Wie groß wäre der Krater eines Asteroiden

Ein Loch in der Wüste von Arizona

Fährt man von Flagstaff auf der Interstate 40 nach Osten, hebt sich aus der flachen Wüste ein niedriger Wall. Steigen Sie hinauf an die Kante, und der Boden fällt in eine Schüssel ab, 1,2 km breit und etwa 170 m tief. Jahrelang stritt man, ob ein Vulkan sie geschaffen hatte. 1960 fanden Eugene Shoemaker und seine Kollegen dort Coesit, eine Form von Quarz, die nur unter Drücken entsteht, die weit über allem liegen, was ein Vulkan erzeugen kann. Gegraben hat das Loch ein Stück Eisen, das vor etwa 50.000 Jahren aus dem All fiel.

Seltsam ist, wie klein dieses Stück war. Collins, Melosh und Marcus, deren Veröffentlichung von 2005 diese Ausstellung folgt, nehmen für Meteor Crater einen 40 m großen Eisenkörper als Beispiel. Ein Brocken von der Größe eines großen Hauses hinterließ ein Loch, das dreißigmal breiter war als er selbst. Hier wählen Sie den Brocken und sehen, wohin seine Energie geht: in die Luft, in einen Hitzeblitz, in eine Stoßwelle und in den Boden.

So benutzen Sie das Modell

Wählen Sie eine Größe zwischen 4 m und 20 km, ein Material, eine Geschwindigkeit am oberen Rand der Atmosphäre und einen Winkel zum Boden. Wählen Sie, worauf er trifft: kristallines Gestein wie Granit, geschichtetes Sedimentgestein oder einen 4 km tiefen Ozean. Drücken Sie „Erneut fallen lassen“, und der Brocken durchquert die untersten 100 km Luft und fällt auf eine runde Landschaftsscheibe. Die Scheibe wächst oder schrumpft mit dem Ereignis: Ein Feuerball wie der von Tscheljabinsk erscheint über einer Karte mit 20 km Radius, ein Einschlag wie Chicxulub über einer Karte mit 1000 km Radius. Die Höhen sind gestreckt, damit ein Krater von einigen hundert Metern Tiefe noch zu sehen ist; die Anzeige oben links sagt, um wie viel.

Unter der Ausstellung steht eine Liste echter Ereignisse, insgesamt 30. Wählen Sie eines, fällt ein Brocken mit Größe, Geschwindigkeit, Winkel und Untergrund dieses Ereignisses. Dazu gibt es eine Karte. Wählen Sie Ihre eigene Stadt, und die Ringe des aktuellen Brockens werden um sie gezeichnet, mit Entfernung und Richtung zu jedem Fall der Liste.

Warum die Geschwindigkeit mehr zählt als die Größe

Alles beginnt mit der Bewegungsenergie: die halbe Masse mal das Quadrat der Geschwindigkeit. Nehmen Sie einen 100 m großen Steinasteroiden. Gestein dieser Art hat eine Dichte von etwa 2700 kg/m³, die Kugel wiegt also rund 1,4 Milliarden kg. Bei 20 km/s gilt

E = ½ × 1,41×10⁹ kg × (20.000 m/s)² = 2,8×10¹⁷ J

Das sind etwa 68 Megatonnen TNT. Doppelte Größe vervielfacht die Masse, und damit die Energie, um acht. Doppelte Geschwindigkeit vervierfacht die Energie.

Langsamer als etwa 11 km/s kann ein Asteroid die Erde nicht treffen; diese Geschwindigkeit gewinnt alles, was aus großer Ferne auf sie zufällt. Am schnellsten, bei einem Kometen, der der Erde frontal begegnet, sind es etwa 72 km/s. Der Geschwindigkeitsregler deckt diesen ganzen Bereich ab. Die meisten erdnahen Asteroiden kommen mit etwa 17 bis 20 km/s an.

Bei 20 km/s ist die Luft eine Wand

Luft wirkt dünn, aber bei diesen Geschwindigkeiten trifft sie die Vorderseite des Brockens wie ein Hammer. Der Druck auf die Stirnfläche entspricht ungefähr der Luftdichte mal dem Quadrat der Geschwindigkeit. In 60 km Höhe hat die Luft im Modell etwa 1/1800 der Dichte auf Meereshöhe, und doch ergibt das bei 20 km/s rund 0,2 MPa. Das ist bereits die Festigkeit, die Collins und Kollegen einem Steinkörper geben (ihre Formel setzt sie auf 0,22 MPa). Kleine Asteroiden sind schwach, weil sie voller Risse sind, und so zerbricht der Brocken hoch am Himmel.

Was dann geschieht, hängt von der Größe ab. Nach dem Zerbrechen fliegen die Stücke gemeinsam weiter, breiten sich aber seitlich aus wie ein Pfannkuchen. Eine breitere Wolke trifft auf mehr Luft und wird schneller langsamer. Breitet sich die Wolke vor dem Boden auf etwa das Siebenfache ihrer ursprünglichen Breite aus, nimmt die Veröffentlichung an, dass ihre ganze Energie in dieser Höhe frei wird. Das ist eine Luftexplosion. Das Diagramm unten rechts auf der Bühne zeigt, wie die Geschwindigkeit des fallengelassenen Brockens mit der Höhe sinkt.

Das Material ändert alles. Eisen ist etwa dreimal so dicht wie Gestein und weit fester, daher hält ein 40 m großer Eisenkörper bis 17 km durch und erreicht den Boden mit etwa 10 km/s. Ein gleich großer Stein explodiert in 12 km und hinterlässt gar keinen Krater. Kometeneis mit 1000 kg/m³ ist das schwächste der vier Materialien; ein 100 m großer Eiskörper explodiert in etwa 6 km.

Luftexplosionen: Tscheljabinsk und Tunguska

Am 15. Februar 2013 kam ein etwa 17 bis 20 m großer Brocken mit 18,6 km/s auf flacher Bahn über den südlichen Ural. Einen Moment lang war er heller als die Sonne. Sensoren der US-Regierung legten den hellsten Punkt auf 23,3 km und die Energie auf etwa 440 Kilotonnen fest. Ein, zwei Minuten später erreichte die Stoßwelle Tscheljabinsk und zerbrach in der ganzen Stadt Fenster; mehr als 1500 Menschen wurden verletzt, meist durch umherfliegendes Glas (die NASA-Arbeitsgruppe für kleine Körper zählt mehr als 1600).

Für diese Werte liefert die Ausstellung eine Explosion in 33 km mit 490 kt. Die Energie passt gut; die Höhe liegt über dem, was die Sensoren sahen, weil das Modell den Brocken als einen Körper mit einer einzigen Festigkeit behandelt, während der echte in mehreren Stufen zerbrach.

Tunguska am 30. Juni 1908 war größer: Ein etwa 40 bis 100 m großer Körper (NASA-Seiten nennen sowohl etwa 40 m als auch 50 bis 100 m) explodierte einige Kilometer über dem sibirischen Wald und knickte auf rund 2150 km² die Bäume um. Es gibt keinen Krater, was die erste Expedition 1927 verwirrte. Lassen Sie einen 60 m großen Stein mit 20 km/s unter 45° fallen, explodiert er im Modell in etwa 6 km, und der blaue Ring, in dem Holzrahmenhäuser einstürzen würden, reicht bis 12 km.

Wie die Kratergröße berechnet wird

Ein Brocken, der den Boden erreicht, bohrt kein Loch seiner eigenen Größe. Er kommt innerhalb von ein bis zwei eigenen Durchmessern zum Stehen, und fast seine ganze Energie wird zu einer Stoßwelle im Boden. Der Stoß drückt Gestein nach unten und außen und öffnet eine Schüssel, den vorübergehenden Krater. Collins und Kollegen verwenden ein Skalierungsgesetz, das an Experimente und Sprengkrater angepasst ist:

D = 1,161 × (ρi/ρt)^(1/3) × L^0,78 × v^0,44 × g^(−0,22) × sin^(1/3)θ

Dabei sind ρi und ρt die Dichten von Brocken und Boden, L der Durchmesser des Brockens, v die Geschwindigkeit am Boden, g die Schwerebeschleunigung und θ der Winkel. Die Exponenten sind kleiner als eins. Ein doppelt so breiter Brocken macht einen 1,7-mal so breiten Krater, und doppelte Geschwindigkeit verbreitert ihn nur um 36 %.

Der vorübergehende Krater hat keinen Bestand. Seine steilen Wände rutschen nach innen. Auf der Erde bleibt eine Schüssel bis etwa 3,2 km Breite ein einfacher Krater: Der Rand weitet sich um ein Viertel, und eine Linse aus zerbrochenem Gestein füllt den Boden zur Hälfte. Meteor Crater ist das Lehrbuchbeispiel. Darüber federt der Boden nach oben, wie Wasser nach einem Steinwurf, und die Wände brechen in Terrassen ein. Es entsteht ein komplexer Krater, breit und flach, oft mit Zentralberg oder Bergring. Der 400-m-Stein des Modells erzeugt einen komplexen Krater von 6,4 km Breite und nur etwa 700 m Tiefe.

Hitze und die Stoßwelle in der Luft

Oberhalb von etwa 15 km/s verdampft ein Einschlag an Land einen Teil des Brockens und des Bodens, und der heiße Dampf bläht sich zu einem Feuerball auf. Die Veröffentlichung gibt seinen Radius als das 0,002-Fache der Kubikwurzel der Energie in Joule an, etwa 5 km für den 400-m-Brocken. Ein Teil dieser Energie geht als Licht ab. Der gelbe Ring markiert, bis wohin die Hitze für Verbrennungen zweiten Grades auf ungeschützter Haut reichen würde.

Die Stoßwelle in der Luft wird aus Daten von Kernwaffentests berechnet, skaliert nach der Energie. Der blaue Ring steht für 26,8 kPa Überdruck, bei dem Holzrahmenhäuser fast vollständig einstürzen. Der hellblaue Ring steht für 6,9 kPa, bei dem Fensterglas bricht. Diese Ringe sind ohne Hügel im Weg und ohne Erdkrümmung für den Stoß gezeichnet; sie sind eine obere Richtschnur, keine Vorhersage.

Ins Meer

Etwa sieben Zehntel der Oberfläche sind Ozean, also landen die meisten Brocken im Wasser. Für einen fallenden Brocken ist Wasser wie eine sehr dicke Luftschicht: Es bremst ihn hart. Das Modell öffnet mit demselben Skalierungsgesetz einen Hohlraum im Wasser und berechnet dann, wie viel Geschwindigkeit der Brocken auf dem Weg zum Grund behält. Ein 400-m-Stein in 4 km Wasser öffnet ein Loch von 8,4 km Breite, aber nur etwa 3 km Tiefe, und macht am Meeresboden nur eine kleine Delle. Ein 10-km-Brocken geht glatt bis zum Grund durch. Der Eltanin-Einschlag vor 2,5 Millionen Jahren im Südlichen Ozean hinterließ Meteoritenmaterial im Bodenschlamm, doch einen Krater hat niemand gefunden.

Das Modell berechnet keine Tsunamis. Ihre Höhe hängt von der Form der Küste und des Meeresbodens ab, und die Veröffentlichung gibt nur eine grobe Schätzung.

Chicxulub und das Ende der Dinosaurier

1980 beschrieben Luis und Walter Alvarez und ihr Team eine dünne, iridiumreiche Schicht an der Grenze zwischen Kreide- und Paläogengestein in Italien; Iridium ist in der Erdkruste selten, in Meteoriten aber häufig. Sie schlugen vor, dass vor 66 Millionen Jahren ein etwa 10 km großer Asteroid eingeschlagen war. 1991 zeigten Alan Hildebrand und Kollegen, dass ein begrabener, etwa 180 km breiter Ring unter der Halbinsel Yucatán, zuerst bei der Ölsuche bemerkt, der Krater ist.

Collins und Kollegen nehmen einen 18 km großen Stein mit 20 km/s und 45° als Beispiel in der Größe von Chicxulub, und das Modell ergibt 186 km. Eine Studie von Collins und anderen aus dem Jahr 2020, die Computermodelle mit der begrabenen Form des Kraters abglich, fand als wahrscheinlichsten Winkel 45 bis 60°. Wählen Sie Chicxulub in der Liste, um diesen Fall fallen zu lassen.

Koreas Krater bei Hapcheon

Die Reisfelder von Jeokjung und Chogye in Hapcheon in der Provinz Gyeongsangnam-do liegen in einem runden Becken von etwa 7 km Breite. 2020 bohrte das Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM) 142 m tief in den Beckenboden und fand Strahlenkegel und Quarz mit planaren Deformationsstrukturen, zwei Spuren, die nur ein Einschlag hinterlässt. Das Team schätzte einen etwa 200 m großen Körper und ein Alter von etwa 50.000 Jahren anhand von Holzkohle im Seeschlamm über dem zerbrochenen Gestein. Eine Studie von 2023 an einem zweiten Bohrkern nutzte kosmogene Nuklide und fand die untersten Schichten etwa 1,3 Millionen Jahre alt; über das Alter wird also noch gestritten.

Mit diesem Modell braucht ein 7-km-Krater einen etwa 400 m großen Stein mit 20 km/s und 55°. Der Abstand zu den 200 m des KIGAM zeigt, wie locker solche Schätzungen sind. Die Kratergröße wächst nur langsam mit der Größe des Brockens, deshalb bewirkt eine kleine Änderung der Kraterbreite oder des Skalierungsgesetzes eine große Änderung beim Brocken.

Planetare Abwehr: Was DART gezeigt hat

Der größte Teil der Gefahr ist im Voraus bekannt. Die NASA und andere Behörden haben die große Mehrheit der erdnahen Asteroiden über 1 km gefunden, und keiner davon ist auf einer Bahn, die im nächsten Jahrhundert die Erde trifft. Schwierigere Ziele sind Brocken von 100 bis 300 m, groß genug, um eine Region zu zerstören, aber lichtschwach genug, um übersehen zu werden.

Am 26. September 2022 prallte die etwa 580 kg schwere NASA-Sonde DART mit 6,1 km/s auf Dimorphos. Dimorphos ist ein etwa 150 m großer Mond, der den größeren Asteroiden Didymos alle 11 Stunden 55 Minuten umrundet. Keiner der beiden bedroht die Erde, was sie zu einem sicheren Test machte. Teleskope auf der Erde maßen die Umlaufzeit des Mondes vorher und nachher: Sie war um 33 Minuten kürzer geworden, auf eine Minute genau. Der Schub war 3,6-mal größer als der Impuls der Sonde selbst, weil das an der Einschlagstelle ausgeworfene Gestein in die Gegenrichtung zurückstieß, wie der Abgasstrahl einer Rakete.

Diese Zahl ist für die Planung wichtig. Ein kleiner, früher Schubs genügt: Eine Geschwindigkeitsänderung von wenigen Millimetern pro Sekunde, Jahre im Voraus, summiert sich bis zur Rückkehr des Brockens auf Tausende Kilometer. Wählen Sie Dimorphos in der Liste, um zu sehen, was ein Körper dieser Größe bei einem echten Einschlag anrichten würde. Apophis, etwa 340 m groß, zieht am 13. April 2029 in etwa 32.000 km Höhe über der Oberfläche vorbei, näher als manche Wettersatelliten; die NASA hat einen Einschlag für mindestens hundert Jahre ausgeschlossen. Bennu, von dem OSIRIS-REx Proben nahm, trifft die Erde vor dem Jahr 2300 mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 1 zu 1750.

Rechenbeispiel: ein 1 km großer Brocken mit 20 km/s

Nehmen Sie eine steinerne Kugel von 1 km Durchmesser, eine Größe, an der die NASA und andere Behörden ihre Suchziele ausgerichtet haben. In der Ausstellung wählen Sie sie nahe dem oberen Ende des Größenreglers. Das ist die Rechnung, die das Modell zuerst macht.

Das Volumen einer Kugel ist π/6 × d³, also π/6 × (1000 m)³ = 5,24×10⁸ m³. Bei 2700 kg/m³ ergibt das eine Masse von 1,41×10¹² kg, rund 1,4 Milliarden Tonnen. Bei 20 km/s gilt:

E = ½ × 1,41×10¹² kg × (20.000 m/s)² = 2,8×10²⁰ J

Teilen Sie durch 4,184×10¹⁵ J je Megatonne, dann erhalten Sie rund 68.000 Mt TNT. Zum Vergleich: Das sind etwa 150.000 Ereignisse wie in Tscheljabinsk (je 440 kt) oder etwa das 1400-Fache der sowjetischen 50-Mt-Testbombe, der größten, die je gezündet wurde. Ist der Brocken zehnmal so breit wie im 100-m-Beispiel weiter oben, wächst die Energie auf das Tausendfache, von 68 Mt auf 68.000 Mt, und in der Rechnung ändert sich nur der Kubus.

Zwei Dinge fallen auf. Erstens: Derselbe Brocken aus Eisen (die Ausstellung nimmt 8000 kg/m³) hätte fast dreimal so viel Energie, rund 200.000 Mt, weil er fast dreimal so schwer ist. Zweitens: Das Modell behandelt einen Brocken dieser Größe als zu groß, als dass die Luft ihn bremsen oder zerbrechen könnte: Er kommt mit voller Geschwindigkeit an. Die Energie geht in den Boden und in die Luft am Einschlagsort, nicht in eine Explosion in großer Höhe.

Eine Faustregel für die Kraterbreite

Setzt man diesen Brocken in die Kraterformel von oben ein, auf kristallinem Untergrund (2750 kg/m³, Schwerebeschleunigung 9,81 m/s², 45°), kommt der Übergangskrater auf etwa 10,6 km Breite. Das liegt schon über der Grenze von 3,2 km für einfache Krater, also gilt die Korrektur für komplexe Krater aus der Veröffentlichung, und die fertige Schüssel misst etwa 14,5 km. Der Brocken war 1 km breit, der Krater ist also etwa 14-mal so breit.

Dieses Verhältnis ist keine Konstante. Der Meteor Crater hat einen 40 m großen Eisenkörper und eine 1,2 km breite Schüssel, etwa das 30-Fache. Der 18 km große Stein von Chicxulub und sein 186 km breiter Krater ergeben etwa das 10-Fache. Kleine Brocken machen verhältnismäßig größere Krater, weil sie im Exponenten 0,78 der Formel untergehen: Die Schüssel wächst langsamer als der Brocken. Als brauchbare Schnellschätzung gilt: Der Krater ist 10- bis 20-mal so breit wie der Brocken, bei Brocken von 200 m bis 20 km mit üblichen Geschwindigkeiten, und mehr bei sehr kleinen, dichten. Verstehen Sie das als Antwort auf einen Faktor zwei genau, nicht als Vorhersage.

Zum Nachprüfen auf der Bühne stellen Sie Durchmesser auf 1 km, Material auf Gestein, 2700 kg/m³, Eintrittsgeschwindigkeit auf 20 km/s, Eintrittswinkel auf 45° und Untergrund auf Kristallines Gestein, und vergleichen die Anzeige Endkrater mit diesen Zahlen. Anzeige und Rechnung stimmen auf wenige Prozent überein, da beide dieselben Gleichungen verwenden.

Warnskalen: Turin und was die Zahlen bedeuten

Zwei Skalen dienen dazu, über die Gefahr durch Asteroiden zu sprechen, und sie messen Verschiedenes. Die Turin-Skala, 1999 von der Internationalen Astronomischen Union angenommen, ist eine ganze Zahl von 0 bis 10, die die Einschlagswahrscheinlichkeit mit dem möglichen Schaden verbindet, sodass die Öffentlichkeit pro Objekt nur eine Zahl hört. Stufe 0 heißt, die Kollisionswahrscheinlichkeit ist null oder so klein, dass sie praktisch null ist. Die Stufen 1 und 2 gelten für Objekte, die die Aufmerksamkeit der Astronomen verdienen, nicht aber die der Öffentlichkeit; die Beschreibung der NASA vermerkt, dass neue Beobachtungen sie sehr wahrscheinlich auf 0 zurücksetzen. Stufe 3 ist eine nahe Begegnung mit mindestens 1% Wahrscheinlichkeit einer Kollision, die örtliche Zerstörung anrichten könnte, Stufe 4 dieselbe Wahrscheinlichkeit bei regionaler Verwüstung. Die Stufen 8 bis 10 bedeuten, dass die Kollision sicher ist: örtliche Zerstörung bei 8, regionale bei 9, globale Katastrophe bei 10.

Die Palermo-Skala ist eine zweite, fachlichere Zahl, die das Risiko eines Objekts mit dem Hintergrundrisiko aller Brocken dieser Größe oder darüber in der Zeit bis zur Begegnung vergleicht. Fachleute nutzen sie, um Objekte zu ordnen, die zu niedrig für die Turin-Skala sind.

Beide hängen von zwei Zahlen ab. Die eine ist die Energie, die diese Ausstellung zeigt und die bestimmt, was ein Einschlag anrichten würde. Die andere ist die Einschlagswahrscheinlichkeit, die die Ausstellung nicht berechnet: Sie stammt aus Teleskopmessungen der Bahn und sinkt meist auf null, wenn weitere Beobachtungen die Unsicherheit verkleinern. Das Sentry-System der NASA führt die Objekte auf, die sich noch nicht ausschließen lassen, und aktualisiert sie automatisch.

Häufige Irrtümer

„Asteroiden verglühen in der Atmosphäre, also zählen nur riesige.“ Brocken unter etwa 10 m tun das meist. Brocken ab 20 m kommen mit genug Energie an, um eine zerstörerische Druckwelle zu erzeugen, wie Tscheljabinsk zeigte, und das Glühen ist nur ein kleiner Teil der Energie. Was den Brocken zerbricht, ist der Luftdruck auf seiner Vorderseite.

„Eine Luftexplosion ist harmlos, weil es keinen Krater gibt.“ Der Schaden ist die Druckwelle. Tunguska hatte keinen Krater und legte trotzdem etwa 2150 km² Wald um, eine Fläche größer als Groß-London. In Tscheljabinsk wurden mehr als 1500 Menschen verletzt, meist durch zerbrochene Fensterscheiben, bei einer Explosion in etwa 23 km Höhe.

„Ein großer Krater bedeutet einen großen Asteroiden.“ Nur lose. Die Breite wächst mit der Größe des Brockens hoch 0,78 und mit seiner Geschwindigkeit hoch 0,44, sodass ein langsamer, kleiner und ein schneller, noch kleinerer Brocken Krater ähnlicher Breite hinterlassen können. Kommen der unbekannte Winkel und die Art des Untergrunds dazu, passt ein einzelner Krater zu einer ganzen Spanne von Brocken, wie das Beispiel Hapcheon zeigt.

„Wir hätten keine Vorwarnung.“ Die meisten großen Objekte sind im Voraus bekannt, und ein Einschlag auf einer bekannten Bahn wäre Jahre oder Jahrzehnte vorher zu sehen. Die eigentliche Lücke liegt im Bereich von 100 bis 300 m und bei Kometen, die schneller und mit weniger Vorwarnung kommen.

„DART hat den Asteroiden aus dem Weg geräumt, also ist das Problem gelöst.“ DART zeigte, dass eine Raumsonde die Umlaufbahn eines 150 m großen Mondes um 33 Minuten verändern kann. Das ist ein Machbarkeitsnachweis an einem Ziel, das wegen seiner Ungefährlichkeit gewählt wurde. Einen größeren, schwerer zu findenden Brocken abzulenken, braucht mehr Vorwarnzeit, eine schwerere Sonde oder beides.

Was Sie auf der Bühne ausprobieren können

Die folgenden Regler heißen so, wie sie auf der Bühne erscheinen: Durchmesser, Material, Eintrittsgeschwindigkeit, Eintrittswinkel und Untergrund. Die genannten Zahlen wurden mit dem eigenen Modell der Ausstellung berechnet.

1. Lassen Sie Material, Eintrittsgeschwindigkeit und Eintrittswinkel fest und erhöhen Sie den Durchmesser auf etwa das Doppelte. Die Anzeige Energie sollte um das Etwa-8-Fache steigen, der Endkrater nur um das Etwa-1,7-Fache.
2. Stellen Sie Durchmesser auf 100 m, Material auf Gestein, 2700 kg/m³, und erhöhen Sie die Eintrittsgeschwindigkeit von 11 auf 20 km/s. Die Energie steigt um das Etwa-3,3-Fache. Die Anzeige In der Luft nennt die Zerbrechenshöhe, etwa 50 km bei 11 km/s und etwa 60 km bei 20 km/s. Dieser Brocken explodiert nicht in der Luft; er erreicht den Boden mit etwa 3,6 km/s beziehungsweise 6,1 km/s.
3. Stellen Sie Durchmesser auf 60 m bei 20 km/s und vergleichen Sie Gestein, 2700 kg/m³ mit Eisen, 8000 kg/m³. Das Gestein ergibt eine Luftexplosion in etwa 5,7 km Höhe. Das Eisen erreicht den Boden mit etwa 15,9 km/s und gräbt einen Krater.
4. Tippen Sie in der Liste der echten Einschläge auf Tscheljabinsk, dann auf Tunguska. Vergleichen Sie die Anzeigen Häuser stürzen ein und den blauen Ring, und beachten Sie, wie viel größer der von Tunguska ist, obwohl dort kein Krater blieb.
5. Tippen Sie auf Chicxulub und wählen Sie dann Ihre eigene Stadt auf der Karte. Die Ringe dieses Brockens werden um die Stadt gezeichnet, mit Entfernung und Richtung zu jedem Fall der Liste.
6. Lassen Sie einen 400-m-Brocken fallen, mit Untergrund auf Ozean, 4 km tief, dann mit Untergrund auf Kristallines Gestein, und vergleichen Sie die Anzeigen Endkrater. Die Anzeige sagt Wasserkrater für das Meer und nennt eine Kratergröße für das Land.

Was das Modell weglässt

Das Modell folgt den Gleichungen der Veröffentlichung, und die Ausstellung prüft sich an deren Rechenbeispielen: Der 40-m-Eisenkörper, ein 1,75-km-Stein und der 18-km-Stein treffen die veröffentlichten Kratergrößen auf wenige Prozent genau. Manches ist einfacher als in der Wirklichkeit.

• Der Brocken ist eine einzige Kugel mit einer einzigen Festigkeit. Echte Asteroiden sind oft lockere Schutthaufen.
• Die Landschaft ist erfunden, kein echtes Gelände, und Stoß und Hitze breiten sich über flachem Boden aus.
• Die Kraterformen sind aus Durchmesser und Tiefe der Veröffentlichung gezeichnet; Wände und Zentralberge sind eine Darstellung, keine Berechnung.
• Das Eintrittsmodell der Veröffentlichung gilt nur unter 1 km, größere Brocken kommen daher mit voller Geschwindigkeit an.
• Der Ozean hat nur eine Tiefe (4 km), und das Modell zählt einen Krater am Meeresboden nur, wenn der Hohlraum im Wasser den Grund erreicht.
• Erdbeben, Auswurfdicke, Tsunamis und Klimafolgen werden nicht berechnet.

Ein Krater in sieben Phasen

Mit der Zeitachse lässt sich ein einzelner Einschlag durchlaufen. Die Zeile „Phase“ in der Tabelle nennt jeden Schritt und die zugehörige Modellzeit. Vor dem Einschlag zählt die Uhr rückwärts: Der Brocken durchquert die letzten 100 km Luft in wenigen Sekunden. Diese Zeit wird aus derselben Geschwindigkeitskurve wie die Grafik berechnet. Kontakt und Kompression dauern ungefähr so lange, wie der Brocken braucht, um seinen eigenen Durchmesser zurückzulegen: bei einem 40 m großen Körper einige Tausendstelsekunden. Dann hebt die Stoßwelle den Übergangskrater aus, eine Schüssel, die etwa 2,8-mal so breit wie tief ist. Das Modell setzt die Aushubzeit mit etwa 0,8 × √(D/g) an. D ist der Durchmesser des Übergangskraters, g die Schwerebeschleunigung. Ein 1 km großer Brocken mit 20 km/s braucht auf der Erde also etwa 26 Sekunden, um seine Schüssel auszuheben.

Was danach geschieht, hängt von der Größe ab. Eine kleine Schüssel behält ihre Form, doch loses Gestein rutscht die Wände hinab und sammelt sich am Boden als Brekzienlinse aus zerbrochenem Gestein. Eine große Schüssel kann sich nicht selbst tragen: Die Wände brechen in Terrassen ein und der Boden federt zu einem Zentralberg zurück, bei den größten Kratern zu einem Ring aus Bergen. In der Phase „Kollaps zum Endkrater“ geht die Landschaftsscheibe von der tiefen Übergangsschüssel in den breiteren, flacheren Endkrater über. Der frische Boden leuchtet, während die Schmelze abkühlt. Mit der Wiedergabegeschwindigkeit lässt sich alles auf ein Zehntel des normalen Tempos verlangsamen.

Ein Blick ins Innere: die Schnittansicht

Schalten Sie die Schnittansicht ein, wird die vordere Hälfte der Landschaftsscheibe entlang einer Linie durch den Einschlagort entfernt. Die Schnittfläche zeigt die Gesteinsschichten mit derselben Höhenüberhöhung wie die Oberfläche. Unter einem einfachen Krater biegen sich die Schichten nach unten, und die Brekzienlinse füllt den Raum zwischen dem Endboden und der zuerst ausgehobenen Schüssel. Bei Meteor Crater ist diese Linse etwa so mächtig wie der sichtbare Krater tief. Unter einem komplexen Krater werden die Schichten in der Mitte aufgewölbt. Feldstudien beziffern diese strukturelle Hebung auf ungefähr ein Zehntel des Endkraterdurchmessers. Der gesprenkelte Halbkreis unter dem Einschlagort kennzeichnet Gestein, das die Stoßwelle so stark zusammengedrückt hat, dass sich seine Minerale veränderten. Stoßwellenveränderter Quarz und Coesit in solchem Gestein belegen für Geologen, dass ein rundes Becken ein Einschlagskrater und kein Vulkan ist. Der Schnitt stellt diese Zonen mit den Abmessungen des Modells dar; er ist keine Vermessung eines wirklichen Kraters.

Boden, Region und Globus

Die drei Schaltflächen unten links ändern den Maßstab. „Boden“ zeigt die Landschaftsscheibe passend zum Krater und den nächstgelegenen Ringen. „Region“ erweitert die Karte von 20 km bis auf 2000 km, bis der Fensterring und die Auswurfdecke hineinpassen. Die angezeigte Auswurfreichweite endet dort, wo die Schicht ausgeworfenen Gesteins auf etwa einen Millimeter ausdünnt. Die Veröffentlichung beschreibt ihre Dicke als D⁴ / (112 r³), mit dem Durchmesser D des Übergangskraters und der Entfernung r. „Globus“ ersetzt die Scheibe durch die ganze Erde. Jeder Krater im Katalog darunter ist als Punkt markiert und nach seinem Alter eingefärbt. Die Ringe des eingestellten Einschlags liegen auf der gekrümmten Oberfläche. Ein Einschlag von Chicxulub-Größe lagert noch über 4000 km entfernt einen Millimeter Trümmer ab, und sein Fensterring umfasst einen großen Teil des Planeten. Tippen Sie einen Punkt an, um den Krater nachzubilden.

Der Kraterkatalog

Der Katalog enthält 96 bestätigte Einschlagstrukturen, von der 13,5 m breiten Grube bei Carancas in Peru bis zur 160 km großen Vredefort-Struktur in Südafrika. Namen, Positionen, Randdurchmesser und Alter stammen aus der Earth Impact Database des Planetary and Space Science Centre der University of New Brunswick, in der vom NASA Johnson Space Center veröffentlichten Kopie. Hapcheon folgt der Erstbeschreibung von 2021. Die Alter werden wie veröffentlicht angegeben: Einige sind auf wenige Hunderttausend Jahre genau, andere nur durch eine Ober- oder Untergrenze bekannt. „Nachbilden“ rechnet das Kratermodell rückwärts. Gesucht wird der Brockendurchmesser, dessen Endkrater zur angegebenen Breite passt. Angenommen werden Gestein, 20 km/s und 45°; für Krater unter 1,5 km wird Eisen verwendet, da kleine Gesteinskörper in der Luft zerbrechen. Diese Größe ist ein Modellwert. Der wirkliche Einschlagskörper kann schneller, langsamer oder steiler gewesen sein. Alte Krater haben durch Erosion ihre Ränder verloren, sodass der angegebene Durchmesser nicht immer der ursprüngliche ist.

Erdnahe Objekte

Die zweite Liste enthält 29 bekannte Asteroiden, die nahe an der Erde vorbeiziehen, darunter Apophis, Bennu, das von DART besuchte Paar Didymos und Dimorphos sowie 2024 YR4. Die Durchmesser stammen aus der JPL Small-Body Database. Fehlt eine gemessene Größe, wird sie aus der Helligkeit mit einer üblichen Albedo von 0,14 geschätzt; die Karte weist darauf hin. Angegeben ist die engste Annäherung zwischen 1900 und 2200 in den JPL-Annäherungsdaten. Die Geschwindigkeit fern der Erde ist nicht die Einschlagsgeschwindigkeit: Beim restlichen Fall gewinnt der Körper durch die Erdanziehung Energie. Es ergibt sich √(v∞² + 11,2²) km/s. Apophis mit 7,4 km/s relativ zur Erde würde mit etwa 13,4 km/s einschlagen. Für keines dieser Objekte ist eine Kollisionsbahn bekannt. Die Schaltfläche zeigt die Folgen eines Einschlags dieser Größe, keine Vorhersage.

Mond und Mars

Mit der Auswahl des Himmelskörpers fällt derselbe Brocken auf Mond oder Mars. Die Schwerebeschleunigung g geht mit der Potenz −0,22 in die Kratergleichung ein. Auf dem Mond mit einem Sechstel der Erdschwerkraft ist der Übergangskrater daher etwa 1,49-mal so breit. Keine Luft bremst oder zerbricht den Körper, und es gibt keine Luftdruckwelle. Die Tabelle zeigt dort deshalb keine Feuerball-, Verbrennungs- oder Druckwellenringe an. Die Luft an der Marsoberfläche ist ungefähr ein Sechzigstel so dicht wie auf der Erde. Das genügt zum Abbremsen kleiner Brocken, wirkt aber weit schwächer als hier. Auch der Übergang von einfachen zu komplexen Kratern verschiebt sich mit der Schwerkraft: etwa 3,2 km auf der Erde, 7 km auf dem Mars und 15 km auf dem Mond. Deshalb sind 10 km große Mondkrater noch deutlich schüsselförmig.

Einen Brocken ablenken

Die Tabellenzeile „Ablenkungsversuch“ berechnet, wie weit ein kleiner Schubs den Ankunftspunkt verschiebt. Eine Geschwindigkeitsänderung Δv entlang der Bahn, eine Zeit t vor der Begegnung, versetzt den Ankunftspunkt um etwa 3 Δv t. Mit jedem Umlauf eilt der Körper seiner alten Position etwas weiter voraus oder bleibt stärker zurück. Ein Zentimeter pro Sekunde, zehn Jahre zuvor, verschiebt ihn um etwa 9500 km, ungefähr anderthalb Erdradien. Um die Erde ganz zu verfehlen, muss die Verschiebung den durch gravitative Fokussierung vergrößerten Erdradius übertreffen. Für langsame Körper ist dieser größer. Um eine einzelne Stadt zu verschonen, reicht es, ihren Einsturzring zu verlassen. DART hat gezeigt, dass eine Raumsonde die Bewegung eines Asteroiden verändern kann: Der Einschlag 2022 verkürzte die Umlaufzeit des Dimorphos um Didymos um etwa 32 Minuten. In der Aufgabenliste suchen Sie die nötige Vorlaufzeit, um einen Brocken von Apophis-Größe von Seoul abzulenken.