Meteore verglühen nicht einfach: Wissenschaftler enthüllen siebenphasiges Demolition-Derby am Himmel

Jahrhundertelang war die Menschheit zufrieden damit, sie „Sternschnuppen“ zu nennen und weiterzugehen. Doch nun haben Wissenschaftler genauer untersucht, was passiert, wenn Gesteinsbrocken in die Erdatmosphäre stürzen und – entscheidend – die Reise überleben. Nach der Analyse von Videos und Fotografien von 75 Meteoritenfällen haben Forscher sieben verschiedene Phasen identifiziert, die beschreiben, wie sich diese Objekte in Meteoriten verwandeln. Die in Meteoritics & Planetary Science veröffentlichte Analyse zeigt, dass Schmelzen und Auseinanderbrechen eine viel größere Rolle als bisher angenommen spielen, wenn es darum geht, wie viel Material ein Gestein verliert, wie schnell es abgebremst wird und wo seine Fragmente schließlich landen.

„Wir dachten früher, dass feste Gesteinsbrocken durch die enorme Hitze und das grelle Licht, die bei der Luftkollision entstehen, verdampfen würden“, sagte der Meteorenastronom und Hauptautor Dr. Peter Jenniskens vom SETI Institute und NASA Ames Research Center. „Wir fanden stattdessen heraus, dass zuerst das Schmelzen und dann die Fragmentierung kontrolliert, wie ein Gestein Masse verliert.“ Mit anderen Worten: Die romantische Vorstellung eines einfach verglühenden Gesteins wird durch ein gewalttätigeres Drama in mehreren Akten ersetzt.

Die Reise beginnt in Phase 1 hoch über der Erde, wo die Atmosphäre dicht genug wird, damit der eintreffende Gesteinsbrocken vor sich eine Schockwelle erzeugt. Während der Brocken mit Luftmolekülen kollidiert, erhitzen sich sowohl seine Oberfläche als auch das umgebende Gas und beginnen zu leuchten, wodurch der Lichtstreifen entsteht, der allgemein als Meteor oder „Sternschnuppe“ bekannt ist. In Phase 2 fliegt der Meteor in zunehmend dichtere Luft, wodurch seine Helligkeit zunimmt. Manche Meteore zeigen auch wiederkehrende Helligkeitsänderungen, die verraten können, wie schnell sie rotieren. Unter den schnellsten untersuchten Objekten dauerte eine vollständige Rotation zwischen 0,5 und 5 Sekunden – ein schwindelerregender Wirbel für einen Gesteinsbrocken.

In Phase 3 ist der Meteor deutlich heller geworden und hat sich zu einer Feuerkugel entwickelt. Nun wird das Schmelzen zum Hauptprozess, der Material vom Gestein entfernt. Der intensive Luftstrom reißt geschmolzenes Material von der Oberfläche ab und erzeugt Tröpfchen, die nach dem Abtrennen vom Hauptkörper weiter verdampfen. „Im Labor können wir die Strahlungsmenge nicht erzeugen, die bei einem natürlichen atmosphärischen Eintritt mit diesen Geschwindigkeiten auftritt“, sagte Eric Stern, früher bei NASA Ames und heute Chefwissenschaftler bei Hyperspace Technologies, Inc. „Das Gestein könnte stattdessen aggressiv fragmentieren und erodieren, aber dann würden wir die beobachtete Systematik in der Aufhellung von Feuerkugeln nicht erwarten.“ Übersetzung: Das Labor kann den Kosmos nicht ganz nachbilden, aber die Feuerkugeln verhalten sich wie nach Drehbuch.

Die Feuerkugel tritt in Phase 4 in einer Höhe von etwa 60 Kilometern (rund 40 Meilen) ein, wenn das Schmelzen ein relativ stabiles Gleichgewicht erreicht. In dieser Phase bleibt die Helligkeit der Feuerkugel entweder nahezu konstant oder nimmt gleichmäßig zu. Laut den Forschern kann allein das Schmelzen letztlich bis zu 40 Prozent der ursprünglichen Masse des Gesteins entfernen – ein beachtlicher Diätplan für einen Gesteinsbrocken aus dem All.

Während die Feuerkugel in dichtere Schichten der Atmosphäre absinkt, beginnt der zunehmende Luftdruck, das Gestein zu brechen. Dies markiert den Beginn von Phase 5, in der sich Teile vom Hauptkörper lösen und wiederholte Lichtausbrüche erzeugen können. Eine besonders überraschende Erkenntnis war, wie früh dieses Auseinanderbrechen beginnt. Die Forscher fanden heraus, dass Gesteinsbrocken bereits fragmentieren können, wenn der Luftdruck auf ihre Vorderseiten nur etwa ein Fünftel der Festigkeit erreicht, die in auf der Erde geborgenen Meteoriten gemessen wurde. Sie vermuten, dass die Erhitzung beim atmosphärischen Eintritt zusammen mit Rissen aus früheren Kollisionen im Weltraum die Gesteine ausreichend schwächen könnte, um dieses unerwartete Verhalten zu erklären. In dieser Phase beginnt der verbleibende Brocken schnell zu schrumpfen und erfährt eine erhebliche Verzögerung. Je stärker er fragmentiert, desto schneller verliert er an Geschwindigkeit. „Wir konnten diese Verlangsamung durch Fragmentierung mit den früheren mathematischen Beschreibungen auf Basis der Ablation verknüpfen“, sagte Mitautor Stu Pilorz vom SETI Institute.

Th