Thiên thạch rơi xuống bầu khí quyển Trái đất trên Nga vào ngày 15 tháng 2 năm 2013 chỉ kéo dài trong chốc lát. Nhưng nó đã tạo ra một vành đai bụi tồn tại trong nhiều tháng.
Vào ngày 15 tháng 2 năm 2013, một thiên thạch lớn đã tạo ra tin tức trên khắp thế giới với sự xuất hiện ngắn gọn nhưng đầy kịch tính trên bầu trời thành phố Chelyabinsk của Nga. Quan sát từ Vệ tinh hợp tác quỹ đạo cực quốc gia NASA-NOAA Suomi theo dõi đám mây bụi sao băng trong bầu khí quyển phía trên khi chỉ mất bốn ngày để quay trở lại bầu trời trên đảo Chelyabinsk. Trong những ngày, tuần và tháng tiếp theo, các quan sát vệ tinh về bụi từ thiên thạch Chelyabinsk - cộng với các mô hình máy tính của các luồng gió trong khí quyển trên - đã giúp các nhà khoa học dự đoán sự tiến hóa của bụi khi nó tạo thành một vòng bụi trong bầu khí quyển phía trên, trên vĩ độ bắc.
Bầu trời sau bình minh trên thị trấn Chelyabinsk của Nga vào ngày 15 tháng 2 được thắp sáng bởi thứ giống như mặt trời thứ hai trong giây lát. Một quả cầu lửa khổng lồ xuất hiện trên bầu trời, sáng rực lên đến đỉnh điểm trong một ánh sáng rực rỡ được chụp bởi nhiều camera trên bảng điều khiển xe hơi. Không lâu sau, tiếng nổ lớn phát ra từ vụ nổ làm vỡ cửa kính, thậm chí làm hỏng một số tòa nhà. Có sự hoảng loạn và hoang mang lan rộng; một số người đủ tuổi để nhớ chiến tranh lạnh thậm chí cho rằng đó là một cuộc tấn công hạt nhân.
Nhà vật lý khí quyển của NASA Nick Gorkavyi đã bỏ lỡ trải nghiệm một lần trong đời, điều này làm kinh ngạc và khiếp sợ người dân quê hương. Nhưng từ văn phòng của ông tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, ông và các đồng nghiệp của mình đã nắm bắt một cơ hội chưa từng có để theo dõi hậu quả của thiên thạch rơi xuống trái đất, bằng cách theo dõi đám mây bụi lớn của nó trong bầu khí quyển phía trên bằng cách quan sát từ Vệ tinh hợp tác quỹ đạo cực quốc gia NASA-NOAA Suomi. Phát hiện của họ gần đây đã được chấp nhận để công bố trên tạp chí Thư nghiên cứu địa vật lý.
Sao băng nhìn thấy trên Nga ngày 15 tháng 2 năm 2013
Trước khi nó sụp đổ trong bầu khí quyển Trái đất, thiên thạch lớn này, còn được gọi là sao băng, được cho là có chiều dài 59 feet và nặng 11.000 tấn. Thọc qua bầu khí quyển vào khoảng 41.000 dặm một giờ, các thiên thạch mạnh mẽ nén khí theo cách của nó, làm cho không khí bị nén nóng lên, do đó làm nóng các thiên thạch. Quá trình này đã leo thang cho đến khi, tại 14,5 dặm trên Chelyabinsk, các thiên thạch phát nổ.
Trong khi một số khối của đá vũ trụ tan rã rơi xuống đất, hàng trăm tấn thiên thạch đã bị giảm xuống thành bụi trong quá trình bốc lửa vào bầu khí quyển. Gorkavyi cho biết trong một thông cáo báo chí:
Chúng tôi muốn biết liệu vệ tinh của chúng tôi có thể phát hiện ra bụi thiên thạch hay không. Thật vậy, chúng ta đã thấy sự hình thành của một vành đai bụi mới trong tầng bình lưu Trái đất, và đã đạt được sự quan sát trên không gian đầu tiên về sự tiến hóa dài hạn của một vết loang.
Khoảng 3,5 giờ sau vụ nổ, vệ tinh Suomi đã quan sát đầu tiên của chùm bụi ở độ cao 25 dặm, nhanh chóng di chuyển về phía đông tại 190 dặm một giờ. Một ngày sau, vệ tinh quan sát thấy chùm khói di chuyển về phía đông được mang theo bởi luồng phản lực tầng bình lưu - dòng không khí trong bầu khí quyển phía trên - trên các đảo Aleutian nằm giữa Bán đảo Alaska và Bán đảo Nga Kamchatka. Đến lúc đó, các hạt bụi nặng hơn đang chậm lại và hạ xuống độ cao thấp hơn, trong khi bụi nhẹ hơn tiếp tục ở trên cao ở tốc độ gió của độ cao tương ứng. Bốn ngày sau vụ nổ, các hạt bụi nhẹ hơn chạy theo luồng không khí nhanh hơn đã tạo thành một vòng tròn hoàn chỉnh xung quanh bán cầu bắc phía trên, quay trở lại nơi tất cả bắt đầu, trên Chelyabinsk.
Gorkavyi và các đồng nghiệp của mình tiếp tục đi theo vết loang khi nó tan biến trong một vành đai ở độ cao trên của bầu khí quyển. Ba tháng sau, vành đai bụi vẫn được vệ tinh Suomi phát hiện.
Sử dụng các phép đo vệ tinh ban đầu của bụi thiên thạch và các mô hình khí quyển, Gorkavyi và các cộng tác viên của ông đã tạo ra các mô phỏng về hành trình của bụi khói băng qua bầu khí quyển phía trên của bán cầu bắc. Dự đoán của họ đã được xác nhận thông qua các quan sát vệ tinh sau đó về sự phát tán bụi của thiên thạch. Paul Newman, nhà khoa học trưởng của Phòng thí nghiệm khoa học khí quyển Goddard, cho biết trong cùng một thông cáo báo chí,
Ba mươi năm trước, chúng ta chỉ có thể nói rằng chùm khói được nhúng vào dòng phản lực tầng bình lưu. Ngày nay, các mô hình của chúng tôi cho phép chúng tôi theo dõi chính xác bolide và hiểu sự tiến hóa của nó khi nó di chuyển trên toàn cầu.
Sự phân tán khói bụi sao băng mô phỏng, như trong video này, đã dự đoán chính xác chuyển động của bụi bụi thực tế được ghi lại bằng các quan sát vệ tinh.
Mỗi ngày, Trái đất bị bắn phá bởi hàng tấn hạt trên đường đi khi nó quay quanh mặt trời. Phần lớn kết thúc lơ lửng trong bầu khí quyển phía trên. Tuy nhiên, khi so sánh với các tầng khí quyển thấp hơn có nhiều hạt lơ lửng hơn từ núi lửa và các nguồn tự nhiên khác, bầu khí quyển phía trên có vẻ tương đối sạch sẽ, ngay cả với sự bổ sung các hạt từ thiên thạch Chelyabinsk gần đây. Các quan sát vệ tinh Suomi về chùm bụi đã chứng minh rằng các hạt mịn trong khí quyển có thể được đo khá chính xác, mở ra cơ hội mới để nghiên cứu vật lý của bầu khí quyển phía trên, theo dõi sự phá vỡ của thiên thạch trong khí quyển và tìm hiểu cách các hạt ngoài trái đất này ảnh hưởng đến sự hình thành của đám mây ở phía trên và ngoài cùng của khí quyển. Gorkavyi cho biết, trong thông cáo báo chí,
Bây giờ trong thời đại vũ trụ, với tất cả các công nghệ này, chúng ta có thể đạt được một mức độ hiểu biết rất khác nhau về quá trình phun và tiến hóa của bụi thiên thạch trong khí quyển. Tất nhiên, bolide của Bulgabinsk nhỏ hơn nhiều so với sát thủ khủng long ,, và điều này là tốt: Chúng tôi có cơ hội duy nhất để nghiên cứu một cách an toàn một loại sự kiện rất nguy hiểm.
Điểm mấu chốt: Khi một thiên thạch lớn phát nổ trên thị trấn Chelyabinsk, Nga, vào ngày 15 tháng 2 năm 2013, nó đã mang đến cho các nhà vật lý khí quyển của NASA một cơ hội duy nhất để theo dõi các đám bụi lớn do vụ nổ và tan rã của thiên thạch. Các hạt bụi đã được quan sát trong vài tháng bởi Vệ tinh hợp tác quỹ đạo cực quốc gia NASA-NOAA Suomi. Những quan sát ban đầu sau vụ nổ và mô hình của các luồng không khí trong khí quyển đã có thể dự đoán thành công sự phát triển của đám bụi khi nó lắng xuống một vòng bụi toàn cầu trong bầu khí quyển phía trên, lơ lửng ở bán cầu bắc. Phân tích này mở ra những cánh cửa mới trong việc theo dõi các hạt trong không gian xâm nhập và bị cuốn vào bầu khí quyển phía trên và cách nó ảnh hưởng đến sự hình thành đám mây ở độ cao khí quyển.