Tại sao có thiên thạch lại "nổ trên đầu" chứ không "nổ dưới chân" chúng ta?

Vụ nổ thiên thạch ngay trên không (ở độ cao 37 km) mới đây xảy ra đúng vào dịp tết Trung Thu ở Trung Quốc được NASA đánh giá là có sức công phá tương đương 540 tấn thuốc nổ TNT. (đọc bài chi tiết, tại đây)

Một câu hỏi thú vị đặt ra là: Tại sao một số thiên thạch lại phát nổ trên không?

Vụ nổ thiên thạch trên không thường xảy ra với các thiên thạch có đường kính hơn vài mét và nhỏ hơn 1 km, như vậy khối lượng đóng vai trò quan trọng đối với việc một thiên thạch sẽ nổ ở trên không hay chạm mặt đất mới nổ.

Một số thiên thạch có đường kính nhỏ hơn 1 km có thể phát nổ trên không. Ảnh LinkedIn

Ngoài ra gia tốc của thiên thạch, yếu tố giúp tạo nên động năng cực lớn của nó cũng là điều cần được xét đến. Hãy lấy vụ nổ thiên thạch trên không Chelyabinsk (Nga) năm 2013 làm ví dụ (đọc bài chi tiết, tại đây).

Thiên thạch này di chuyển với tốc độ trên 65.000 km/h (gấp 60 lần tốc độ âm thanh!) và phát nổ ở độ cao 23 km, theo tính toán của NASA dựa vào khối lượng, đường kính (17m) và tốc độ di chuyển trên thì sức công phá của nó tương đương 10.000 tấn thuốc nổ TNT.

Sức công phá này mạnh gấp 20 tới 30 lần so với vụ nổ hai quả bom nguyên tử tại Hiroshima và Nagasaki với chỉ 1 thiên thạch có đường kính nhỉnh hơn chiều dài một con cá voi lưng gù (16m) một chút! Nếu nó phát nổ gần mặt đất thì quả là thảm họa.

Với một khối lượng vật thể khá nhỏ so với tốc độ di chuyển vượt siêu thanh như vậy, khối thiên thạch phải chịu một lực ép rất lớn từ khí quyển Trái Đất cũng như lực ma sát biến nó thành quả cầu lửa cực kỳ nóng.

Áp suất không khí tác động ngược hướng di chuyển của thiên thạch, phần màu xanh là khu vực trực tiếp chịu tác động. Ảnh physics.stackexchange.com.

Áp suất phía trước trực tiếp tác động vào "phần đầu" của thiên thạch trong khi áp suất các bên và phía sau nhỏ hơn rất nhiều, sự chênh lệch áp suất này tạo ra lực ép mạnh khiến thiên thạch bị vỡ vụn ra, đây gọi là hiệu ứng pancake.

Điều này sẽ tạo ra một khu vực bề mặt thậm chí còn lớn hơn trước khiến cho áp lực lên thiên thạch càng lớn hơn. Vì thế, thiên thạch sẽ giải phóng gần như toàn bộ động năng (kinetic energy) cực nhanh như 1 vụ nổ bom nguyên tử!

Sự di chuyển cực nhanh tạo ra sóng xung kích hướng thắng về phía trước theo hướng di chuyển của thiên thạch với độ lớn tương đương 2,6 độ Richter với đường kính công phá rất lớn như trường hợp vụ nổ Chelyabinsk.

Thiên thạch cực lớn lao vào Trái Đất có thể gây nên thảm họa "khủng long tuyệt chủng" lần 2. Nguồn: Universe Today

Nếu thiên thạch quá lớn và khí quyển khó lòng có thể "ngăn cản" nó, thiên thạch sẽ đi sâu vào bầu khí quyển hay thậm chí nổ ngay trên mặt đất khi va chạm xảy ra, đó cũng là điều xảy ra với thiên thạch được cho là làm khủng long tuyệt chủng.

Xem video về vụ nổ thiên thạch trên không Chelyabinsk (Nga) năm 2013:

Bài viết được dịch từ các nguồn: Physics.stackexchange.com, Space.stackexchange.com, Wired.com