|
Что такое метеориты с точки зрения науки
|
|
|
|
До сих пор не известно ни одного подтвержденного случая убийства человека метеоритом. И вместе с тем даже небольшое небесное тело, вторгшееся, к нашему несчастью, в атмосферу Земли, обладает колоссальным разрушительным потенциалом, сопоставимым с ядерными боеприпасами. Иногда, как показали недавние события, гости с неба способны застать нас врасплох. Недавно метеорит, пройдя в небе над Хабаровском, в буквальном смысле превратил в щебень вершину горы.
|
|
|
|
Да и пролетевший над Челябинском и наделавший в прямом и переносном смысле столько шума болид поразил всех своим невероятным свечением и ударной волной, которая крошила стекла, выносила ворота и срывала облицовочные панели со стен. О последствиях писалось много, гораздо меньше говорилось о сути этого явления. Чтобы более детально разобраться в процессах, происходящих с малыми небесными телами, встретившими на своем пути планету Земля, «ПМ» обратилась в Институт динамики геосфер РАН, где давно занимаются изучением и математическим моделированием движения метеороидов, то есть небесных тел, входящих в атмосферу Земли. И вот что нам удалось узнать.
|
|
|
Выбитые из пояса
|
|
|
|
Тела, подобные челябинскому, происходят из главного пояса астероидов, который находится между орбитами Марса и Юпитера. Это к Земле не так близко, но порой пояс астероидов сотрясают катаклизмы: более крупные объекты в результате столкновений распадаются на более мелкие, и некоторые из обломков переходят в разряд околоземных космических тел — теперь их орбиты пересекают орбиту нашей планеты. Иногда небесные камни вышибаются из пояса возмущениями, вызванными большими планетами. Как показывают данные по траектории челябинского метеорита, он представлял так называемую группу Аполлона — группу малых небесных тел, двигающихся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, которые пересекают орбиту Земли, причем их перигелий (то есть ближайшее расстояние от Солнца) меньше перигелия земной орбиты.
|
|
|
|
Поскольку речь идет чаще всего об обломках, эти объекты имеют неправильную форму. Большинство из них сложены из каменной породы, носящей название «хондрит». Это имя дано ей из-за хондр — сферических или эллиптических вкраплений диаметром около 1 мм (реже — больше), окруженных обломочной или мелкокристаллической матрицей. Хондриты бывают разных типов, но также среди метеороидов встречаются экземпляры и из железа. Интересно, что металлических тел меньше, не более 5% от общего числа, однако среди найденных метеоритов и их обломков железо безусловно преобладает. Причины просты: во?первых, хондриты визуально трудноотличимы от обычных земных камней и обнаружить их тяжело, а во-вторых, железо прочнее, и шансов прорваться через плотные слои атмосферы и не разлететься на мелкие осколки у железного метеорита больше.
|
|
|
|
Немыслимые скорости
|
|
|
|
Судьба метеороида зависит не только от его размера и физико-химических свойств его вещества, но и от скорости вхождения в атмосферу, которая может варьироваться в довольно большом диапазоне. Но в любом случае речь идет о сверхвысоких скоростях, значительно превышающих скорость движения даже не сверхзвуковых самолетов, а и орбитальных космических аппаратов. Средняя скорость вхождения в атмосферу — 19 км/с, однако, если метеороид входит в контакт с Землей на курсах, близких к встречному, скорость может достигать и 50 км/с, то есть 180000 км/ч. Самой маленькой скорость вхождения в атмосферу окажется тогда, когда Земля и малое небесное тело будут двигаться как бы на соседних орбитах, рядом друг с другом, пока наша планета не притянет к себе метеороид.
|
|
|
|
Чем выше скорость вхождения небесного тела в атмосферу, тем сильнее нагрузки на него, тем дальше от Земли оно начинает разрушаться и тем выше вероятность, что оно разрушится, так и не долетев до поверхности нашей планеты. В Намибии в окружении заботливо сделанного ограждения, имеющего форму маленького амфитеатра, лежит огромная металлическая глыба, состоящая на 84% из железа, а также из никеля и кобальта. Весит глыба 60 т, при этом она является крупнейшим цельным куском космического вещества, когда-либо найденного на Земле. Метеорит упал на Землю около 80000 лет назад, не оставив после падения даже кратера. Вероятно, благодаря какому-то стечению обстоятельств скорость его падения была минимальна, так как сравнимый по массе и также металлический Сихотэ-Алинский метеорит (1947 год, Приморский край) развалился на множество кусков и при падении создал целое кратерное поле, а также огромную область рассеяния мелких обломков, которые в Уссурийской тайге собирают до сих пор.
|
|
|
|
Что же там взрывается?
|
|
|
|
Еще до того как метеорит упадет на землю, он может, как наглядно показал челябинский случай, быть весьма и весьма опасным. Врывающееся в атмосферу на гигантской скорости небесное тело генерирует ударную волну, в которой воздух нагревается до температур более 10 000 градусов. Излучение ударно-нагретого воздуха вызывает испарение метеороида. Благодаря этим процессам его окутывает ореол светящегося ионизированного газа — плазмы. За ударной волной образуется зона высокого давления, которое испытывает на прочность лобовую часть метеорита. По бокам же давление существенно ниже. В результате возникшего градиента давлений метеорит с большой долей вероятности начнет разрушаться. Как именно это произойдет — зависит от конкретных размеров, формы и особенностей строения данного метеороида: трещин, выемок, полостей. Важно другое — при разрушении болида увеличивается площадь его поперечного сечения, что моментально приводит к росту энерговыделения. Увеличивается область газа, которую тело захватывает, все больше кинетической энергии преобразуется в тепловую. Быстрый рост энерговыделения в ограниченной области пространства за короткое время есть не что иное, как взрыв. Именно в момент разрушения резко усиливается свечение болида (происходит яркая вспышка). И скачкообразно растет площадь поверхности ударной волны и, соответственно, масса ударно-нагретого воздуха.
|
|
|
|
При взрыве конвенционального или ядерного боеприпаса ударная волна имеет сферическую форму, но в случае с метеоритом это, конечно, не так. Когда малое небесное тело входит в атмосферу, оно формирует условно коническую ударную волну (метеороид при этом находится на острие конуса) — примерно такую же, как создается перед носовой частью сверхзвукового летательного аппарата.
|
|
|
|
Но разница наблюдается уже и здесь: ведь летательные аппараты имеют обтекаемую форму, а врезающийся в плотные слои болид совершенно не обязан быть обтекаемым. Неправильности его формы создают дополнительные завихрения. С уменьшением высоты полета и увеличением плотности воздуха аэродинамические нагрузки возрастают. На высотах около 50 км они сравниваются с прочностью большинства каменных метеороидов, и метеороиды с большой вероятностью начинают разрушаться. Каждый отдельный этап разрушения несет с собой дополнительное выделение энергии, ударная волна приобретает вид сильно искаженного конуса, дробится, из-за чего при пролете метеорита может быть несколько последовательных приходов избыточного давления, которые ощущаются на земле как серия мощных хлопков. В челябинском случае таких хлопков было минимум три.
|
|
|
|
Воздействие ударной волны на поверхность Земли зависит от траектории полета, массы и скорости тела. Челябинский метеорит летел по очень пологой траектории, и его ударная волна задела районы городской застройки лишь краем. Большинство же метеоритов (75%) входит в атмосферу по траекториям, наклоненным к поверхности Земли под углом более 30 градусов, и тут все зависит от того, на какой высоте произойдет главная фаза его торможения, обычно связанная с разрушением и резким увеличением энерговыделения. Если эта высота велика, ударная волна дойдет до Земли в ослабленном виде. Если же разрушение произойдет на более низких высотах, ударная волна может «зачистить» огромную площадь, примерно как это происходит при атмосферном ядерном взрыве. Или как при ударе Тунгусского метеорита.
|
|
|
|
Как камень испарился
|
|
|
|
Еще в 1950-х годах для моделирования процессов, происходящих при пролете метеороида сквозь атмосферу, была создана оригинальная модель, состоявшая из детонационного шнура (имитирующего фазу полета до разрушения) и прикрепленного на его конце заряда (имитирующего расширение). Под моделью латунной поверхности закрепляли вертикально медные проволочки, изображавшие лес. Эксперименты показали, что в результате детонации основного заряда проволочки, сгибаясь, давали весьма реалистичную картину вывала леса, аналогичную той, что наблюдалась в районе Подкаменной Тунгуски. Следы Тунгусского метеорита не обнаружены до сих пор, причем популярная гипотеза о том, что телом, столкнувшимся с Землей в 1908 году, было ледяное ядро небольшой кометы, вовсе не считается единственно достоверной. Современные расчеты показывают, что тело большей массы, входя в атмосферу, глубже погружается в нее до этапа торможения, и его фрагменты большее время подвержены сильному излучению, что увеличивает вероятность их испарения.
|
|
|
|
Тунгусский метеорит вполне мог быть и каменным, однако, раздробившись на относительно небольшой высоте, он мог породить облако очень мелких обломков, которые от соприкосновения с раскаленными газами испарились. До земли дошла лишь ударная волна, которая произвела на площади более 2000 км? разрушения, сопоставимые с действием термоядерного заряда мощностью 10?20 Мт. Имеется в виду как динамическое воздействие, так и таежные пожары, порожденные световой вспышкой. Единственный фактор, который в данном случае не действовал, в отличие от ядерного взрыва, — это радиация. Действие фронтальной части ударной волны оставило по себе память в виде «телеграфного леса» — стволы устояли, но ветви были обрублены все до единой.
|
|
|
|
Энерговыделение при разрушении челябинского метеорита считается, по предварительным оценкам, эквивалентным 300 кт тротила, что примерно в 20 раз больше мощности уранового «Малыша», сброшенного на Хиросиму. Если бы траектория полета болида была близка к вертикальной, а место падения пришлось бы на городскую застройку, колоссальные жертвы и разрушения были бы неизбежны. Так насколько велик риск повторения, и надо ли относиться всерьез к метеоритной угрозе?
|
|
|
|
Нелишняя предосторожность
|
|
|
|
Да, ни один метеорит пока, к счастью, никого не убил, однако угроза с неба не столь ничтожна, чтобы с ней не считаться. Небесные тела типа тунгусского падают на Землю примерно раз в 1000 лет, и это значит, что в среднем каждый год они полностью «зачищают» 2,5 км? территории. Падение тела типа челябинского отмечено последний раз в 1963 году в районе островов Южной Африки — тогда энерговыделение при разрушении тоже составляло около 300 кт.
|
|
|
|
В настоящее время перед астрономическим сообществом поставлена задача выявить и отследить на близких к земной орбитах все небесные тела размером более 100 м в поперечнике. Но бед могут натворить и более мелкие метеороиды, тотальный мониторинг которых пока не представляется возможным: для этого нужны специальные и многочисленные инструменты наблюдения. На сегодняшний день вхождение лишь 20 метеороидных тел в атмосферу наблюдалось с помощью астрономических инструментов. Известен лишь один случай, когда падение относительно крупного метеорита (поперечник около 4 м) было предсказано примерно за сутки (он упал в Судане в октябре 2008 года). А между тем предупреждение о космическом катаклизме даже за сутки — это совсем неплохо. Если небесное тело грозит упасть на населенный пункт, за 24 часа поселение можно эвакуировать. И уж конечно, суток хватит на то, чтобы лишний раз напомнить людям: если вы видите в небе яркую вспышку, надо прятаться, а не прилипать лицом к оконному стеклу.
|
|
|
|
Источник
|
