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Astronomie+Physik

Warum viele Meteoriten kegelförmig sind

Ein Stück Ton verformt sich im Wasser als Teil eines Experiments. (Bild: NYU's Applied Mathematics Laboratory)

Sie überstehen den feurigen Fall durch die Erdatmosphäre und erreichen schließlich die Erdoberfläche: Dort kommen Meteoriten zwar in vielen unterschiedlichen Gestalten an, doch auffällig häufig besitzen sie eine charakteristische Kegelform. Was es mit diesem Format auf sich hat, haben nun Forscher durch Experimente mit Ton-Objekten im Wasserstrom untersucht. Es zeichnet sich ab: Bei diesen Meteoriten hat sich die Flugposition während des Falls stabilisiert, sodass sie vor dem Einschlag gerichtet durch die Atmosphäre sausen konnten. Durch Schmelz- und Erosionsprozesse bildete sich dann die typische Kegelform, die wiederum selbst zu einer Stabilisierung des gerichteten Fluges führt.

Solange sie sich noch im interplanetaren Raum befinden, bezeichnet man die Ursprungskörper der Meteoriten als Meteoroiden. Wenn sie in die Erdatmosphäre eintreten, verglühen viele von ihnen als Sternschnuppen. Wenn es einer der Himmelskörper allerdings schafft, als kompaktes Objekt die Erdoberfläche zu erreichen, spricht man von einem Meteoriten. „Die Formen der Meteoriten sind nicht so, wie sie im Weltraum waren, da sie beim Flug durch die Atmosphäre teils geschmolzen, erodiert und umgeformt werden“, erklärt Leif Ristroph von der New York University. „Während die meisten Meteoriten zufällig geformt erscheinen, sehen überraschenderweise viele – etwa 25 Prozent – fast wie perfekte Kegel aus“, so der Wissenschaftler. Die Vermutung liegt nahe, dass sich diese Exemplare während des Sturzes durch die Atmosphäre nicht wild gedreht haben, sondern stabil mit der „Nase“ voran unterwegs waren und dadurch diese Form entwickelten.

Experimente mit Ton-Objekten

Den Faktoren, die zur Entstehung dieser kegelförmigen Meteoriten führen, sind Ristroph und seine Kollegen nun durch Experimente nachgegangen. Als Modell für die Meteoroiden, die in die Erdatmosphäre eintreten, benutzten die Forscher zunächst an einem Stab befestigte Ton-Objekte, die Wasserströmung ausgesetzt wurden. Wie die Forscher berichten, bildeten sich durch den erodierenden Effekt des strömenden Mediums auf das weiche Material schließlich Kegel. Interessanterweise entwickelten sie tatsächlich Formen und Winkelmaße, die denen der konischen Meteoriten entsprechen. Dies dokumentierte somit, wie sich deren typische Form durch einen gerichteten Flug bildet. Das Experiment lieferte aber noch keine Hinweise darauf, welche Faktoren zu dem dazu erforderlichen stabilen Flug führen.

In weiteren Experimenten untersuchten die Wissenschaftler deshalb, wie unterschiedlich geformte Objekte frei durchs Wasser sanken. Dabei zeigte sich, welche Gebilde sich bei dieser Bewegung eher stabilisieren konnten. „Schlanke oder schmale Kegel kippen um und taumeln, während breite Kegel flattern und hin und her schaukeln. Dazwischen haben wir jedoch Formen entdeckt, die sich mit ihrer Spitze perfekt geradeaus bewegen“, berichtet Ristroph.

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Einblicke – aber auch offene Fragen

Ihm und seinen Kollegen zufolge passten diese optimalen Formen wiederum genau zu den erodierten Ton-Gebilden, die bei dem vorhergehenden Experiment durch die Strömung entstanden waren und somit auch zu den Formen der tatsächlichen konischen Meteoriten. „Diese Experimente geben somit Einblicke in die Entstehungsgeschichte der konischen Meteoriten: Die aerodynamischen Kräfte, die Meteoriten während des Fluges teilweise schmelzen und formen, stabilisieren letztlich auch ihre Ausrichtung, sodass sich die Kegelgestalt ausbilden kann, die schließlich auf der Erde ankommt“, so Ristroph.

Wie er und seine Kollegen einräumen, bleiben nun allerdings Fragen offen. Es liegt ihnen zufolge ein „Henne-Ei-Problem“ vor. Aus ihren Ergebnissen geht hervor: Ein erodierbarer Körper wird bei fester Orientierung in eine Kegelform verwandelt und ein fallender Körper mit dieser Form erreicht auch eine aerodynamisch stabile Orientierung. Aber welcher Prozess ist übergeordnet? Was ist Ursache und was ist Wirkung? Weitere Untersuchungen könnten nun Einblicke in diese Frage gewähren, sagen Ristroph und seine Kollegen. „Die vollständige Entstehungsgeschichte der konischen Meteoriten bleibt noch zu erzählen“, schreiben die Wissenschaftler.

Quelle: New York University, Fachartikel: PNAS, doi: 10.1073/pnas.1815133116

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