De vallende ster als vallende druppel

Regendruppels die op zand vallen veroorzaken typische meteorietkraters, zo ontdekten druppelnatuurkundigen bij toeval.

Vallende druppel op zand.
Vallende druppel op zand. Foto PNAS

De putjes die regendruppels achterlaten in een zanderige ondergrond vertonen opvallende overeenkomsten met de grote kraters die door inslagen van planetoïden worden veroorzaakt. Tot die conclusie komen wetenschappers van de universiteit van Minnesota (VS) na onderzoek waarbij ze enkele millimeters grote waterdruppels in een bedje van minuscule glaskraaltjes lieten neerploffen. Ze schrijven het deze week in de Proceedings of the National Academy of Sciences (Early edition online). De val van de druppeltjes – van enkele millimeters tot twaalf meter – werd vastgelegd met hogesnelheidsfotografie. De ‘kratertjes’ werden opgemeten met nauwkeurige lasertechniek.

Dit experiment was niet primair gericht op de vorming van kosmische inslagkraters – verre van. Het gedrag van de druppeltjes werd vooral onderzocht ten behoeve van aardse zaken als bodemerosie, druppelirrigatie, de verspreiding van micro-organismen in de bodem en industriële spuittechnieken. Daarnaast spelen gefossiliseerde afdrukken van regendruppels een rol bij het schatten van de dichtheid die de aardatmosfeer miljarden jaren geleden had.

De metingen laten een duidelijk verband zien tussen de diameter van het putje dat een gevallen druppel achterlaat en de inslagenergie, die wordt bepaald door de massa van de druppel en de snelheid waarmee deze inslaat. Hoewel de energie van een vallende regendruppel minstens een miljard maal een miljard keer kleiner is dan die van een inslaande planetoïde, blijken de gevormde kraters een vergelijkbare energie-diameterrelatie te vertonen. Zelfs de diepte/diameter-verhouding van een ‘regenkrater’ is vergelijkbaar met die van een krater op bijvoorbeeld de maan (1:5).

Op het eerste gezicht lijkt deze kwantitatieve overeenkomst merkwaardig: bij de inslag van een planetoïde verspreidt de energie zich namelijk heel anders dan bij een neerploffende regendruppel. Bij een planetoïde-inslag wordt de inslagenergie voornamelijk omgezet in druk en warmte. Bij de ‘inslag’ van een druppel gaat die energie vooral zitten in de vervorming en viskeuze uitspreiding van de vloeistof.

Maar er is ook gelijkenis. Bij de inslag van een planetoïde lopen temperatuur en druk zó hoog op, dat het object volledig smelt of zelfs verdampt. Daardoor gedragen inslaande planetoïden zich meer als kolossale regendruppels dan als brokken gesteente.