Apa yang Terjadi Saat Meteor Menabrak Atmosfer? – Majalah Time.com

  • Whatsapp


Di langit di atas, hujan tanah.

Bacaan Lainnya

Setiap detik, jutaan keping kotoran yang lebih kecil dari sebutir pasir menghantam atmosfer atas bumi. Pada ketinggian sekitar 100 kilometer, serpihan debu, terutama puing-puing dari tabrakan asteroid, menyebar di langit menguap saat mereka melaju 10 hingga 100 kali kecepatan peluru. Yang lebih besar bisa membuat goresan di langit, meteor yang membuat kita terengah-engah.

Para ilmuwan menggunakan superkomputer untuk membantu memahami bagaimana meteor kecil, tidak terlihat dengan mata telanjang, membebaskan elektron yang dapat dideteksi oleh radar dan dapat mengkarakterisasi kecepatan, arah, dan laju perlambatan meteor dengan presisi tinggi, memungkinkan asalnya dapat ditentukan. Karena debu antariksa yang jatuh ini membantu menaburkan awan pembentuk hujan, penelitian dasar tentang meteor ini akan membantu para ilmuwan lebih memahami kimia atmosfer bumi. Terlebih lagi, komposisi meteor membantu para astronom mengkarakterisasi lingkungan luar angkasa tata surya kita.

Meteor memainkan peran penting dalam ilmu atmosfer atas, tidak hanya untuk Bumi tetapi juga untuk planet lain. Mereka memungkinkan para ilmuwan untuk dapat mendiagnosis apa yang ada di udara menggunakan laser penginderaan jauh lidar, yang memantul dari debu meteor untuk mengungkapkan suhu, kepadatan, dan angin di atmosfer bagian atas.

Distribusi frekuensi plasma representatif yang digunakan dalam simulasi ablasi meteor. Kredit: Gula dkk.

Para ilmuwan juga melacak dengan radar plasma yang dihasilkan oleh meteor, menentukan seberapa cepat angin bergerak di bagian atas atmosfer dengan seberapa cepat plasma didorong. Ini adalah wilayah yang tidak mungkin dipelajari dengan satelit, karena hambatan atmosfer pada ketinggian ini akan menyebabkan pesawat ruang angkasa masuk kembali ke atmosfer.

Penelitian meteor adalah diterbitkan pada Juni 2021 dalam Journal of Geophysical Research: Space Physics of the American Geophysical Society.

Di dalamnya, penulis utama Glenn Gula dari Universitas Johns Hopkins mengembangkan simulasi komputer untuk memodelkan fisika tentang apa yang terjadi ketika sebuah meteor menabrak atmosfer. Meteor memanas dan melepaskan material dengan kecepatan hipersonik dalam proses yang disebut ablasi. Bahan gudang membanting menjadi molekul atmosfer dan berubah menjadi plasma bercahaya.

“Apa yang kami coba lakukan dengan simulasi meteor adalah meniru proses ablasi yang sangat kompleks, untuk melihat apakah kami memahami fisika yang terjadi; dan juga mengembangkan kemampuan untuk menginterpretasikan pengamatan meteor dengan resolusi tinggi, terutama pengamatan radar terhadap meteor,” kata rekan penulis studi tersebut. Meers Oppenheim, Profesor Astronomi di Universitas Boston.

Piring radar besar, seperti ikon tetapi sekarang sudah tidak berfungsi Arecibo teleskop radar, telah merekam beberapa meteor per detik di sepetak kecil langit. Menurut Oppenheim, ini berarti Bumi dihantam jutaan meteor setiap detiknya.

“Menafsirkan pengukuran itu rumit,” katanya. “Mengetahui apa yang kita lihat ketika kita melihat pengukuran ini tidak begitu mudah untuk dipahami.”

Simulasi di kertas pada dasarnya membentuk sebuah kotak yang mewakili sepotong atmosfer. Di tengah kotak, sebuah meteor kecil ditempatkan, memuntahkan atom. Simulasi domain-waktu partikel-dalam-sel, perbedaan-hingga digunakan untuk menghasilkan distribusi kerapatan plasma yang dihasilkan oleh atom-atom meteor saat elektronnya terlepas dalam tabrakan dengan molekul-molekul udara.

“Radar sangat sensitif terhadap elektron bebas,” jelas Oppenheim. “Anda membuat plasma berbentuk kerucut besar yang berkembang segera di depan meteoroid dan kemudian tersapu di belakang meteoroid. Itulah yang diamati radar. Kami ingin dapat beralih dari apa yang telah diamati radar kembali ke seberapa besar meteoroid itu. Simulasi memungkinkan kami untuk merekayasa balik itu.”

Tujuannya agar bisa melihat kekuatan sinyal pengamatan radar dan bisa mendapatkan ciri fisik meteor, seperti ukuran dan komposisinya.

“Sampai sekarang kami hanya memiliki perkiraan yang sangat kasar tentang itu. Simulasi memungkinkan kami untuk melampaui perkiraan mentah yang sederhana, ”kata Oppenheim.

“Teori analitik bekerja dengan sangat baik ketika Anda dapat mengatakan, ‘Oke, fenomena tunggal ini terjadi, terlepas dari fenomena lain ini.’ Tetapi ketika itu semua terjadi sekaligus, itu menjadi sangat berantakan. Simulasi menjadi alat terbaik,” kata Oppenheim.

Oppenheim dianugerahi waktu superkomputer oleh Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) di TACC Terinjak2 superkomputer untuk simulasi meteor.

“Sekarang kami benar-benar dapat menggunakan kekuatan Stampede2 — superkomputer raksasa ini — untuk mengevaluasi ablasi meteor dengan sangat detail,” kata Oppenheim. “XSEDE memungkinkan penelitian ini dengan memudahkan saya, para siswa, dan rekan penelitian untuk memanfaatkan superkomputer.”

“Sistem berjalan dengan baik,” tambahnya. “Kami menggunakan banyak paket matematika dan paket penyimpanan data. Semuanya sudah dikompilasi sebelumnya dan siap untuk kita gunakan di XSEDE. Mereka juga memiliki dokumentasi yang baik. Dan staf XSEDE sangat baik. Ketika kita mengalami hambatan atau rintangan, mereka sangat membantu. Itu adalah aset yang luar biasa untuk dimiliki.”

Para astronom sangat maju dari tempat mereka berada 20 tahun yang lalu dalam hal kemampuan untuk memodelkan ablasi meteor. Oppenheim merujuk pada 2020 belajar dipimpin oleh sarjana Universitas Boston Gabrielle Guttormsen yang mensimulasikan ablasi meteor kecil untuk melihat seberapa cepat panasnya dan seberapa banyak material yang menggelembung.

Fisika ablasi meteor sangat sulit dilakukan dengan perhitungan pena dan kertas, karena meteor sangat tidak homogen, kata Oppenheim. “Kamu pada dasarnya memodelkan ledakan. Semua fisika ini terjadi dalam milidetik, ratusan milidetik untuk yang lebih besar, dan untuk mobil balap, bola api raksasa yang bisa bertahan beberapa detik, kita berbicara detik. Itu adalah peristiwa yang eksplosif.”

Besar medan listrik kuadrat dari medan total (baris atas) dan medan hamburan (baris bawah) pada bidang yz (kolom kiri) dan bidang xy (kolom kanan) setelah pulsa datang menumbuk pusat meteor padat menggunakan Dimant- Distribusi plasma model Oppenheim. Kredit: Gula dkk.

Tim Oppenheim memodelkan ablasi sepanjang jalan dari picoseconds, yang merupakan skala waktu dari meteor yang hancur dan atom-atom yang berinteraksi ketika molekul udara menabrak mereka. Meteor-meteor tersebut kerap melaju dengan kecepatan ganas 50 kilometer per detik atau bahkan hingga 70 kilometer per detik.

Oppenheim menguraikan tiga jenis simulasi yang dia lakukan untuk menyerang masalah ablasi meteor. Pertama, ia menggunakan dinamika molekul, yang melihat atom individu sebagai molekul udara menabrak partikel kecil pada resolusi waktu picosecond.

Selanjutnya, dia menggunakan simulator yang berbeda untuk melihat apa yang terjadi ketika molekul-molekul itu kemudian terbang menjauh, dan kemudian molekul-molekul independen itu menabrak molekul udara dan menjadi plasma dengan radiasi elektromagnetik. Akhirnya, dia mengambil plasma itu dan meluncurkan radar virtual ke sana, mendengarkan gema di sana.

Sejauh ini, dia belum bisa menggabungkan ketiga simulasi tersebut menjadi satu. Inilah yang dia gambarkan sebagai ‘masalah kaku’, dengan terlalu banyak rentang waktu untuk teknologi saat ini untuk menangani satu simulasi yang konsisten.

Oppenheim mengatakan dia berencana untuk melamar waktu superkomputer di TACC yang didanai NSF Frontera superkomputer, superkomputer akademik tercepat di planet ini. “Stampede2 bagus untuk banyak uji coba yang lebih kecil, tetapi jika Anda memiliki sesuatu yang sangat besar, Frontera dimaksudkan untuk itu,” katanya.

Kata Oppenheim: “Superkomputer memberi para ilmuwan kekuatan untuk menyelidiki secara rinci proses fisik yang sebenarnya, bukan model mainan yang disederhanakan. Mereka pada akhirnya adalah alat untuk menguji gagasan secara numerik dan mencapai pemahaman yang lebih baik tentang sifat fisika meteor dan segala sesuatu di alam semesta.”

Ditulis oleh Jorge Salazar

Sumber: TACC



Pos terkait

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *