Spójrz na Księżyc przez lornetkę, a zobaczysz, że jest cały podziurawiony okrągłymi dołami z jasnymi promieniami rozchodzącymi się na setki kilometrów. Każdy z tych dołów to pamiątka po uderzeniu skały z kosmosu. W kuchni możesz zrobić własną, bezpieczną wersję takiego zderzenia i sprawdzić, co decyduje o tym, jak duży krater zostaje po meteorycie.

Co nam będzie potrzebne?

  • szeroka miska, blacha do pieczenia z wysokim brzegiem lub plastikowy pojemnik (im szerszy, tym lepiej)
  • około 1 kg mąki pszennej (wystarczy najtańsza; po doświadczeniu nie nadaje się już do jedzenia)
  • 2–3 łyżki kakao, cynamonu lub bułki tartej do posypania powierzchni
  • sitko
  • „meteoryty”: kulki różnej wielkości i masy, na przykład szklana kulka, kulka stalowa z łożyska, piłeczka pingpongowa, kasztan, kulka z plasteliny
  • linijka lub miarka krawiecka
  • kartka i ołówek do zapisywania wyników
  • stara gazeta lub ceratka na podłogę, bo mąka lubi się rozsypywać

Jak wykonać doświadczenie?

Krok 1: Rozłóż gazety na podłodze i postaw na nich miskę. Wsyp mąkę tak, by warstwa miała co najmniej 3–4 centymetry grubości, a następnie wyrównaj ją lekko linijką, ale nie ubijaj. Luźna, puszysta mąka najlepiej udaje skorupę planety pokrytą drobnym pyłem.

Krok 2: Przez sitko posyp całą powierzchnię cienką warstwą kakao. Ciemna warstwa na jasnej mące to twój sekretny trik: gdy kulka uderzy, wyrzuci spod spodu jasną mąkę i rozsypie ją promieniście na ciemnym tle. Dzięki temu zobaczysz nie tylko dół, ale też tak zwane promienie wyrzutowe, dokładnie jak na Księżycu.

Krok 3: Weź szklaną kulkę i upuść ją (nie rzucaj!) z wysokości około 30 centymetrów nad miską. Ważne, żeby kulka po prostu wypadła z palców, bo wtedy za każdym razem startuje z tą samą prędkością równą zeru. Ostrożnie wyjmij kulkę łyżeczką, nie naruszając krawędzi, i zmierz linijką średnicę krateru od jednego brzegu wału do drugiego. Zapisz wynik w tabelce: wysokość, rodzaj kulki, średnica.

Krok 4: Wygładź powierzchnię, posyp ją znów kakao i powtórz upuszczanie tej samej kulki z wysokości 60 centymetrów, a potem z 1 metra i, jeśli masz odwagę stanąć na krześle z pomocą dorosłego, ze 150 centymetrów. Za każdym razem mierz krater. Zauważysz, że im wyżej, tym większy i głębszy dół oraz dłuższe promienie.

Krok 5: Teraz zostaw tę samą wysokość, na przykład 60 centymetrów, i zmieniaj kulki. Lekka piłeczka pingpongowa zrobi płytkie wgłębienie, a ciężka stalowa kulka tej samej wielkości wbije się głęboko i wyrzuci mąkę daleko poza miskę. Porównaj także kulki o tej samej masie, ale różnej wielkości, na przykład kasztan i kulkę z plasteliny uformowaną tak, by ważyła tyle samo.

Wyjaśnienie naukowe

Kulka spadająca z wysokości ma energię kinetyczną, czyli energię ruchu. Im wyżej ją podniesiesz, tym większą prędkość osiągnie przed uderzeniem, a im jest cięższa, tym więcej energii niesie przy tej samej prędkości. W chwili zderzenia cała ta energia musi się gdzieś podziać: idzie na rozepchnięcie mąki na boki, wyrzucenie jej w górę, lekkie podgrzanie i głośne „puf”. Większa energia oznacza większy krater. Naukowcy sprawdzili, że średnica krateru nie rośnie jednak proporcjonalnie do energii, lecz znacznie wolniej, mniej więcej jak pierwiastek czwartego stopnia z energii. Dlatego podwojenie wysokości zrzutu nie da dwa razy większego krateru, tylko o około jedną piątą szerszy. Możesz to sprawdzić w swojej tabelce!

Prawdziwe meteoryty poruszają się o wiele szybciej niż twoje kulki: wpadają w atmosferę z prędkością od 11 do nawet 70 kilometrów na sekundę. Przy takiej prędkości nawet niewielka skała ma ogromną energię, a zderzenie przypomina bardziej wybuch niż „wbicie się” w grunt. Meteoryt zwykle wyparowuje, a krater jest wiele razy szerszy od niego samego. Słynny Krater Meteorytowy w Arizonie ma ponad kilometr średnicy, a wybiła go około 50 tysięcy lat temu żelazna bryła o średnicy zaledwie kilkudziesięciu metrów. W Polsce też mamy własne kratery: w rezerwacie Morasko pod Poznaniem znajduje się kilka dołów o średnicy do około 100 metrów, które powstały w wyniku upadku żelaznych meteorytów około 5 tysięcy lat temu. Do dziś poszukiwacze znajdują tam fragmenty tego kosmicznego żelaza.

Dlaczego Księżyc jest usiany kraterami, a Ziemia na pierwszy rzut oka wygląda gładko? Księżyc nie ma atmosfery, wiatru, deszczu ani rzek, więc raz wybity krater trwa miliardy lat. Na Ziemi większość mniejszych skał spala się jeszcze w powietrzu, a te kratery, które jednak powstały, zacierają erozja, roślinność i ruchy płyt tektonicznych. Jak szybko woda potrafi zmienić ukształtowanie terenu, możesz zobaczyć w doświadczeniu z erozją gleby . Jasne promienie, które rozsypała twoja kulka, to odpowiednik promieni wokół księżycowego krateru Tycho, widocznych gołym okiem podczas pełni. Jeśli zbudujesz lunetę Galileusza , sam odszukasz na Księżycu okrągłe kratery z wałem i wyrzuconym materiałem dookoła, czyli dokładnie to, co masz w misce.

Warto pamiętać, że krater uderzeniowy to coś innego niż krater wulkanu. Wulkaniczny powstaje od środka, gdy magma wypycha skały ku górze, co pokazuje wulkan tektoniczny z plasteliny . Krater uderzeniowy powstaje z zewnątrz, a jego znakiem rozpoznawczym jest okrągły wał z wyrzuconego materiału i promienie. Geolodzy właśnie po tych cechach, a także po specjalnie zgniecionych minerałach, rozpoznają miejsca dawnych zderzeń.

Warianty

Uderzenie pod kątem: Zamiast upuszczać kulkę pionowo, rzuć ją lekko ukośnie, tak by uderzyła w mąkę pod kątem około 45 stopni. Zobaczysz, że krater nadal jest prawie okrągły, ale promienie wyrzutowe układają się w kształt motyla lub wachlarza, skierowanego od strony, z której nadleciała kulka. Astronomowie w ten sposób odczytują, skąd przyleciał meteoryt.

Wykres z tabelki: Narysuj na kartce oś poziomą z wysokością zrzutu i oś pionową ze średnicą krateru, a następnie zaznacz kropkami swoje pomiary dla jednej kulki. Połącz kropki i sprawdź, czy linia rośnie coraz łagodniej. To twój pierwszy prawdziwy wykres naukowy i najprostszy sposób, by na własne oczy zobaczyć, że krater rośnie wolniej niż wysokość.

Mokra planeta: Spryskaj powierzchnię mąki wodą ze spryskiwacza i odczekaj kilka minut, aż zrobi się lekko zbita skorupka. Upuść kulkę z tej samej wysokości co wcześniej i porównaj kratery. Twardsza powierzchnia daje mniejszy dół, ale za to wyraźnie popękaną krawędź, podobnie jak skalne podłoże na prawdziwych planetach.

Często zadawane pytania

Dlaczego kulkę trzeba upuszczać, a nie rzucać? Przy rzucaniu za każdym razem nadajesz kulce inną prędkość początkową, więc nie da się uczciwie porównać wyników. Gdy kulka po prostu wypada z palców, jej prędkość przy uderzeniu zależy wyłącznie od wysokości, a to właśnie wysokość chcesz badać. Dobry eksperyment zmienia tylko jedną rzecz naraz, a wszystkie inne trzyma takie same.

Czy mąkę po doświadczeniu można jeszcze wykorzystać? Do jedzenia już nie, bo leżała w misce z kulkami i kasztanami, a po drodze mogła zebrać kurz z podłogi. Możesz ją jednak przesypać do słoika i zachować do następnego razu, bo do kolejnych kraterów nadaje się idealnie. Wystarczy przed zabawą posypać ją świeżą warstwą kakao.

Czy na Ziemi grozi nam dziś uderzenie dużego meteorytu? Codziennie w atmosferę wpadają tony kosmicznego pyłu i drobnych kamyków, ale niemal wszystkie spalają się wysoko nad ziemią jako „spadające gwiazdy”. Naprawdę duże obiekty, które mogłyby wybić krater jak w Arizonie, trafiają w Ziemię średnio raz na kilkadziesiąt tysięcy lat. Astronomowie na całym świecie śledzą planetoidy przelatujące blisko naszej planety, a w 2022 roku sonda DART celowo uderzyła w planetoidę Dimorphos i zmieniła jej orbitę, pokazując, że w razie potrzeby potrafilibyśmy odchylić zagrażającą nam skałę.