Какво са метеорити по отношение на науката

Наскоро метеорит, минаващ в небето над Хабаровск, буквално превърна върха на планината в развалини. А колата, която прелетя над Челябинск и вдигна толкова много шум в буквалния и образен смисъл, порази всички с невероятния си блясък и ударна вълна, която разруши стъкло, изнесе порти и събори облицовъчните панели от стените. Много е писано за последствията, много по-малко е казано за същността на това явление. За да разбере по-подробно процесите, протичащи с малки небесни тела, срещнали планетата Земя по пътя си, ПМ кандидатства в Института по динамика на геосферата на Руската академия на науките, където отдавна изучават и математически моделират движението на метеороидите, тоест небесните тела, влизащи в земната атмосфера. И ето какво успяхме да разберем.

Избита от колана

Тела като Челябинск произхождат от основния астероиден пояс, който се намира между орбитите на Марс и Юпитер. Това не е толкова близо до Земята, но понякога астероидният пояс се разклаща от катаклизми: по-големи предмети се сриват в по-малки в резултат на сблъсъци, а някои от остатъците преминават в категорията на космическите тела в близост до Земята - сега орбитите им преминават около орбитата на нашата планета. Понякога небесните камъни се изхвърлят от колана от смущения, причинени от големи планети. Както показват данните за траекторията на метеорита в Челябинск, той представлява така наречената група Аполон - група от малки небесни тела, движещи се около Слънцето по елиптични орбити, които пресичат земната орбита, а техният перихелион (тоест най-близкото разстояние от Слънцето) е по-малък от перихелия на орбитата на Земята.

Тъй като най-често става въпрос за отломки, тези предмети са с неправилна форма. Повечето от тях са направени от скала, наречена „хондрит“. Това име й е дадено заради хондри - сферични или елиптични включвания с диаметър около 1 мм (по-рядко - повече), заобиколени от детритна или дребнокристална матрица. Хондритите са от различни видове, но има и железни образци сред метеороидите. Интересно е, че има по-малко метални тела, не повече от 5% от общия брой, обаче желязото определено преобладава сред намерените метеорити и техните фрагменти. Причините са прости: първо, хондритите са визуално трудни за разграничаване от обикновените земни камъни и е трудно да бъдат открити, и второ, желязото е по-силно и има повече шансове да пробиете плътните слоеве на атмосферата и да не летите на малки фрагменти от железен метеорит.

Невъобразими скорости

Съдбата на метеороида зависи не само от неговия размер и физико-химични свойства на неговото вещество, но и от скоростта на навлизане в атмосферата, която може да варира в доста голям диапазон. Но във всеки случай говорим за свръхвисока скорост, значително надвишаваща скоростта на движение дори на свръхзвуков самолет, но и на орбитни космически кораби. Средната скорост на влизане в атмосферата е 19 km / s, обаче, ако метеороидът влезе в контакт със Земята на курсове, близки до идващия, скоростта може да достигне 50 km / s, т.е. 180 000 km / h. Най-малката скорост на влизане в атмосферата ще бъде, когато Земята и малко небесно тяло се движат, както би било, в съседни орбити, една до друга, докато нашата планета не привлече метеороид.

Колкото по-висока е скоростта на навлизане на небесното тяло в атмосферата, толкова по-голям е натоварването върху него, колкото по-далеч от Земята то започва да се разпада и толкова по-голяма е вероятността то да се срути, преди да достигне повърхността на нашата планета. В Намибия, заобиколен от внимателно направена ограда, оформена като малък амфитеатър, има огромен метален блок, състоящ се от 84% желязо, както и никел и кобалт. Блокът тежи 60 тона, докато той е най-голямото парче космическа материя, открито някога на Земята. Метеорит падна на Земята преди около 80 000 години, като дори не остави кратер след падането. Вероятно, поради някаква комбинация от обстоятелства, скоростта на падането му е минимална, тъй като метален метеорит Сихоте-Алин (1947 г., Приморски край), съпоставим по маса и се разпада на много парчета и създава цяло кратерно поле, както и огромна площ на разсейване малки фрагменти, които все още се събират в тайгата на Усури.

Какво експлодира там?

Дори преди метеоритът да падне на земята, той може, както ясно показа случаят в Челябинск, да бъде много, много опасен. Небесно тяло, избухнало в атмосферата с гигантска скорост, генерира ударна вълна, при която въздухът се нагрява до температури над 10 000 градуса. Радиацията от нагрятия от шок въздух води до изпаряване на метеороида. Благодарение на тези процеси той е обвит в ореол от светещ йонизиран газ - плазма. Зад ударната вълна се образува зона с високо налягане, която тества силата на фронталната част на метеорита. Отстрани налягането е много по-ниско. В резултат на възникналия градиент на налягането метеорит най-вероятно ще започне да се срива. Как точно ще се случи това зависи от конкретния размер, форма и структурни особености на метеороида: пукнатини, вдлъбнатини, кухини. Важно е и друго - когато автомобил е унищожен, площта му на напречно сечение се увеличава, което мигновено води до увеличаване на освобождаването на енергия. Областта на газ, която тялото улавя, се увеличава, все повече кинетична енергия се превръща в топлина. Бързото увеличение на отделянето на енергия в ограничена площ от пространството за кратко време не е нищо повече от експлозия. В момента на разрушаването блясъкът на автомобила рязко се усилва (възниква ярка светкавица). А площта на ударната вълна и съответно масата на нагрятия от удар удар въздух се увеличава спазматично.

В случай на конвенционална експлозия или ядрен боеприпас, ударната вълна има сферична форма, но в случай на метеорит това, разбира се, не е така. Когато малко небесно тяло навлезе в атмосферата, то образува условно конична ударна вълна (метеороидът е на върха на конуса) - приблизително същото като това, създадено пред носа на свръхзвуков самолет.

Ударната вълна, която възниква по време на унищожаването на метеорит, може да донесе много повече вреда от падането на голям фрагмент. На снимката - дупка в леда на езерото Чебаркул, предполагаемо пробита от парче от Челябинския метеорит.

Но разликата вече се наблюдава тук: в края на краищата самолетите са рационализирани и кола, която се разбива в плътни слоеве, не е необходимо да се оптимизира. Нередностите на формата му създават допълнителни обрати. С намаляване на височината на полета и увеличаване на плътността на въздуха се увеличават аеродинамичните товари. На височина от около 50 км те се сравняват със силата на повечето каменни метеороиди и по-вероятно е метеороидите да започнат да се сриват. Всеки отделен етап на унищожаване носи със себе си допълнително освобождаване на енергия, ударната вълна приема формата на силно изкривен конус, разпада се, поради което при преминаване на метеорит може да има няколко последователни пристигания на свръхналягане, които се усещат на земята като поредица от мощни пляскания. В случая с Челябинск имаше поне три такива плесни.


Шумоленето, което не би трябвало да бъде

Загадките, свързани с големи метеорити (огнени топки), включват явлението на така наречените електронни огнени топки. В този случай човек, наблюдаващ преминаването на малко космическо тяло през небето, чува известно шумолене, идващо от кола. Очевидно звукова вълна не може да стигне до ухото на наблюдателя толкова бързо. По всичко изглежда, шумоленето се случва по време на взаимодействието на електромагнитно излъчване, идващо от автомобил със земната повърхност, заобикаляща наблюдателя. Но какъв вид взаимодействие не е известно. Според някои индикации електронният ефект се наблюдава и по време на полета на автомобила в Челябинск.

Въздействието на ударна вълна върху земната повърхност зависи от пътя на полета, телесната маса и скоростта. Челябинският метеорит прелетя по много нежна траектория, а ударната му вълна удари градските райони само на ръба. Повечето метеорити (75%) влизат в атмосферата по траектории, наклонени към земната повърхност под ъгъл над 30 градуса, и всичко зависи от това на каква височина ще настъпи основната фаза на нейното забавяне, обикновено свързана с разрушаването и рязкото увеличаване на освобождаването на енергия. Ако тази височина е голяма, ударната вълна ще достигне до Земята в отслабена форма. Ако разрушаването се случи на по-ниска надморска височина, ударната вълна може да "почисти" огромна площ, подобно на това, което се случва с атмосферна ядрена експлозия. Или като въздействието на метеорита Тунгуска.

Как камъкът се изпарява

Още през 50-те години, за да се симулират процесите, които се случват, когато метеороидът преминава през атмосферата, е създаден оригинален модел, състоящ се от детонационен шнур (симулиращ фазата на полета преди унищожаване) и заряд (симулиращ разширяване), прикрепен към края му. По модела на месинговата повърхност медни жици, изобразяващи гората, бяха фиксирани вертикално. Експериментите показаха, че в резултат на детонацията на основния заряд проводниците, огъващи се, дават много реалистична картина на падането на гората, подобна на тази, наблюдавана в района на Подкаменна Тунгуска. Следи от метеорита Тунгуска досега не са открити, а популярната хипотеза, че тялото, сблъскало се със Земята през 1908 г., е леденото ядро ​​на малка комета, изобщо не се смята за единственото надеждно. Съвременните изчисления показват, че тяло с по-голяма маса, влизайки в атмосферата, потъва по-дълбоко в нея до етапа на инхибиране, а фрагментите му са по-изложени на силно излъчване, което увеличава вероятността от тяхното изпаряване.

Метеоритът Тунгуска може да бъде камък, но смазан на сравнително малка надморска височина, той може да генерира облак от много малки фрагменти, който се изпарява от контакт с горещи газове. Само ударна вълна достигна до земята, което причини разрушение на площ над 2000 км², сравнимо с действието на термоядрен заряд с капацитет 10-20 Mt. Това се отнася както за динамично въздействие, така и за тайгови пожари, генерирани от светкавица. Единственият фактор, който не работи в този случай, за разлика от ядрената експлозия, е радиацията. Действието на предната част на ударната вълна остави спомен под формата на „телеграфна гора“ - стволовете се съпротивляваха, но клоните бяха отсечени всички до едно.

Въпреки факта, че метеоритите падат на Земята доста често, статистиката на инструменталните наблюдения на навлизането на малки небесни тела в атмосферата все още е недостатъчна.

Енергията, отделена по време на унищожаването на метеорита в Челябинск, според предварителните оценки се счита за еквивалентна на 300 ct TNT, което е около 20 пъти повече от капацитета на урана „Kid”, изхвърлен на Хирошима. Ако траекторията на полета на колата беше близка до вертикална и мястото на падането щеше да бъде върху градското развитие, колосалните жертви и разрушенията бяха неизбежни. И така, колко голям е рискът от рецидив и необходимо ли е да се вземе сериозно заплахата от метеорит?


Случайна мегабомба

Земното население е неравномерно разпределено по цялата планета, по-голямата част от Земята е заета от океани и слабо населени райони, така че голям метеорит, влизащ в населено място, не е много вероятно. При неблагоприятни обстоятелства обаче метеорит като Челябинск може да причини щети, сравними с резултатите от ядрена бомбардировка. Ако меторит от типа Тунгуска попадне в голям мегаполис, последният ще бъде напълно унищожен.

Процесите, които се случват по време на разрушаването на метеороида в плътните слоеве на атмосферата, са малко по-различни от експлозията на заряд, състоящ се от TNT или други експлозиви. При взривен взрив, детонационна вълна се разпространява първо чрез експлозива, а след това плътните детонационни продукти се разпадат и генерират ударна вълна във въздуха. В метеорита няма експлозив. Поради огромната си скорост, той е по-скоро аналог на плътните взривни продукти. Ударната вълна, която образува, не е сферична, а условно близка до конусовидна форма.

Допълнителна предпазна мярка

Да, никой метеорит все още не е убил никого, но заплахата от небето не е толкова незначителна, че да се игнорира. Небесните тела от типа Тунгуска падат на Земята около веднъж на 1000 години и това означава, че средно всяка година те напълно „почистват“ 2, 5 км² територия. Падането на тяло от тип Челябинск за последно е регистрирано през 1963 г. в района на островите в Южна Африка - тогава отделянето на енергия по време на унищожаването също е било около 300 kt.

Понастоящем астрономическата общност има за задача да идентифицира и проследява всички небесни тела, по-големи от 100 m в непосредствена близост до земните орбити. Но неприятности могат да бъдат причинени и от по-малки метеороиди, пълният мониторинг на които все още не е възможен: това изисква специални и многобройни инструменти за наблюдение. Към днешна дата само 20 метеороидни тела са влезли в атмосферата с помощта на астрономически инструменти. Известен е само един случай, когато за около ден се прогнозира падането на сравнително голям метеорит (около 4 м) (той падна в Судан през октомври 2008 г.). Междувременно предупреждение за космически катаклизъм дори за един ден изобщо не е лошо. Ако небесното тяло заплаши да падне върху населено място, селището може да бъде евакуирано за 24 часа. И разбира се, един ден е достатъчен, за да напомня за пореден път на хората: ако видите ярка светкавица в небето, трябва да се скриете и да не се придържате към стъклото на прозореца.

Препоръчано

Никола представи нов водороден камион
2019
Как козите и магаретата влизат в политиката
2019
Мечти за безсмъртие: Кой иска да живее завинаги
2019