מבוא:

אחת התופעות המוכרות מאז ומעולם היא התופעה המכונה "כוכב נופל". הכוונה היא לאותו הבזק אור פתאומי המופיע כפס אור בשמי הלילה ואשר מכונה בפי אנשי מקצוע "מטאור". מטאוריטים ששרדו את הכניסה לאטמוספרה שלנו ולא נשרפו כמטאורים, הם בגדלים שונים מאוד – החל מגודל מיקרוסקופי, כמו של גרגרי אבק קטנים, ועד לגודל עצום, כגודלו של קרון רכבת ובמשקל של עשרות טונות. מיקרו-מטאוריטים הם גופים זעירים –  גודלם נע בדרך כלל בין 0.2 ל- 0.4 מילימטרים. החקר שלנו עסק בחיפוש של מיקרו-מטאוריטים, חקר תכונות ייחודיות שלהם והדמיה של נפילת מיקרו-מטאורית לכדור הארץ.

מטרות המחקר ושאלות המחקר:

מטרת המחקר: חיפוש וזיהוי מיקרו-מטאוריטים מתכתיים,  חקר תכונות פיזיקליות שלהם.

שאלות חקר:

• מהם גדלים של מיקרו-מטאוריטים?
• מהם תכונות פיזיקליות מיוחדות של מטאוריטים המבדילים אותם מחומרים בכדור הארץ?
• תהליך כניסה של מטאוריט לאטמוספרה והתכה שלו. מהי מהירות התחלתית ומהירות סופית של מטאוריט?
• איך משפיע חיכוך עם האטמוספרה על המהירות של מטאוריט?

מהלך המחקר

חיפוש מיקרו-מטאוריטים

על מנת למצוא מיקרו-מטאוריט השתמשנו בשיטה הבאה [1]. כידוע רב מיקרו-מטאוריטים נמשכים למגנט. אז לקחנו מגנט חזק והלכנו לחיפוש – לחוף הים, וגם ניתן למצוא אותם בחלק תחתון ומתחת לצינורות מי גשם (כי הצינורות אוספים מגגות מים וחלקיקים שונים כולל מטאוריטים).  בשלב ראשון הוספנו לקופסה "נסורת" מתכתית. בשלב שני השתמשנו במיקרוסקופ והמוציטומטר (מכשיר לספירת תאי דם) כדי למצוא מיקרו-מטאורית ולמדוד את קוטר שלו (איור 1). להעברת המטאוריט השתמשנו בפינצטת טיטניום.

איור 1. מטאוריט (משוער) בצורה כדורית מחוף הים בנהריה, בקוטר 0.4 מילימטר.

איבוד מסה של מטאורית עקב התכה באטמוספרה

ערכנו ניסוי כדי להבין את אופן בו מטאוריט מאבד את מסה שלו כתוצאה של התחממות והתכה בכניסה לאטמוספרה  (איור 2). על מנת למדל את הגוף שנכנס לאטמוספרה השתמשנו בגוש קרח. ציוד: קרח, מאזניים ופאן. ביצענו את המדידות של מסה כל דקה. רזוליציית המאזניים – 0.1 גרם.איור 2. חקר איבוד מסה של מטאוריט.

איור 2. חקר איבוד מסה של מטאוריט

ממצאים:

תוצאות של ניסוי "איבוד מסה" נמצאים בגרף באיור 3. הוספנו לגרף קו מגמה מסוג פונקציה מערכית. ראינו שקו המגמה תואם טוב (R²=0.99) לנקודות ניסיוניות וזה בהתאם לתיאוריה שמצאנו בספרות.

גם בנינו מודל תיאורטי המתאר את שינוי מסה, מהירות וקוטר (איור 4) של מטאוריט כתלות בזמן. קיבלנו שהמטאוריט מאבד את רוב המסה שלו כבר אחרי 10 שניות ומגיעה לגודל חצי מילימטר כעבור כ-16 שניות מתחילת כניסה שלו לאטמוספרה.

איור 3. מסה של גוש קרח כתלות בזמן.

איור 4. קוטר של מטאוריט קטן כתלות בזמן. מסה התחלתית שווה ל-36 גרם, מהירות התחלתית 11200 מטר לשנייה.

דיון ומסקנות:

הצלחנו לחפש ולמצוא מיקרו-מטאוריטים בשטחים שונים. קיבלנו תמונות מקרו של המטאוריטים שמצאנו ומדדנו קטרים של המטאורים, גילינו שרובם בקוטר של 0.4 מילימטר. חקרנו את תהליך כניסה של מטאוריט באטמוספרה והתכה שלו באופן ניסיוני ותיאורטי. בנינו מודל מתמטי של כניסה ונפילה של מטאוריט לאטמוספרה. השתמשנו במודל הזה כדי לעשות הדמיה של נפילה חופשית של מטאוריט קטן.

מקורות

1. Scientific American. (2015). How to Find a Meteorite in Your Own Backyard. [Video file]. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=WF8wY7iGNeI