er riktige, og at tsunamifaren er betydelig mindre enn det noen modeller tidligere har spådd, " sier Robertson.

Robertson sier at eksperimentet kan replikeres av studenter på studenter og studenter, selv om han understreket behovet for å være trygg. Han sa at verdifulle data kan samles med en umodifisert paintballpistol, og at du aldri skulle skyte noen med et modifisert våpen. Han minnet også alle som var interessert om å holde kammeret tomt og sikkerheten på til pistolen er montert på stativet og siktet mot bakken. Vannballonger og håndfuller sand kan også gi interessante resultater.

"Det viktigste, ha det gøy!" han sier.

Redaktørens merknad: Denne artikkelen ble oppdatert 19. november for å korrigere skrivemåten til en av forskerens barn i bildeteksten. Beklager, Ginevra!