МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ЛУБЕНСЬКА ЗАГАЛЬНООСВІТНЯ ШКОЛА № 1 І-ІІІ СТУПЕНІВ
РЕФЕРАТ
ТЕМА:
Тепловi вибухи метеороїдiв у земнiй атмосферi
Савченко Свiтлана
Лубни 2010
Вступ
Спершу потрiбно дати визначення метеороїдам, як космiчним тiлам. Як вiдомо, всi подiбнi тiла вважаються малими тiлами Сонячної системи. Свiтнi тiла, що входять в атмосферу на великiй швидкостi та видимi неозброєним оком або за допомогою оптичних приладiв, називають метеорами. Коли ж тiло метеора повнiстю не згоряє в земнiй атмосферi i падає на поверхню планети – його називають метеоритом. Метеороїдами вважають метеороподiбнi тiла, якi можуть вибухати ще в земнiй атмосферi, не досягнувши поверхнi Землi.
знаходиться за орбiтою Нептуна. Кометнi метеороїди можуть бути уламками комет сiмейства Юпiтера та iнших планет-гiгантiв.
Розпiзнати метеороїд в атмосферi землi не так просто, як здається на перший погляд. Для цього органiзовують рiзнi служби реєстрацiї цих, такi як Мiжнародна Кометна Служба. Багато наземних обсерваторiй ведуть пошук та реєстрацiю метеороподiбних об’єктiв. Також космiчнi країни, зокрема Росiя i США, органiзовують пошук та дослiдження метеороподiбних тiл з геостацiонарних орбiт.
Реєстрацiя вибухiв
На сьогоднi зареєстровано неабияку кiлькiсть вибухiв великих метеороїдiв в атмосферi Землi. Для реєстрацiї таких явищ використовують як наземнi оптичнi установки (у першу чергу тi, що належать до Європейської болiдної мережi — EN), так i спецiальнi прилади з фотодiодами, установленi на геостацiонарних супутниках США. Наведiмо сiм випадкiв знайдених метеоритiв — залишкiв космiчних тiл, яскравi болiди яких були зареєстрованi наземними установками i для яких визначено точнi топо-, гео- та гелiоцентричнi орбiти:квiтень 1959 p., Чехословаччина; сiчень 1970 p., США; лютий 1977 p., Канада; жовтень 1992 p., США; сiчень 2000 p., Канада; травень 2000 p., Чехiя; листопад 2001 p., Україна.
Останнiй у цьому списку — болiд, що має позначення EN171101. був утворений космiчним тiлом масою 4300 кг. яке ввiйшло в атмосферу десь над Івано-Франкiвськом зi швидкiстю 18. 5 км/с. Болiд пролетiв над Карпатами, яскраво освiтивши їх. У момент потужного спалаху (теплового вибуху) на висотi 13 км його абсолютна зоряна величина становила — 18. 5. Це було вже в Закарпаттi, в районi села Тур'ї Ремети. Залишки тiла (за оцiнками — 370 кг) розвалилися на декiлька фрагментiв. За розрахунками колег iз Чехiї та Словаччини [13], на поверхнi Землi в околицi села Тур'я Пасека перебувають два-три найбiльших (можливо, до ста кiлограмiв кожний) метеорити, якi не знайдено до цього часу.
А тепер про iнший вибух. Понад 100 рокiв тому, 30 червня 1908 р., в Красноярському краї поблизу рiчки Пiдкам'яна Тунгуска (притока Єнiсею) на висотi 5—7 км вiдбувся потужний вибух космiчного тiла, який було чути на вiдстанях понад 1000 км. Перед цим на великiй територiї — вiд берегiв Єнiсею на заходi до Вiтiма на сходi, тобто протяжнiстю бiля 1500 км — спостерiгали слiпучу вогняну кулю-болiд з довгим пиловим хвостом. Це явище назвали Тунгуським метеоритом. Горiла тайга, а спричинена вибухом ударна хвиля повалила дерева на площi радiусом понад 40 км. Сейсмiчнi хвилi, утворенi вибухом, двiчi обiгнули земну кулю i були зареєстрованi у Копенгагенi, Загребi, Вашингтонi, Лондонi, Потсдамi та в iнших мiстах.
На пiдставi аналiзу барограми, отриманої в Потсдамському геофiзичному iнститутi, академiк В. Г. Фесенков [7] визначив швидкiсть поширення повiтряної хвилi (317. 9 м/с) i висоту вибуху (5. 3 км). У цiй же роботi вiдмiчено, що точно такою ж виявилась i швидкiсть повiтряної хвилi, яку з аналiзу барограм iнших станцiй отримали вiдомi дослiдники Ігор Астапович i Фред Уїппл. Як пише В. Г. Фесенков [8], «лише тi хвилi могли обiйти всю земну кулю, якi продовжували рухатися на однiй i тiй же висотi, що дорiвнює висотi вибуху».
метеорит лiтають, як часто пишуть i говорять, — їх знаходять.
На поверхнi Мiсяця та в його поверхневому шарi метеоритiв немає: усi космiчнi тiла, якi стикаються з нашим природним супутником, iнтенсивно гальмуються у поверхневому шарi та вибухають, утворюючи вибуховi кратери, бо швидкiсть падiння перевищує 4—5 км/с. (Із енергетичних мiркувань випливає, що питома кiнетична енергiя за швидкостi 4—5 км/с перевищує питому енергiю, яка потрiбна для випаровування речовини). Такi тiла можуть залишати лише мiкрометеорити (дрiбнi фрагменти космiчних тiл) або тi, що утворилися в процесi конденсацiї вибухових випаровувань. На нашiй же планетi знаходимо метеорити, бо земна атмосфера є сприятливим чинником для окремих космiчних тiл, великих за розмiром i зi швидкiстю входження, як правило, до 25 км/с.
Тунгуський болiд не залишив метеоритiв тому, що це було кометне тiло. Такi структури являють собою рої дрiбних пилових частинок, слабо зв'язаних мiж собою замороженими водою та вуглекислотою, i мають середню густину, що не перевищує густину звичайної води. Тому вони iнтенсивно руйнуються i подрiбнюються пiд час польоту через атмосферу. Тунгуське тiло (початкова маса — приблизно 2·106
т, швидкiсть пiд час входження в атмосферу, за оцiнками, — 31 км/с) на своєму шляху до вибуху пройшло бiля 200 км i втратило сотнi тисяч тонн своєї маси, яка перетворилася на дрiбний пил. Рознесений вiтрами, вiн призвiв до того, що перша нiч пiсля Тунгуського явища по всiй Європi була надзвичайно свiтла. Навiть серед ночi на пiвднi, наприклад на Кавказi, можна було читати без штучного освiтлення. У цю нiч В. Г. Фесенков не змiг провести астрономiчнi спостереження в Ташкентськiй обсерваторiї, бо темнота так i не настала.
«розтiкається», подiбно рiдинi, та швидко гальмується, так що за дуже короткий час її кiнетична енергiя передається невеликому об'єму повiтря перед тiлом, стискуючи та нагрiваючи його до кiлькох десяткiв тисяч градусiв. Наслiдок такого процесу — тепловий вибух, потужнiсть якого визначається переданою кiнетичною енергiєю.
наслiдок, спалахи блиску вiдбуваються на висотах максимального гальмування тiл. Цю iдею ми пiдтвердили пiд час вивчення руйнування фрагментiв ядра комети Шумейкер—Левi 9 в атмосферi Юпiтера [11, 12]. При цьому основним аргументом було добре узгодження обчисленого за теоретичною моделлю часу виходу плюму на «поверхню» Юпiтера з даними прямих реєстрацiй космiчними апаратами. (Пiд поняттям «поверхня» Юпiтера ми розумiли глибину в його атмосферi, де вже утворювалася ударна хвиля пiд час входження космiчного тiла.)
Незалежним пiдтвердженням розрахованої нами глибини вибуху, визначеної за умови максимального гальмування кометного фрагмента дiаметром 1 км в атмосферi Юпiтера, стала робота [9]. У нiй глибина вибуху, яка збiглася з нашою, була визначена на зовсiм iншiй пiдставi — з аналiзу результатiв вимiрювань випромiнювання молекул, якi виникли внаслiдок вибуху та були винесенi у верхню атмосферу Юпiтера.
Пiсля теплового вибуху метеороїда в атмосферi Землi, як правило, на поверхню планети випадають його залишки-фрагменти, якi утворюють ударнi кратери. Тепловi вибухи в атмосферi Землi створюють i монолiтнi (кам'янi чи залiзнi), i кометнi тiла. Наведене твердження про залишки-фраґменти стосується монолiтних тiл з масою, яка не перевищує 400 т, бо бiльшi космiчнi тiла проходять атмосферу практично без утрати маси та швидкостi й вибухають на поверхнi Землi. Вони утворюють вибуховi кратери, не залишаючи метеоритiв, бо вся їхня речовина (частково i навколишня) випаровується в процесi вибуху. До таких належить i космiчне тiло, що утворило Аризонський кратер (США) дiаметром 1200 м, завглибшки 175 м, а маса цього тiла приблизно така ж, як i маса Тунгуського тiла — 1 млн. т. Частота падiнь на Землю таких тiл, як кометне Тунгуське чи монолiтне (залiзне) Аризонське, згiдно з нашою iнтегральною функцiєю припливу космiчних тiл на Землю [6], становить приблизно один раз за 1300 рокiв. Доплив космiчної речовини на Землю за рiк — 140 тис. т, щороку на Землю падає близько 800 метеоритiв. Найбiльше тiло, що входить в атмосферу нашої планети протягом року, має масу 100 т.
Спецiальна оптична апаратура на американських геостацiонарних супутниках зареєструвала з лютого 1994 р. до вересня 2002 р. понад 300 вибухiв-спалахiв метеороїдiв у земнiй атмосферi. На основi аналiзу опублiкованих результатiв [10] ми виявили, що вибух метеороїда над Середземним морем (6 червня 2002 р.) з великою iмовiрнiстю був утворений кометним тiлом, бо його початкова маса дорiвнює приблизно 700 т, а енергiя спалаху становить 26 кт тринiтротолуолу. Авторiв статтi [10], судячи з усього, не цiкавило питання, на яких висотах вiдбуваються тепловi вибухи, ними опрацьованi, бо енергiю вибуху, а значить, i масу за вибраної швидкостi входження тiла в атмосферу вони прирiвнювали до початкової. Треба було врахувати втрату маси за час руху тiла до вибуху. Опрацювавши бiльш коректно результати вже згаданої роботи [10], ми й дiйшли висновку, що таке тiло, якщо воно було б монолiтним (кам'яним або залiзним), пройшло б нашу атмосферу без спалаху: висота його максимального гальмування мiститься нижче (формально) поверхнi Середземного моря. На мiй лист з цього приводу до одного з авторiв роботи — Д. О. Ревелле (D. O. ReVelle) вiдповiдi не надiйшло.
Спалах блиску вiдбувається на невеликому iнтервалi висот, значно меншому за висоту однорiдної атмосфери. Утрата тiлом енергiї на гальмування за цей час перевищує енергiю, яка потрiбна для повного випаровування всього тiла. Тому можна вважати вибух точковим i застосовувати вiдому теорiю вибуху в середовищi з експоненцiально-змiнною густиною [2, 3]. Вiдповiдно до цiєї теорiї швидкiсть поширення вибухової хвилi в неоднорiднiй атмосферi залежить вiд напрямку: коли вона перемiщується вниз, у напрямку найвищого можливого збiльшення густини атмосфери, то її швидкiсть сповiльнюється, а енергiя максимально зменшується; коли хвиля перемiщується вертикально вгору, у напрямку максимального зменшення густини, то вона прискорюється i за обмежений час «прориває» атмосферу. Вибухова хвиля поширюється вниз на вiдстань не бiльше вiд 2Н,
у перпендикулярному напрямку на висотi вибуху — на вiдстань приблизно
— висота однорiдної атмосфери). Далi поширюється пружна, або звукова, хвиля. Таким чином, якщо тепловий вибух метеороїда вiдбудеться на висотi бiльшiй за 15 км, то до поверхнi Землi вибухова хвиля не дiйде.
Лiтература
1. Григорян С. С.
О движении и разрушении метеоритов в атмосферах планет// Космич. исслед. — 1979. — 17, № 6. — С. 875—893.
Физика ударных волн и високотемпературних гидродинамических явлений. — ML: Наука, 1966. — 688 с.
З Компанеец А. С.
Точечный взрыв в неоднородной атмосфере // ДАН СССР. - 1960. - 130, № 5. - С. 1001-1003.
4.Кручиненко В. Г.
Определение физических характеристик мете-оритообразующего тела Стерлитамак // Астрон. вестн. — 1992. — 26, №4. — С. 104-112.
5.Кручиненко В. Г.
Анализ изменения физических характеристик метеоритообразующего тела Стерлитамак вдоль пути // Астрон. вестн. - 1993. - 27, № 6. - С. 87-94.
6.Кручиненко В. Г.
Приток космических тел на Землю в широком интервале масс // Кинематика и физика небес, тел. — 2002. — 18, № 2. — С. 114-127.
7.Фесенков В. Г.
О воздушной волне, произведенной падением Тун-гусекого метеорита 1908 г. // Метеоритика. — 1959. — Вып. 17. — С. 3—7.
8. Фесенков В. Г.
О кометной природе Тунгусского метеорита // Астрон. журн. - 1961. - 38, № 4. - С. 577-592.
9. BerezhnoiA. A., Shevchenko V. V., Klumov B. A., Fortov V. E.
Collision of
a comet with Jupiter: Determination of fragment penetration depths in the molec ular spectra // Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. - 1996. - 63, № 6. - P. 387 - 391. (1996 American Institute of Physics. [S0021-3640(96)00106-5]).
10.Brown P., Spalding R. E., ReVelle D. O., et al.
11.Kruchynenko V. G.
12.
The collision of the comet Shoemaker—Levy 9 with Jupiter//Astron. and Astrophys. Transactions. — 1997. — 13.— P. 191 — 197.
13.Spurny P. and Porubcan V.
// Proc. of Asteroids, Comets, Meteors (ACM 2002). 29 July — 2 August 2002. Technical University, Berlin. Germany (ESA - 500). - Nov. 2002. - P. 269-272.
|
