Hypernopea törmäys

[kmot]

Mietiskelin tuossa eräänä päivänä, että koska noissa useissa komeettasimulaattoreissa (esim. http://impact.ese.ic.ac.uk/ImpactEffects/) on tuollainen yläraja osumanopeudelle, em. esimerkissä 72 km/s, niin olisiko täysin poissuljettua, että aurinkokuntamme ulkopuolelta tulee jotakin todella nopeaa meitä kohti? Suojaako heliosfääri lainkaan nopeilta kohteilta aurinkokuntamme ulkopuolelta?

Artikkelin http://www.tekniikkatalous.fi/tiede/avaruus/2012-03-25/Avaruuden-yksin%C3%A4iset-hurjastelijat-%E2%80%93-planeetat-kiit%C3%A4v%C3%A4t-yli-15-000-kilometri%C3%A4-sekunnissa-3308462.html innoittamana pähkäilin mm. koripallon ja henkilöauton kokoluokkaa olevista kappaleista, joilla olisi vauhtia esim. 1-5% valonnopeudesta.

Eroaisiko pienen, mutta todella lujaa osuvan kappaleen törmäys jotenkin oleellisesti suuremman, mutta hitaamman kappaleen törmäyksestä, jos liike-energia on jotakuinkin sama?

Tietenkin olisi aivan käsittämön sattuma, että jotain noin nopeaa ja pientä osuisi meihin tässä kosmisessa biljardipelissä, mutta asiaa voi silti lähestyä teoriatasolla, että mitä jos näin kävisi?

Ehtisikö ilmakehä vaikuttaa mitenkään ja millainen shokkiaalto olisi ilmakehässä/meressä/maalla? Millaisen kokoluokan osumasta ihmiskunta lajina selviäisi, jos kappale törmäisi tuollaisella nopeudella?

[mistral]

En tiedä millaisia monttuja tekisivät mutta jo kappaleen tulo ilmakehään tuottaisi vaarallista säteilyä koska ilma kuumenisi hyvin kuumaksi. Ei tiedä vaikka fuusioreaktio syntyisi painepisteeseen. Tosin alle sekunnissa se tulisi maan pinnalle ettei se niin kauaa käristäisi. Mutta se mikä osuu maan pinnalle, sisältää tietyn määrän liike-energia ja johonkin sen on purkauduttava, säilymislaki vaatii sen.

muokkaus
Löysin vanhan viestini (no 629) "Vapaata ihmettelyä" ketjusta vuodelta 2012:

"T&A:n päivän uutisessa sanottiin että planeetta voisi saavuttaa jopa 50 miljoonan kilometrin/ tunnissa nopeuden linkoutuessaan mustan aukon luota. Yritin laskea newtonilaisen fysiikan mukaan sokeripalan eli yhden gramman liike-energiaa tuolla nopeudella. Jos se energia siirrettäisiin 100 000 tonnin öljytankkeriin, kuinka kovaa se menisi? Pääsin 158km/t, en sitten tiedä kuinka paljon tuli pilkku- ym. muita virheitä "

[Zalama]

En tiedä millaisia monttuja tekisivät mutta jo kappaleen tulo ilmakehään tuottaisi vaarallista säteilyä koska ilma kuumenisi hyvin kuumaksi. Ei tiedä vaikka fuusioreaktio syntyisi painepisteeseen. Tosin alle sekunnissa se tulisi maan pinnalle ettei se niin kauaa käristäisi. Mutta se mikä osuu maan pinnalle, sisältää tietyn määrän liike-energia ja johonkin sen on purkauduttava, säilymislaki vaatii sen.

muokkaus
Löysin vanhan viestini (no 629) "Vapaata ihmettelyä" ketjusta vuodelta 2012:

"T&A:n päivän uutisessa sanottiin että planeetta voisi saavuttaa jopa 50 miljoonan kilometrin/ tunnissa nopeuden linkoutuessaan mustan aukon luota. Yritin laskea newtonilaisen fysiikan mukaan sokeripalan eli yhden gramman liike-energiaa tuolla nopeudella. Jos se energia siirrettäisiin 100 000 tonnin öljytankkeriin, kuinka kovaa se menisi? Pääsin 158km/t, en sitten tiedä kuinka paljon tuli pilkku- ym. muita virheitä "

Toisaalta tuolla nopeudella siihen vaikuttavat voimat olisivat niin suuria, että se hajoaisi palasiksi hyvin nopeasti. Yhden kilon painoinen kappale 50 miljoonan km/h vauhdilla vastaisi jotakuinki 1.5 tsar bomba ydinpommia (tehokkain ydinpommi räjäytetty). Merkittävä osa energiasta varmasti vapautuisi jo yläilmakehässä eli merkitys jäisi aika pieneksi.

Lisäksi tuolla nopeudella ei planeettojen painovoima kerkeäisi juuri muuttaa niiden ratoja, joten osuminen olisi aika epätodennäköistä.

[pnuu]

Tässäpä oiva kysymys lähetettäväksi xkcd-nettisarjakuvan tekijä Randal Munroelle. Ensimmäinen What-if onkin vähän samaa kamaa: http://what-if.xkcd.com/1/.

[Aksu]

https://www.quora.com/What-would-happen-if-a-golf-ball-flew-straight-to-Earth-at-the-speed-of-light

no joo tässä ollaan jo relativistisissa nopeuksissa mutta kiinnostavia laskelmia silti

[Zalama]

Tässäpä oiva kysymys lähetettäväksi xkcd-nettisarjakuvan tekijä Randal Munroelle. Ensimmäinen What-if onkin vähän samaa kamaa: http://what-if.xkcd.com/1/.

Tuossa on ihan mielenkiintoista pohdintaa, mutta aika kaukana myös todellisuudesta. Jos ympäristön vety, happi yms ryhtyisi tuossa tilanteessa fuusioitumaan niin normaali ydinasekin alottaisi ylikriittisen ketjureaktion jos kaikki ympäristön vety, happi ja hiiliatomit ryhtyisivät fuusioitumaan. Tähdissähän tämä tapahtuu, koska siellä paineen vaikutuksessa tiheys on niin suuri, että atomit ovat riittävän lähellä toisiaan.

Mitä tuossa tilanteessa tapahtuisi kävisi olisi suuri röntgen ja valo purkaus etenkin pallon etuosasta. Pinnalla tosiaan saattaisi hieman fuusiota tapahtua, mutta se ei johtaisi ketjureaktioon. Jo pelkästään kuuman plasman sähkömagneettinensäteily toimisi "jarruna" raketin lailla. Avaruudessa pelkkä taskulamppukin toimisi "rakettina", joska lähtevälle sähkömagneettiselle säteilyn kvanteilla on liikemäärä.

Suuren räjähdyksenhän tuo tuottaisi, koska yksinkertaisesti kineettinen energia olisi niin suuri.

[Jarmo]

Mietiskelin tuossa eräänä päivänä, että koska noissa useissa komeettasimulaattoreissa (esim. http://impact.ese.ic.ac.uk/ImpactEffects/) on tuollainen yläraja osumanopeudelle, em. esimerkissä 72 km/s, niin olisiko täysin poissuljettua, että aurinkokuntamme ulkopuolelta tulee jotakin todella nopeaa meitä kohti?

Yksiselitteinen vastaus: ei ole poissuljettua. 72 km/s tarkoittaa nokkakolaria Aurinkokuntaan tippuvan tavaran kanssa, mutta kappaleelle ei oleteta lähtönopeutta. Se vain "tippuu äärettömyydestä". Ihan kuin 11,2 km/s on miniminopeus kappaleelle, joka tippuu vain Maapallolle. Periaatteessa sitäkin hitaampaa voisi jokin tulla, jos vaikka jäisi kiertoradalle tosi sopivalla Maan ja Kuun ohituksilla, ja vielä ilmajarruttaisi parilla kierroksella ennen varsinaista tippumista. Mutta käytännössä kummankin tapahtuman todennäköisyys on niin lähellä nollaa kuin voi olla, olematta kuitenkaan aivan nolla...

Suojaako heliosfääri lainkaan nopeilta kohteilta aurinkokuntamme ulkopuolelta?

En usko. Se on kuitenkin erittäin harvaa ainetta... käytännössä harvempaa kuin mikään tyhjiö mitä saadaan keinotekoisesti aikaan.

Eroaisiko pienen, mutta todella lujaa osuvan kappaleen törmäys jotenkin oleellisesti suuremman, mutta hitaamman kappaleen törmäyksestä, jos liike-energia on jotakuinkin sama?

Muut jo vastasivat tähän noissa utopistisissa tapauksissa. Jos kuitenkin puhutaan realistisista törmäyksistä, niin törmäyssimulaattorilla ( http://impact.ese.ic.ac.uk/ ) leikkimällä eron huomaa, etenkin pienillä kappaleilla. En nyt jaksa alkaa itse noita vekslaamaan, mutta muistelen että lujempaa tuleva mötikkä hajoaisi mallien mukaan aiemmin. Korkeammalla ilmakehässä siis. Siksipä räjähdysvaikutus pinnalla on sellaisen tapauksessa pienempi. (Toisaalta syvemmälle tunkeutuva kappale on myös jo menettänyt suuremman osan energiastaan..)

Millaisen kokoluokan osumasta ihmiskunta lajina selviäisi, jos kappale törmäisi tuollaisella nopeudella?

Tuohon on mahdotonta vastata. Kannattaa muistaa, että Chixculubin sairaan isosta törmäyksestä selvisi hitsin paljon eläimistöä. Kaikkien nykyään elävien otusten esivanhemmat. Eli sellainenkaan ei välttämättä riittäisi.

Mitään rajaa ei ole, lajin selviäminen kun riippuu niin monesta seikasta. Yksilöiden ja resurssien sijainti, elinympäristön muutokset, jne jne. Törmäyspaikkakin on oleellinen, pieni törmäys voi aiheuttaa moninkertaisesti enemmän haittaa kuin paljon isompi. Ja sitten, vaikka viisi (tai 50, tai 100, tai vaikka enemmänkin) hyvinvoivaa ihmispariskuntaa selviäisi, laji voi hyvin jäädä "sukupuuttovelkaiseksi". Eli laji kituuttelee törmäyksen jälkeen muutamia sukupolvia, mutta jostain sopivasta geenivirheestä tai vaikka geenivaihtelun tai sopeutumisen puutteesta johtuen kuolee sitten myöhemmin pois lopullisesti. Tai toisaalta jos ruuaksi kelpaava tavara loppuu, tai elinympäristö on liian saastunut, niin sekin aiheuttaa saman velan. Jne.

Sukupuutto on täysin sattuman kauppaa.

Jarmo

[Jarmo]

Jäin miettimään todellisia maksiminopeuksia hyvin satunnaisille törmääjille. Osa on peräisin Galaksin keskustasta, osa taas omien tähtiensä / planeettanaapuriensa sinkoamana.

Näin hatusta vedettynä helpoin kappale, jonka voi saada tähtienväliseen avaruuteen ja sitä kautta törmäyskurssille meidän kanssamme, olisi varmaan jonkin tähden Oortin pilven kappale. Suomeksi sanottuna jonkinmoinnen jäinen komeettaydin. Ja tähtienvälisessä avaruudessa kulkee ihan varmasti kaikenlaista tavaraa, lähes-tähden-kokoisista ruskeista kääpiöistä mikkiriikkisiin mikrometeoriitteihin.

Jos mötikkä tulisi Aurinkokunnan ulkopuolelta, vaikkapa toisen tähden luota, nopeus voisi siis olla paljonkin suurempi kuin se 72 km/s. Muistaakseni Barnardin tähden, ihan tuossa naapurissa liikkuvan punaisen kääpiön, nopeus on luokkaa 150 km/s. Siitä kai noin puolet (?) on radiaalinopeutta. Jos se sinkoaisi jonkun murikan tänne, niin... joo, tulisi se aika haipakkaa.

Jarmo

[kmot]

Kiitokset hyvistä vastauksista ja asiallisista pohdinnoista.

[Esko Lyytinen]

Jatkan vielä pohdintaa siltä kannalta että onko noita interstellaarisia meteoroideja ja ovatko yleisiä vaiko harvinaisia.

Pidin aiheesta jonkinmoisen esityksen viime syksynä meteorit-jaostotapaamisessa Artjärvellä.
Olen itse ollut kiinnostunut "löytämään" edes yhden malliesimerkin (havaitun meteorin) sellaisesta. Tulipallotyöryhmämme kamerahavainnoista olen vuosien aikana ottanut lupaavimmmilta vaikuttavia tarkempaan jatkokäsittelyyn. Karkeassa käsittelyssä vaikkapa U.F.O.-sarjan ohjelmiston automaattikäsittelyssä sellaiset eivät ole oikeastaan harvinasia juuri ollenkaan. Mutta se määrittää radat asemien havainnoista käyttäen vain ensimmäistä ja viimeista havaintoa jotka ovat kokemuksen mukaan epätarkemmasta päästä. ( Usein heikko juuri erottuvä erottuu vain yhdestä pikselistä ja siten paikka "pyöristyy" sille täyspiselille, kun muuten voi saada paikan arkemmin mitattua.) Kun ottaa mukaan kaikki saatavilla oleva aineisto ja tarpeen mukaan parantaa kalibraatiota niin järjestään ovat osoittautuneet joko jokseenkin varmoiksi aurinkokunnan meteoroideiksi tai ainakin todenäköisesti sellaisiksi. Ainuttakaan varmaa eikä edes todennäköistä interstellaarista meteoria ei ole jäänyt näytteeksi. Jonkin verran olen yrittänyt etsiä olisiko joku muu saanut näytettä, mutta ainuttakaan sellaista en ole kohdannut.
( Joku varhaisempi julkaisu joka on kyttänyt tilastollisia arvioita kulmanopeuksien perusteella on päätynyt tulokseen että olisi jopa kymmnien prosenttien luokkaa sellaisia, mutta on virheellinen päätelmä.)
Pari tuoreehkoa julkaisua on tullut samantapaiseen päätelmään että ne ovat erittäin harvinaisia. Aineistossa (on sekä tutkavainnoista että kamerahavainnoista) on alkuun koko joukko hyperbolisella aurinkokuntaradalla olleilta vaikuttavia ja sellaisia jäänyt myös kun tarkastellaan normaalien virherajojen puitteissa. Mutta varsin suuressa aineistossa on pieni vähemmistö joka poikkeaa enemmän kuin normaalien virherajojen mukaan arvioituina. Ja lopputulosena on ollut että ei ole varmaa onko joukossa ollut yhtäkään interstellarista.

Jäi tuossa alussa mainitsematta että interstellaarisia mikrometeoroideja kyllä on. Niitä on havaittu avaarusaluksilla törmäyksinä. Ovat siis jopa yleisiä.

Voi ihmetellä että miksi ei olisi myös näkyvän meteori-ilmiön aiheuttavien kokoisia. Kaippa niitä periaateessa on, mutta ovat siis hyvin harvinaisia. Selvää julkaistua arviota miksi näin on en ole nähnyt, mutta oma (julkaisematon) arveluni on, että meteoroidilla (joka joutunut interstellaariseksi) todennäköinen aika avaruudessa ennen kuin ehkä törmäisi johonkin planeettaan tai tähteen olisi erittäni suuri. Ja arvelen että ne tuhoutuvat mikrometeoroidipommituksessa ennen sitä lähes täysin eli lähes kaikki. Tästä muodostuu lisää mikrometeroideja ja mikrometeoroideja suuremmat tuhoutuvat (satojen plus) miljoonien vuosien aikana mikrometeoroidipommituksessa. Arvelen että jos tulee eteen selvitynyt niin se voikin olla sitten melko kookas (?)
 
Totean vielä että maan etäisyydellä auringosta hyvin pitkäjaksoisella (aurinkokunta)radalla oleven nopeus on n 42 km/s josta tulee nokkakolarissa tuo mainuttu 72 km/s. Voi toki siis kohdata maapallon selvästi hitaampana. Peräkolarina lähestyisi maapalloa n 12 km/s joka kiihtyisi meteorien syttymiskorkeuksiin n 16.6 km/s nopeuteen.  Siten myös interstellaarinen meteori voisi hyvinkin olla jopa hitaanpuoleinen, vähän tuota suurempi kuitenkin.

Jos interstellaarinen meteoroidi lähestyy etäällä ollessaan aurinkokuntaa nopeudella 10 km/s niin sen nopeus maapallon etäisyydella auringosta on vain vähän yli 1 km/s suurempi kuin tuo yllä mainittu n 42 km/s. Ja jos lähestyy 20 km/s niin  olisi sentään yli 5 km/s tuota suurempi. Siten vaaditaan varsin tarkka tuloreitin ja nopeuden määritys (rajanopeus kussakin tapausessa riippuu myös tulosuunnasta) asian päättelemiseksi, ellei sitten ole selvästi suuremmasta erosta kysymys, mitä periaatteessa kyllä voisi olla kuten esimerkisi Jarmo tuolla aiemmin esitti.

(Oli tässä noin vuoden sisällä yksi tapaus joka aluksi vaikutti melko selvältä "ylinopeudelta", kunnes onneksi löytyi toinen videohavainto. Osoittutui että kamerassa josta aluksi nopeuden päättelin (yhdessä muun havainnon kanssa josta sai vain reitin ilman sisäistä ajoitusta) oli puuttuvana joka toinen frame ja antoi kaksinkertaisen nopeuden. Vaikutti aluksi ihan selvältä interstellaariselta. Kyseiseltä kameralta on runsaasti havaintoja ja tuollainen freimien puuttumien ei ole sille ollenkan tyypillistä, mutta liekö ollut samanaikaisesti jokin järjetelmäoperaatio tms, joka vei resursseja. Onneksi oli se toinen video ettei tullut virheellistä interstellariseksi meteoriksi päättelyä.)

[Jarmo]

Jäi tuossa alussa mainitsematta että interstellaarisia mikrometeoroideja kyllä on. Niitä on havaittu avaarusaluksilla törmäyksinä. Ovat siis jopa yleisiä.

Stardust-luotain sai muistaakseni noita hypernopeita hiukkasia aerogel-haaviinsa, mutta en ole aiemmin kuullut muista havainnoista. Muistatko tarkemmin kuinka ne on erotettu Aurinkokunnan sisäisten hiukkasten törmäysjäljistä?

Jarmo

[Esko Lyytinen]

Vaikka olenkin kiinnostunut interstellaarisista mateoreista niin en näihin mikrometeoreihin mainittavammin ole perehtynyt.
Lähinnä on tullut vastaan mainintoja sellaisten havainnoista luotaimilla ja vielä mainintoja mistä suunnasta joten on "vaikuttanut" luotettavilta.
Yritin nyt vähän googlailla ja tässä jotain.
(Osin näyttää perustelu olevan malleihin sovittamista joten ei ehkä ainakaan kaikilta osin ihan vakuuttavaa, mutta ehkä kuitenkin loppupäätelmänä mm suurtutkahavainnoista voisi pitää, että on niitä kyllä.)

Eka on kirjaan joka käsittelee lähinnä aurinkokunta"pölyä" mutta siinä on luku interstellaarisesta johon tämän likin‌ on tarkoitus viedä.
https://books.google.fi/books?id=usDsCAAAQBAJ&pg=PA372&lpg=PA372&dq=interstellar+dust+Pioneer&source=bl&ots=umAUhQbrnu&sig=K0WQs_3SOtZH2_2E47srvcCksMc&hl=fi&sa=X&ved=0ahUKEwj9_KX9y4LLAhUHfywKHefQC4wQ6AEIGTAA#v=onepage&q=interstellar%20dust%20Pioneer&f=false

( Linkit näyttävät jakaantuvan eri siveille joten en varma toimiiko, kokeilenpa itsekin kunhan saan laitettua. Tuntui toimivan.)

Sitten lisää
http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1995SSRv...72..471B/0000471.000.html
Ja tämän Refrences luettelosta löytyy lisää, jos mahdollisuus päästä niihin käsiksi.

Ja Stardust asiaa:
http://science.sciencemag.org/content/345/6198/786
http://www.planetary.org/blogs/bruce-betts/20140815-Stardust-home-dust-found.html

Ja tässä on suurtehotutkan havaintoja, ilmeisesti oikeita.
http://www.helsinki.fi/acm2014/pdf-material/Day-2/Session-4/Room-2/CLOSE-B6CA.pdf
Jos oikein näen tuon graafin massa-yksikön (grammaa) niin suurimmat olisivat alkuun noin tai alle 0.1 mg.
Suunnilleen milligramman massa tarvittaneen 72 km/s nopeudella mag 3 meteorin tuottamiseen. On siis noin yhden kertaluvun liian pieniä massaltaan näistä suurimmatkin.
Ehkä niitä pitäisi siis etsiä himmeimmistä. Sellaisten (lyhyiden) rata vaikka näkyisivätkin tulee kuitenkin kameroilla yleensä aika epätarkasti joten pitäisi olla selvä tapaus nopeuden puolesta.

Nousi tässä myös mieleen (muutaman vuoden) vanha lukemani tapaus (en muista missä, ehkä S&T) jossa suuren kaukoputken DS-spektrikuvaan tuli ilmeisesti kentän ohittaneen meteorin spektri. Ja vaikka sen tarkempi suuntakin jäi määrittämättä, niin dopplerin mukaan nopeus oli niin suuri, että täytyi olla interstellaarinen.
Ehkä noiden jahtia siis kannattaa edelleen jatkaa 

Esko

[mistral]

Olisin kysynyt kun meteori törmää maahan, tapahtuuko elektroniverhojen pettämistä? Varmaan elektronit pikkasen joustaa mutta nyt tarkoitan suurta joustoa, vaikkapa 50%. Kun olen prässännyt konepajapuristimella vaikka m8 mutteria, en saa sen elektroniverhoja painumaan, ne voimat on ihan eri luokkaa. Neutronitähdellähän on sellaiset voimat mutta onko meteoritörmäyksessä kanssa?