Luna

Perché alcuni crateri da impatto hanno raggi?

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Quando guardi la Luna piena attraverso un binocolo o un piccolo telescopio, una delle caratteristiche più importanti sulla superficie è il cratere Tycho. È una caratteristica di impatto largo circa 86 chilometri, situato vicino al bordo meridionale del lato vicino della Luna. È relativamente giovane, forse 100 milioni di anni, e i crateri freschi tendono ad essere più luminosi, il che lo rende facile da individuare.

Ma non è per questo che è così importante: è il raggi , l'insieme di lunghi tratti luminosi che puntano radialmente lontano dal cratere. Tycho sfoggia raggi lunghi centinaia di chilometri, alcuni più di mille.

I raggi si formano da pennacchi di materiale espulso durante l'impatto, che poi si depositano sulla superficie. Ora ecco la cosa divertente: ho sempre pensato che la loro formazione fosse ben compresa. Voglio dire, queste sono caratteristiche incredibilmente ovvie e ben documentate, non solo sulla Luna ma sulla maggior parte dei mondi pieni di crateri. Mercurio ha i raggi del cratere così a lungo il pianeta sembra un cocomero !



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La luna piena: notare i raggi provenienti da Tycho in basso a destra. Credito: Fred Locklear (e oh mio sì, fai clic su quel link)

Quindi sono stato piuttosto sorpreso di apprendere che noi non sapere come si formano. Almeno, non fino a poco tempo fa. Un nuovo documento di ricerca delinea come gli impatti generano raggi , ed è molto bello. Ancora meglio: gli scienziati hanno avuto l'idea dopo aver visto Video di Youtube degli studenti delle scuole superiori che fanno il classico esperimento di creare crateri facendo cadere sassi in una scatola di farina!

Si, seriamente. Questi esperimenti vengono condotti nelle aule e nelle fiere della scienza di tutto il mondo. Prendete una cornice di legno di qualche tipo, larga forse un metro, versateci uno strato di farina profondo qualche centimetro, poi lasciate cadere dei sassi dall'alto. L'impatto forma dei crateri, proprio come ti aspetteresti (a volte puoi mettere uno strato di cacao in polvere per mostrare cosa succede anche alle cose sotto la superficie).

L'ho fatto io stesso, molte volte. Quello che gli scienziati hanno notato è che quando l'insegnante ripristina l'esperimento, si livellano sopra la farina . L'ho sempre fatto io. E quando questo è il caso, gli impatti di crateri raramente lasciano raggi.

Ma quando gli studenti fanno l'esperimento, a volte lasciano la superficie disordinata... e quando lo fanno, i raggi hanno maggiori probabilità di formarsi!

Whoa.

Quindi gli scienziati sono andati in laboratorio, ricreando questo esperimento a un livello più sofisticato . Hanno usato sfere di dimensioni diverse per imitare gli asteroidi e hanno variato la trama della superficie del sito dell'impatto. A volte era liscio, a volte aveva delle ondulazioni, delle increspature. E quando l'hanno fatto, l'impatto ha creato i sistemi a raggi.

Tre momenti da un esperimento con i raggi del cratere: appena prima dell'impatto (a sinistra), subito dopo l'impatto (al centro) e un momento dopo (a destra) quando i pennacchi espulsi dal cratere formeranno raggi. Credito: Sabuwala et al.Ingrandire

Tre momenti da un esperimento con i raggi del cratere: appena prima dell'impatto (a sinistra), subito dopo l'impatto (al centro) e un momento dopo (a destra) quando i pennacchi espulsi dal cratere formeranno raggi. Credito: Sabuwala et al.

Non solo, hanno trovato una relazione tra il numero di raggi prominenti generati e la dimensione della palla rispetto alla distanza tra le increspature: il numero di raggi creati in un impatto scala con la dimensione della palla divisa per la distanza tra le increspature (quello che chiamano la lunghezza d'onda). Quindi un grande impattore che colpisce il terreno con molte increspature strette produce più raggi di quanto farebbe una palla più piccola, o se quella grande colpisce qualcosa con ondulazioni più ampie. Guadare:

Così. Fresco.

Quindi funziona con impatti a bassa velocità, il tipo che puoi fare su un tavolo in cui stai davvero facendo cadere rocce su una superficie. Ma che dire degli impatti iperveloci, più simili alla vita reale, quando un oggetto si muove a una dozzina di chilometri al secondo o più velocemente?

Hanno simulato impatti del genere e hanno scoperto che funzionava ancora! Maggiore è il rapporto tra l'impattatore e le ondulazioni, maggiore è il numero di raggi prodotti. Hanno scoperto che la fisica è un po' complicata, ma fondamentalmente le ondulazioni focalizzano l'onda d'urto generata dall'impatto - ed è quell'onda che accelera e lancia i detriti (chiamata ejecta). Il numero di raggi non sembra interessare la velocità dell'impattore, ma solo le sue dimensioni.

Hanno anche scoperto che il materiale che forma i raggi non proviene dal cratere stesso, ma dal materiale sulla superficie attorno all'impattore, in particolare da uno stretto anello attorno ad esso.

Terreni diversi producono risultati diversi negli impatti che formano crateri.Ingrandire

Terreni diversi producono risultati diversi negli impatti che formano crateri. Riga in alto, da sinistra a destra: esperimenti reali con terreno liscio e senza raggi, terreno accidentato in modo casuale, terreno esagonale regolarmente distanziato, lo stesso con spaziatura più stretta. Riga in basso: lo stesso, ma utilizzando una simulazione al computer degli impatti dell'ipervelocità. Credito: Sabuwala et al.

Un'altra caratteristica interessante di questa idea è che se contano i raggi attorno a un cratere esistente e misurano attentamente la topografia dell'area circostante, possono stimare le dimensioni dell'impattore. Per Tycho, stimano che l'asteroide che ha scavato quello splendido cratere fosse di circa 7,3 chilometri di diametro, non molto più piccolo di quello che ha colpito la Terra 66 milioni di anni fa e terminò il periodo Cretaceo, insieme al 75% di tutte le specie di vita sulla Terra.

Un mosaico di Mercurio ripreso dalla navicella spaziale MESSENGER nel 2008, che mostra crateri da impatto con sistemi di raggi tremendamente lunghi. Credito: NASA/Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University/Carnegie Institution of WashingtonIngrandire

Un mosaico di Mercurio ripreso dalla navicella spaziale MESSENGER nel 2008, che mostra crateri da impatto con sistemi di raggi tremendamente lunghi. Credito: NASA/Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University/Carnegie Institution di Washington

Devo dire che mi piace tutto di questo! Dal modo in cui hanno avuto l'idea: guardare i video degli studenti! — a ricreare l'evento, a trovare lo schema, e poi usarlo per ottenere la fisica e trasformarlo in uno strumento di misurazione dell'impatto... è tutto meraviglioso. E una grande storia.

La luna piena è generalmente considerata irritante per gli astronomi osservanti: è così luminosa che cancella gli oggetti deboli. E se ti piace osservare la Luna stessa, quando è piena non ci sono ombre, quindi caratteristiche come montagne e crateri sono più difficili da individuare.

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Ma in effetti alcuni crateri brillano davvero quando la Luna è piena, freschi e giovani con materiale più luminoso all'interno e intorno a loro, ejecta non abbastanza vecchio da scurirsi a causa degli impatti della micrometerite e della radiazione solare. Tycho, Aristarco, Keplero, Copernico... tanti di questi prendi letteralmente il loro tempo al Sole per farci meravigliare su di loro qui sulla Terra, mostrando i loro sistemi di raggi che raggiungono così lontano attraverso la superficie.

E ora finalmente sappiamo perché.



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