Vuurbollen, meer gedetailleerde informatie

De meeste meteoren die wij ’s nachts aan de hemel kunnen zien, zijn niet zo helder. Toch verschijnt er soms een bijzonder heldere meteoor, een vuurbol.

De meeste meteoren zijn even helder als de sterren aan de nachtelijke hemel. De helderheid van sterren en meteoren wordt uitgedrukt in magnitudes. De helderste ster, Sirius, is van de magnitude –1 en de zwakste sterren die met het ongewapende oog zichtbaar zijn, hebben een magnitude van rond +6.

Heldere meteoor, ook wel vuurbol genoemd, tijdens de Perseïdennacht van 11 op 12 augustus, vanuit Buisscheure, Noord-Frankrijk. Foto: Roy Keeris
Heldere meteoor, ook wel vuurbol genoemd. Waargenomen tijdens de Perseïdennacht van 11 op 12 augustus 2016, vanuit Buisscheure, Noord-Frankrijk. Foto: Roy Keeris

De heldere planeet Venus die kan een magnitude bereiken van -4. De maan en de zon hebben respectievelijk een magnitude van -12 en -26. Hoe verhouden meteoren zich tot deze lichtsterkten? Ongeveer 1 op 200 meteoren is even helder of helderder dan de planeet Venus. Pas als een meteoor de helderheid van Venus evenaart of overtreft, dan spreken we over een vuurbol.

Wanneer kunnen we vuurbollen zien?

Vuurbollen kunnen altijd en op een volledig willekeurige plaats aan de hemel verschijnen, maar wanneer de aarde door een zwerm van meteoroïden in de ruimte trekt, is er vaak wel een verhoogde kans op het verschijnen van een vuurbol. Er zijn wel jaarlijkse veranderingen in het aantal te verwachten vuurbollen. Zo verschijnen er in het voorjaar, wanneer de zon nabij het lentepunt staat, ruim driemaal zoveel vuurbollen als in de herfst.

De energietransformatie van een meteoroïde die plaatsvindt gedurende het atmosferische traject is zeer afhankelijk van zijn geocentrische snelheid. Normaal gesproken verwachten we dat een snelle meteoroïde van een bepaalde grootte helderder is dan een langzame meteoor van dezelfde grootte. Echter, je moet bedenken dat hoe langzamer de meteoroïde is en hoe dieper het object in de dampkring kan doordringen, des te langer het duurt voordat de dampkring voldoende weerstand uitoefent en de uiteindelijke vuurbol ontstaat. Aangezien er bij een trage vuurbol de verschillende natuurkundige processen zich in een lager gedeelte van de dampkring afspelen, zullen ze daar vanwege de grotere dichtheid van de atmosfeer efficiënter verlopen en zal de vuurbol helderder zijn. Bij een meteoroïde van dezelfde grootte, maar met een hogere snelheid zal de energietransformatie al op grotere hoogte plaatsvinden, waarbij ze minder efficiënt verloopt en de meteoor minder helder zal zijn.

Apex en antapex

De aarde beweegt in zijn baan rond de zon in de richting van een bepaald punt aan de hemel. Het punt waar wij naartoe bewegen, noemen we de apex, het punt aan de hemel waar wij vandaan komen noemen we de antapex. Het is duidelijk dat de snelheid van een meteoor het laagst is als hij uit een punt aan de hemel komt dat in de buurt van de antapex ligt. De meteoroïde moet de aarde dan namelijk ‘inhalen’, om in de dampkring te komen. De relatieve snelheid van de meteoor is het verschil in snelheden van de aarde en de meteoroïde. De snelheid van een meteoroïde is natuurlijk het grootst als hij uit een punt aan de hemel komt dat in de buurt van de apex ligt. Wij vegen de meteoroïde dan letterlijk op, en de relatieve snelheid van het deeltje is dan de snelheid van de aarde opgeteld bij de snelheid van de meteoroïde.

Configuratie meteoroïden en aarde. Verschillen in aantallen meteoren / vuurbollen hangen samen met de positie van de waarnemer ten opzichte van de beweging van de aarde, en de richting waar de meteoroïden vandaan komen.

Op het noordelijke halfrond bevindt de antapex zich in de lente op zijn hoogste punt aan de hemel. De apex bevindt zich dan, afhankelijk van het tijdstip waarop men kijkt, laag aan de hemel. Een half jaar later is de situatie precies omgedraaid. In de herfst staat de apex op het noordelijke halfrond op zijn hoogste punt aan de hemel, en de antapex op zijn laagste punt. Wanneer we ervan uit zouden gaan dat er alleen vuurbollen uit de antapex zouden komen, dan zien we de meeste vuurbollen wanneer dat punt zo hoog mogelijk aan de hemel staat. In de lente. Puur theoretisch zou je, als de antapex op de horizon zou staan, maar de helft van het aantal vuurbollen zien, omdat de rest onder de horizon verschijnt. Op het zuidelijke halfrond is de situatie omgedraaid. Wanneer de apex bij ons hoog aan de hemel staat, verschijnt deze op het zuidelijke halfrond laag aan de hemel.

In werkelijkheid is de verhouding met betrekking tot de aantallen vuurbollen in de herfst en de lente niet precies 1:3. Er speelt namelijk nog een aantal andere factoren een rol, zoals de verdeling van meteoroïden langs de baan van de aarde.

Behalve een jaarlijkse variatie in het verschijnen van vuurbollen, is er ook sprake van een dagelijks effect. En wel om dezelfde reden als hierboven beschreven. Terwijl de antapex in de lente op het hoogste punt aan de hemel staat, staat ze in de herfst veel lager aan de hemel. Dit effect is natuurlijk ook over de loop van een nacht aanwezig. Net zoals de zon, maan en sterren legt de antapex een schijnbare baan aan de hemel af. Hij komt op een bepaald tijdstip op, bereikt op een bepaald moment het hoogste punt in het zuiden om vervolgens weer onder te gaan in het westen. Op een zeker moment in de nacht (of natuurlijk overdag) bereikt de antapex het hoogste punt en is er weer de grootste kans op vuurbollen, terwijl wanneer de antapex niet boven de horizon staat, de kans op vuurbollen het kleinst is. In de praktijk blijkt echter wel dat het jaarlijkse effect veel groter is dan het dagelijkse effect. Ook is de geografische locatie op aarde van belang.

Vuurbollen en meteorieten

Sommige vuurbollen ontstaan omdat de meteoroïde een groter fragment van steen- of ijzerrijk materiaal is dat de atmosfeer binnendringt. Van enkele heldere vuurbollen is zowel het lichtfenomeen  waargenomen als ook daadwerkelijk het overgebleven, nietverdampte materiaal gevonden, de meteoriet. Dat was het geval met drie van de vijf in Nederland geborgen en als zodanig geïdentificeerde meteorieten. Een bekend voorbeeld is de meteoriet die op 8 april 1990 werd aangetroffen op de zolderkamer van een woning in Glanerbrug. Deze was die avond tevoren als vuurbol gezien door duizenden mensen in Nederland en Duitsland.

Een meteoroïde kan zijn tocht door de atmosfeer overleven als er op zijn minst een gedeelte van de oorspronkelijke massa is afgeremd tot een valsnelheid waarmee de meteoroïde op de grond slaat (maximaal ~100 m/s). Volgens de huidige modellen, afgeleid van bekende meteorietdroppings (Pribram, Lost City en Innesfree), zal minder dan 50% van de overgebleven massa van de oorspronkelijke meteoroïde verdampen zodra de snelheid van de steen onder de 8 km/s komt. Indien de meteoroïde dus over onvoldoende massa beschikt, zal zij al geheel verdampt zijn, voordat deze minimale snelheid van 8 km/s bereikt wordt.

Een ander proces wat de inslag van een meteoroïde kan voorkomen, is fragmentatie. In laboratoria zijn de maximale drukkrachten onderzocht, die een meteoroïde kan weerstaan. De maximale drukkracht bleek ongeveer rond de 10N/m2 te zijn, terwijl de moedermassa krachten kan weerstaan van maximaal 10N/m2. Een heel groot aantal van de meteoroïden die in de dampkring terechtkomen, zullen door de aerodynamische krachten fragmenteren. De kans dat een brokstukje van de oorspronkelijke meteoroïde het aardoppervlak bereikt, is beduidend kleiner dan de kans die de oorspronkelijke massa zou hebben gehad als die niet was gefragmenteerd. Het fragmenteren van de moedermassa is duidelijk te zien in de film die een amateurfilmer heeft gemaakt van de Peekskillvuurbol op 9 oktober 1992 in de Verenigde Staten. Een van de fragmenten sloeg een gat in de kofferbak van een auto.

We mogen aannemen dat een succesvolle inslag op aarde alleen kan voorkomen wanneer het object de atmosfeer binnenkomt met een snelheid die onder de 23 km/s ligt en dan zonder totaal te verdampen kan worden afgeremd tot een snelheid die onder de 8 km/s ligt. Wanneer de snelheid hoger ligt, ondervindt de massa zodanig veel invloed van de atmosfeer en zijn de krachten en wrijving zo groot, dat de meteoroïde de val waarschijnlijk niet zal overleven. Deze waarden gelden echter wel alleen voor het meest voorkomende type meteoriet, namelijk de chondriet. Ook zijn deze waarden niet meer geldig als het heel grote meteoroïden betreft. Objecten met een diameter van enkele meters worden namelijk nauwelijks nog door de atmosfeer afgeremd.

Wat is wat? Een schematische weergave van de terminologie van de verschillende fenomenen en kenmerken die gepaart gaan met meteoren, vuurbolen en meteorieten. Illustratie: Werkgroep Meteoren.

Wanneer de meteoroïde zijn tocht door de atmosfeer heeft overleefd en vrijwel helemaal is afgeremd, valt hij de laatste tientallen kilometers alleen door de aardse zwaartekracht naar beneden. Deze laatste tientallen kilometers staan bekend als de donkere vluchtfase, de ‘dark flight’. Tijdens deze periode heeft de wind een grote invloed op het object. Het hangt dus ook van de wind af waar de meteoroïde op aarde inslaat. Ook de vorm van de meteoroïde heeft invloed op zijn koers.

Zoals gezegd, is van maar enkele meteorieten ook de vuurbol die eraan voorafging waargenomen. In heel zeldzame gevallen is die vuurbol toevallig ook gefilmd. De videobeelden van de eerder genoemde Peekskillvuurbol zijn zeer uitgebreid bestudeerd en er is uitvoerig met getuigen van de vuurbol gesproken. Dat gebeurde om een nauwkeurig beeld te krijgen van de traject van de vuurbol aan de hemel. Wanneer dat namelijk bekend is, kan ook de baan door het zonnestelsel bepaald worden en kan men er achter komen waar de meteoriet vandaan kwam. De Peekstillvuurbol doofde uit op een hoogte van 33,6 km. Als de hoek waaronder de meteoroïde de dampkring binnenkomt steiler wordt, zal ook de vuurbol op een lagere hoogte uitdoven, soms pas op een hoogte van 20 kilometer.

Om de grond te bereiken vanaf een hoogte van 20 kilometer, heeft de meteoriet ongeveer 3 tot 4 minuten nodig. Normaal gesproken zal er dus een tijdsverschil zitten in het uitdoven van de vuurbol en het horen van een inslag. Wanneer de inslag gehoord is, is een systematische zoektocht naar de meteoriet aan te bevelen. Inslaggeluiden waren belangrijk bij het vinden van de Hohenlangenbeckmeteoriet die in 1985 in Trebbin (Duitsland) viel en bij de Glattonmeteoriet, die op 5 mei 1991 in Engeland insloeg. In veel gevallen zal men geen inslag kunnen horen omdat de plek van observatie van de vuurbol vaak tientallen of honderden kilometers verwijderd is van de daadwerkelijk plek van inslag.

Reconstructie baan meteoroïde

De werkgroep Meteoren is zeer geïnteresseerd in waarnemingen van vuurbollen. Eén waarneming van een vuurbol is interessant, doch twee of meer waarnemingen van dezelfde vuurbol door getuigen op verschillende locaties, zijn nog veel interessanter.

Wanneer deze waarnemers de baan van de vuurbol aan de hemel hebben vastgelegd of vrij nauwkeurig kunnen beschrijven, kunnen we door middel van driehoeksmeetkunde een driedimensionaal beeld van het lichtspoor door de dampkring construeren. In combinatie met de berekende snelheid zijn we dan in staat de baan van de meteoroïde door de dampkring te achterhalen. Uiteindelijk weten we dan dus uit welke regionen van het zonnestelsel de meteoroïde afkomstig is.

Een ooggetuigenverslag of een reconstructie van de val van de vuurbol aan de hemel kan ons al helpen om de baan van de vuurbol te bepalen. Nauwkeuriger zijn natuurlijk foto’s van de vuurbol of video-opnames. Daarop is goed te zien waar de meteoor verscheen. Daarom staan er op diverse plekken in ons land automatische all-sky-camera’s. Deze foto- of videocamera’s, voorzien van een extreme-groothoeklens, fotograferen of filmen iedere heldere nacht de hemel met het oogmerk een vuurbol vast te leggen. De gegevens van ooggetuigen en van foto’s en videobeelden van vuurbollen vullen elkaar dan ook prima aan.

Waarneemtips: het zien en ‘horen’ van vuurbollen

Het verschijnen van een vuurbol is vaak een indrukwekkene gebeurtenis. Zelfs goed getrainde meteoorwaarnemers zullen zo gefascineerd zijn, dat ze soms vergeten belangrijke informatie te noteren. Natuurlijk is het nagenoeg onmogelijk om op het waarnemen van vuurbollen te trainen. Het verschijnen van de vuurbollen is totaal onvoorspelbaar en relatief zeldzaam. Wanneer je een vuurbol ziet is het handig te weten waarop je kunt letten.

1. Tijdstip van de waarneming Het allerbelangrijkste gegeven bij het verschijnen van de vuurbol is het tijdstip van verschijnen, bij voorkeur op de seconde nauwkeurig. Wanneer men het tijdstip heeft afgelezen van bijvoorbeeld een horloge, dan dient na de waarneming ook het horloge op nauwkeurigheid te worden gecontroleerd. Dat kan bijvoorbeeld door de tijd van je horloge of smartphone te vergelijken met de tijd van een DCF-77 ontvanger, GPS of de tijd vermeld op Teletekst.

2. Waar zag je de vuurbol? Vervolgens is het belangrijk de schijnbare baan van de vuurbol met behulp van het punt van verschijnen en het punt van uitdoven vast te leggen. Beter nog is om de baan met behulp van drie punten vast te leggen. ’s Nachts kan dit gedaan worden aan de hand van de sterren en eventueel de maan. Bij daglichtvuurbollen is dit natuurlijk niet mogelijk en zou men kunnen proberen de baan aan de hand van aardse objecten te bepalen, zoals gebouwen.

3. Wat waren de kenmerken van de vuurbol? Pas wanneer tijd en baan zijn vastgelegd, ga je letten op secundaire verschijnselen. Hieronder verstaan we: fragmentatie, snelheid, opvlammingen, kleur, nalichtende sporen en eventueel geluiden. Als laatste probeer je een schatting van de helderheid te geven. Aangezien het heel moeilijk is een juiste helderheidschatting te geven van (vooral) heel heldere meteoren, kan dit ook in intervallen gebeuren. Bijvoorbeeld, “de helderheid lag tussen de -9 en -12”, of “de vuurbol was ongeveer even helder als de halve maan”.

4. Produceerde de vuurbol geluid? Meteoorgeluiden verdienen speciale aandacht, hoewel ze zelden worden gehoord. ‘Normale’ geluiden zijn pas ten minste enkele minuten na het verschijnen van de vuurbol hoorbaar, omdat het geluid zich veel langzamer voortplant dan het lichtfenomeen. Als je de gegevens zoals hierboven staan beschreven aan het noteren bent, moet je al op je hoede zijn voor het eventuele geluiden. Meteoorgeluiden kunnen het oppervlak bereiken wanneer de meteoroïde dieper dan 60 kilometer hoogte doordringt in de dampkring. De geluiden bestaan uit knallen, gesis en mogelijk nog andere geluiden. Er zijn ook waarnemingen bekend waarbij gelijktijdig met de vuurbol geluiden hoorbaar waren. Het betreft hier echter geen hallucinaties! Men denkt dat deze geluiden zich voorplanten via ‘Very Low Frequenties’, zeer lage radiogolven, en worden geproduceerd in het begin van de vuurbol. Deze radiogolven planten zich voort met de snelheid van het licht en resoneren vervolgens in de buurt van het oppervlak van de aarde met elektrische straling in de atmosfeer, waarbij voor ons hoorbare geluiden worden geproduceerd. Dat is echter een zeer zeldzaam verschijnsel. Als je denkt dit soort geluiden te hebben gehoord, ben er dan absoluut van overtuigd dat die niet worden veroorzaakt door ‘aardse’ objecten zoals vliegtuigen, auto’s of elektronische apparaten. Men denkt dat er pas bij vuurbollen helderder dan magnitude -8 voor ons hoorbare geluiden worden geproduceerd.

Maak melding van een vuurbol!

Heb je een vuurbol gezien? Dan kan je de vuurbol middels een webformulier aan ons melden. Klik hier om direct een vuurbolmelding te maken.