Meteoroidin "kimpoaminen" ilmakehästä

[Jaju]

uutisissa tänään puhutaan meteoriitin olleen törmäyskurssilla Europpaan, mutta se kimposikin pois kuin leipäkivi veden pinnalta. Onko tässä jokin todellinen ilmiö taustalla? Vai oliko meteoroidin rata kuitenkin vain ilmakehän raapaisu eikä olisi osunut maahan, vaikka ilmakehää ei olisi? Itse kuvittelisin ilmakehän vaikutuksen olevan päinvastainen, eli se hidastaa kappaletta, ja siten maan vetovoima kaareuttaa rataa hiukan enemmän maata kohti, eikä maasta pois päin.

[Pappis]

Analogiasi leipäkivestä on osuva ja kuva oleellisen myös kimpoamisesta. Osa tuosta väliaineen vastuksesta aikeuttaa myös nosteen. Kappaleen tulokulma ja nopeus vs. vastus ja noste ratakisevat kimpoaako vai putoaako kappale.

[Jaju]

Analogiasi leipäkivestä on osuva ja kuva oleellisen myös kimpoamisesta. Osa tuosta väliaineen vastuksesta aikeuttaa myös nosteen. Kappaleen tulokulma ja nopeus vs. vastus ja noste ratakisevat kimpoaako vai putoaako kappale.

Meteoroidi on hyvin pieni verrattuna ilmakehän paksuuteen, joten järkeilin että tulee meteoroidi missä kulmassa tahansa, sen alapintaan kohdistuu aika tarkkaan sama ilmakehän voima kuin yläpintaan. Siten, että ilmakehän vaikutus on ainoastaan jarruttava.  Leipäkivessähän kiven yläpinta pysyy kuivana.

[pepa]

Meteoroidi on hyvin pieni verrattuna ilmakehän paksuuteen, joten järkeilin että tulee meteoroidi missä kulmassa tahansa, sen alapintaan kohdistuu aika tarkkaan sama ilmakehän voima kuin yläpintaan. Siten, että ilmakehän vaikutus on ainoastaan jarruttava.  Leipäkivessähän kiven yläpinta pysyy kuivana.

Noin mieki asiaa ensin ajattelin, mutta oliskohan nopeudella jokin merkitys. Se kuiten sangen suuri. Ilmakehän ainesosat voi ehkä muuttua puuroksi kun törmääjällä tarpeeksi vauhtia.

[Pappis]

Sekä vesi että ilma "kovettuvat" kun nopeus kasvaa, eli viskositeetti kasvaa törmääjän nopeuden myötä. Tästä syystä mm. lenkokoneet tyypillisesti hajoavat jos "laskeutuvat" veteen liian lujaa vauhtia. Leipäkiven pomppiminenkin riippuu nopeudesta, Samasta viskositeetin kasvusta seuraa myös helpompi kimpoaminen ilmakehästä.

[pvahimaa]

Kyllä se ilmakehä on noissa nopeuksissa kova vastus. Niin kova, että kivetkin hajoavat. Ja jopa avaruussukkulat, jos nimenomaan alapinnan suojus tuhoutuu.

[mistral]

Meteoroidi on hyvin pieni verrattuna ilmakehän paksuuteen, joten järkeilin että tulee meteoroidi missä kulmassa tahansa, sen alapintaan kohdistuu aika tarkkaan sama ilmakehän voima kuin yläpintaan.

Kyllä vain, tilanne on symmetrinen. Jos meteoroidi menee vain viistäen ohi, se menettää nopeutta mutta jaksaa paeta maan painovoimasta tai sitten se jää kiertolaiseksi ja saattaa seuraavalla kierroksella tulla alas.

[Jaju]

Sekä vesi että ilma "kovettuvat" kun nopeus kasvaa, eli viskositeetti kasvaa törmääjän nopeuden myötä. Tästä syystä mm. lenkokoneet tyypillisesti hajoavat jos "laskeutuvat" veteen liian lujaa vauhtia. Leipäkiven pomppiminenkin riippuu nopeudesta, Samasta viskositeetin kasvusta seuraa myös helpompi kimpoaminen ilmakehästä.

Mikä on se voima joka kääntää meteoroidin maapallosta poispäin? Oletetaan että kyse on pallon muotoisesta meteoroidista. Kappale tietysti hidastuu ilmakehän vaikutuksesta, mutta mikä muu voima painovoiman ja kitkan lisäksi vaikuttaa kappaleeseen muuttaakseen sen suuntavektoria?

[pvahimaa]

Jos mennään ihan molekyylien tasolle niin jokainen törmäys ilmassa olevaan molekyyliin aiheuttaa pienen impulssin kappaleeseen. Näiden yhteisvaikutuksesta tulee pieni kiihtyvyyskomponentti. Ja koska arvatenkin kappale tuli hyvin loivassa kulmassa ilmakehään, niin vaadittava nopeusvektorin muuton on ollut pieni. Toki sitten noissa nopeuksissa ei se paine varmasti ole sama kappaleen joka puolella koska ilmanvastus aiheuttaa ties jo millaiset virtaukset. Kokeile juosta ilmapallo narussa perässäsi ja katso miten villisti se poukkoilee ja miten käyttäytyy kun päästät vauhdissa sitten irti.

[Jaju]

Aerodynamiikkahan menetetään isoissa nopeuksissa ja millään jattöpyörteillä ei ole merkitystä, kuten ilmapalloesimerkissä. Kai se mikroskooppisen pieni paine-ero pinen kappaleen eri puolilla on merkitsevä voima, kun integroidaan yhtälöön satojen kilometrien ilmatilaloukkaus. Kappaleen koon kasvaessa ilmakehän vaikutus rataan tietysti pienenee radikaalisti. 

[PETK]

Monen laista voimaa vaikuttaa kappaleeseen. https://youtu.be/dt_XJp77-mk

[Hessu]

Jos kappale vain hipaisee ilmakehän yläosia niin jarrutusta ei tapahdu tarpeeksi. Sitten se jatkaa matkaa. Ehkä tätä on tarkoitettu kimpoamisella.

Voisi nostekin vaikuttaa, mutta epäilen että ei riitä yksin siihen kimpoamiseen. Kuitenkin muistaisin että mm. Apollo ja Soyuz kapseleita ohjataan nosteen avulla. Painopiste on hieman sivussa jolloin kapselin on koko ajan vähäsen kallellaan. Pyörittämällä kapselia valitaan kallistuksen ja nosteen suunta. Eli jonkin verran voidaan ohjailla. Mutta ei tuo vielä kimmauta mitään. Jarruttava vaikutus on kuitenkin paljon suurempi. Hmm... Oliskohan Apollon rata lähtenyt hieman kohoamaan ennen lopullista pudotusta.

Apollonkin yhteydessä usein on puhuttu kimpoamisesta. Tarkoitettu kuitenkin ilmakehän "läpilentoa". Seuraavalla kierroksella olisikin sitten kyllä laskeutunut jonnekin akut yms. tyhjinä. Usein kuulee että olis jäänyt ajelehtimaan.

[mistral]

Pyörittämällä kapselia valitaan kallistuksen ja nosteen suunta. Eli jonkin verran voidaan ohjailla.

Ohjaamalla voidaan pitää lämpökilven puoli ottamassa vastaan ilman tekemä korkea kuumuus. Samalla ilmeisesti alus kokee nostovoimaa, parempi niin päin kuin että kilpi puskee alaspäin. Aikansa kun jarruttaa nopeutta, alkaa ilman kuumuus helpottaa ja päästään turvalliseen laskeutumiseen. Meteoroidi pyörii miten sattuu ja siksi sen nostovoima vaihtelee +- välillä jääden keskiarvoltaan lähelle nollaa.

[Hessu]

Kivenmurikat on satunnaisen muotoisia ja ilman kontrollia. Ballistinen lentorata...

Noi kapselit on kyllä aerodynaamisesti stabiileja niin että kilpi pysyy edellä ilman mitään kontrollia. Ohjaamisella on muutettu lentorataa ja tähdätty putoamispaikalle. Nosteella on voitu loiventaa tai jyrkentää lentorataa tai kääntää sitä. Tasaisella pyörimisellä sitten lentorata pysyy ballistisena.

[Jaju]

Eli epäsäännöllisen muotoinen murikka tuskin toimii leipäkivenä.  Ensimmäisessä viestissä mainittu meteoroidi ei siis ollut törmäyskurssilla Eurooppaan, vaan sen radan matalin kohta sattui vain Euroopan kohdalle, piirtäen hienon vanan taivaalle. Maa kaareutui alta pois, ja murikka jatkoi menoaan. Jotkut avaruusalukset on suunniteltu siten, että lämpökilpien vaatima asento aiheuttaa nosteen ja ja joissakin aluksissa se on säädettävissä asentoa muuttamalla. Siitä faktasta on sitten syntynyt tämä yleinen väärinkäsitys, jossa mikä tahansa pieni kappale kimpoaa ilmakehästä, jos kohtauskulma on liian loiva.