Los meteoroides provenientes del espacio exterior tienen una forma aleatoria, pero muchos de estos, que aterrizan en la tierra como meteoritos, se encuentran tallados en conos. Para explorar las fuerzas que producen meteoritos en forma de cono, los investigadores replicaron los meteoroides que viajan a través del espacio exterior: los objetos de arcilla, unidos a una barra, sirven como “meteoritos simulados” que se erosionan mientras se mueven a través del agua.
Crédito: Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York.
Los meteoroides provenientes del espacio exterior tienen una forma aleatoria, pero muchos de estos, que aterrizan en la tierra como meteoritos, se encuentran tallados en conos. Los científicos ahora han descubierto cómo la física del vuelo en la atmósfera conduce a esta transformación.
La progresión, descubierta a través de una serie de experimentos de replicación en el Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York, involucra la fusión y la erosión durante el vuelo que finalmente resulta en una forma ideal a medida que los meteoroides se lanzan a través de la atmósfera. Los hallazgos se informan en las actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) .
“Los conos delgados o estrechos se voltean y caen, mientras que los conos anchos revolotean y oscilan hacia adelante y hacia atrás, pero descubrimos que estos son conos que vuelan perfectamente rectos con su punto o vértice al frente”, explica Leif Ristroph, profesor asistente en el Instituto Courant de la Universidad de Nueva York. de las Ciencias Matemáticas, que dirigió el estudio. “Sorprendentemente, estos conos con los ángulos ‘correctos’ coinciden exactamente con las formas de arcilla erosionada que resultan de nuestros experimentos y de meteoritos cónicos reales”.
“Al mostrar cómo la forma de un objeto afecta su capacidad para volar en línea recta, nuestro estudio arroja algo de luz sobre este antiguo misterio sobre por qué tantos meteoritos que llegan a la Tierra tienen forma de cono”, agrega.
Las fuerzas detrás de las formas peculiares de los meteoritos, que son meteoritos o “estrellas fugaces” que sobreviven al ardiente vuelo a través de la atmósfera y llegan a la Tierra, han sido durante mucho tiempo un misterio.
“Las formas de los meteoritos no son como son en el espacio, ya que en realidad se funden, erosionan y remodelan por el vuelo atmosférico”, explica Ristroph. “Si bien la mayoría de los meteoritos tienen una forma aleatoria de” burbujas “, sorprendentemente muchos, algunos dicen que alrededor del 25 por ciento, son” meteoritos orientados “, y las muestras completas de estos parecen casi conos perfectos”.
Para explorar las fuerzas que producen meteoritos en forma de cono, los investigadores, que incluyeron a Jun Zhang, Profesor de Física y Matemáticas en el Instituto Courant y en la Universidad de Nueva York en Shanghai, replicaron meteoroides que viajaban a través del espacio exterior : objetos de arcilla, unidos a una barra, servían como “Simulacros de meteoritos” que se erosionan al moverse a través del agua.
Los objetos de arcilla contenidos en la corriente de agua finalmente se tallaron en conos de la misma angularidad que los meteoritos cónicos, ni demasiado delgados ni demasiado anchos.
Sin embargo, los investigadores reconocieron las limitaciones de este diseño experimental: a diferencia de los objetos de arcilla, los meteoroides voladores reales no se mantienen en una posición fija y pueden girar, girar y girar libremente. Esta distinción plantea la siguiente pregunta: ¿qué permite a los meteoritos mantener una orientación fija y alcanzar con éxito la Tierra?
El equipo, que también incluía a Khunsa Amin y Kevin Hu, ambos estudiantes universitarios de la Universidad de Nueva York, y Jinzi Huang, un estudiante de doctorado de la Universidad de Nueva York en el momento del trabajo, realizaron experimentos adicionales en los que examinaron cómo caían a través del agua los conos de diferentes formas. Aquí descubrieron que los conos estrechos se voltean mientras los conos anchos revolotean. Sin embargo, entre estos dos hay formas de cono “justo” que vuelan en línea recta.
“Estos experimentos cuentan una historia de origen para meteoritos orientados: las fuerzas aerodinámicas que derriten y remodelan los meteoritos en vuelo también estabilizan su postura para que la forma de un cono pueda ser tallada y finalmente llegar a la Tierra”, observa Ristroph. “Este es otro mensaje interesante que estamos aprendiendo de los meteoritos, que son científicamente importantes como ‘visitantes extraños’ a la Tierra cuya composición y estructura nos hablan sobre el universo”.
Fuente: New York University.
Artículo original: “What Gives Meteorites Their Shape? New Research Uncovers a “Goldilocks” Answer“
Paper: Khunsa Amin el al., “The role of shape-dependent flight stability in the origin of oriented meteorites,” PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1815133116.
Material relacionado:
Todos hemos visto alguna vez la caída de un meteoro através de la atmósfera terrestre, pero algunas de estas caídas son bastante más luminosas y duraderas que otras como por ej. la que se muestra en foto y video en el siguiente artículo ocurrida en España un par de semanas atrás:
Bright fireball over Spain on 2019 July 6. Jose Maria Madiedo. MeteorNews, July 7, 2019.
Ahora te mostramos la reentrada a la atmósfera del Módulo de Comando de Apolo 11 vista desde tierra y también desde adentro de la nave:
Apollo11: return to Earth. (Ver a partir del minuto 6:33 del video).
Estando en el 50 aniversario de la misión Apolo 11, siguiendo el “hilo” de la reentrada a la atmósfera terrestre de este artículo, traemos a consideración el problema de la reentrada de una nave espacial; un artículo que lo aborda en detalle, mostrando el porqué se hace mediante el frenado aerodinámico, pero también examinando otras soluciones es:
Why Is It So Difficult For A Returning Spacecraft To Re-Enter Our Atmosphere? Robert Walker, Forbes, Feb. 3, 2017.
Crédito: Skythings.
La figura muestra la parte inferior del Módulo de Comando de Apolo 10 donde se aprecia el estado del escudo térmico tal como quedó luego del reingreso a la atmósfera. La propiedad del módulo de comando Apolo 10 se transfirió a la Institución Smithsoniana en Abril de 1970, justo antes de ser enviada a Europa para un recorrido de exhibición en varios países, incluida la URSS, Francia y los Países Bajos. En 1978, la nave espacial fue cedida al London Science Museum, donde ha permanecido en exhibición pública desde entonces.
Crédito: Skythings.
NASA, durante el desarrollo del proyecto Apolo hizo un subcontrato con AVCO Applied Technology Division, para la investigación de la reentrada a la atmósfera y el desarrollo de un escudo térmico para las naves espaciales. En el siguiente film original se muestra este desarollo junto a la construcción y colocación del escudo térmico de una nave Apolo:
1000 Seconds to Home: Apollo Heat Shield. TextronSystems. Más información.
Escudo térmico de una nave Apolo. Se desarrolló un marco de nido de abeja para contener la resina de protección contra el calor: el grosor del marco varía en cada punto a lo largo de las curvas de la nave espacial para proporcionar la protección necesaria en ese punto. El panal contenía 370,000 celdas individuales. ¿Cuál era la única forma de llenar esas celdas adecuadamente a fines de la década de 1960? A mano, una celda a la vez. El personal de Avco, en su mayoría mujeres debidamente capacitadas , usó pistolas de calafateo ligeramente modificadas para llenar cada celda con la resina, una operación crítica. Crédito: Getti /History.
Un boletín de noticias de AVCO sobre el escudo térmico utilizado por las naves Apolo, hasta Apolo 10 inclusive y anunciando su uso en Apolo 11:
Apollo Heat Shield News. AVCO. July 16, 1969.
Las pruebas del escudo térmico para sobrellevar este evento crítico para
las misiones Apolo estuvieron a cargo del Centro de Investigación Langley de la NASA, bajo la dirección general de la Oficina Central de Investigación y
Tecnología Avanzadas de la Sede de la NASA, que llevó adelante el Proyecto FIRE (Flight Investigation Reentry Environment) para hacer una evaluación definitiva. Los detalles del proyecto FIRE se encuentran en el siguiente artículo:
PROJECT FIRE REDUX: INTERPLANETARY REENTRY TESTS (1966) David S. F. Portree. WIRED. July 5, 2012.
Para el lector interesado, los siguientes dos trabajos de NASA, el primero presenta el reporte del sistema de protección térmica de la nave Apolo y el segundo es el “Diario” que contiene todo el proceso de resoluciones en el diseño, elaboración prueba y aprobación del sistema de protección térmica de la nave:
APOLLO EXPERIENCE REPORT – THERMAL PROTECTION SUBSYSTEM by James E. Pavlosky and Leslie G, St. Leger . NASA Technical Note D-7564. 1974.
CSM Heat Shield Development Diary. Astronautix.
