Куда делись тысячи тонн Челябинского метеорита?

15 февраля под Челябинском тысячи людей наблюдали полет необычно яркого болида. Его полет сопровождался сильными ударными волнами, напугавших жителей и вызвавших бой оконных стекол и разрушение ряда строений. По мнению ученых, это падение по силе воздействия на местность можно поставить на второе место после Тунгусской катастрофы 1908 г. Однако науке в данном случае крупно повезло. Если Тунгусский метеорит упал в глухом труднодоступном районе Сибири, практически без свидетелей взрыва, то здесь условия для фиксации события были почти идеальны - большое число свидетелей и разнообразных средств видеонаблюдения. Все это позволило хорошо воссоздать картину произошедшего события. Кроме того, в отличие от Тунгусской катастрофы, где не было найдено ни одного традиционного метеорита, здесь образцы метеоритов стали находить сразу после пролета болида.

По оценке NASA, мощность выделившейся энергии в атмосферу при полете метеорита составила от 0,3 до 0,5 мегатонн тротила, что соответствует примерно мощности 20 атомных бомб, сброшенных на Хиросиму. Масса тела была в пределах 7000 - 10000 тонн, диаметр – 17 м, скорость 18 км/сек., яркая вспышка произошла на высотах 19 - 24 км. Российские ученые по мощности и массе тела дают несколько заниженные значения. Приведенные данные будут со временем уточняться.

Метеорит оказался обычным хондритом, правда, довольно редкого типа. На сегодня, всего собрано несколько килограммов образцов, в основном сантиметровых размеров. Можно ожидать, что при сходе снежного покрова количество находок резко увеличиться. Однако уже сейчас ясно, что масса выпавшего вещества, по сравнению с первоначальной массой метеорита будет незначительной. Хондриты, по хорошо обоснованной гипотезе считаются осколками астероидов главного пояса, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Взаимные столкновения и удары комет (комета при столкновении с астероидом выбивает из него массу вещества в 20 раз превышающую массу кометы) приводят к появлению в межпланетном пространстве огромного количества осколков, один из которых, по-видимому, и стал Челябинским метеоритом. Кстати, в его образцах хорошо видны трещины, заполненные стеклом, что является следствием ударного процесса.

Так куда же делись тысячи тонн метеоритного вещества? Попытаемся разобраться в этой проблеме. Из метеоритики хорошо известно, что вторгшееся в атмосферу космическое тело имеет гиперзвуковую скорость и будет подвергаться сильнейшей абляции – унос набегающим потоком расплава с ее поверхности. Одновременно с абляцией в действие вступает еще один, гораздо более интенсивный процесс, разрушающий метеорит – это т.н. вихри Гёртлера. Они возникают в пограничном слое набегающего потока вблизи неровностей и представляют собой бешено вращающиеся плазменные микросмерчи. Вихри буквально впиваются в поверхность метеорита и высверливают углубления на его поверхности (См. Рис. 1 и Рис.2), что, в свою очередь способствует массовому выбросу в стороны небольших фрагментов, которые быстро тормозятся в атмосфере и, если полностью не испарятся, то выпадут метеоритами на Землю вдоль траектории полета болида. Подобно голодной стае пираний, вихри Гёртлера набросились на метеорит и менее чем за 2 сек, буквально растерзали его тело. Имеющиеся представления о разрушении поверхности только от нагрева, не соответствуют действительности, т.к. из-за малой тепловодности каменного метеорита, он не успевает за секунды глубоко погреться, тем более что поверхностный слой интенсивно обновляется абляцией.

Рис.1. Железный метеорит. На его поверхности хорошо запечатлелись регмаглипты – застывшие следы воздействия вихрей Гёртлера.

Рис.2 Образцы метеорита Челябинск. Наблюдаемые на поверхностях углубления могут являться следами, оставленные вихрями Гёртлера.

Рис.3 Стоп-кадры полета болида

На рис. 3 показан стоп-кадр полета болида. Хорошо видно, как меняется светимость болида вдоль траектории полета. В течение 1,7 сек она резко возрастает и затем сходит практически на нет, после чего лишь небольшие светящиеся обломки продолжили свой полет. Все картина указывает на то, что метеорит практически полностью "растаял" всего за 1,7 сек, полетев за это время 30 км. По-видимому, резкое увеличение светимости болида связано с появлением вихрей Гёртлера, благодаря чему поверхность свечения резко возросла, за счет выбросов с поверхности метеорита большого количества фрагментов. Если бы не возникли вихри Гёртлера, а действовала только абляция, то мы бы наблюдали полет ярко светящейся точки с небольшим хвостом, и не более того.

Таким образом, благодаря наклонной траектории болида (14-20⁰), выделение кинетической энергии метеорита в атмосфере произошло на высоте ~ 20 км , в течении ~2 сек и на участке траектории в 30 км, что способствовало рассеянию этой энергии в атмосфере и лишь незначительная ее часть в виде ударных волн достигла поверхности Земли.

Кроме рассмотренных механизмов быстрого разрушения метеорита существует еще один вариант, т.н. механизм прогрессивного дробления метеорита, количественная оценка которого была разработана в 1976 г. академиком РАН С.С. Григоряном. Суть его идеи заключается в том, что при внедрении метеорита в плотные слои атмосферы в его теле, после достижения некоторого критического давления на лобовой поверхности, фронт разрушения начинает перемещаться, со скоростью звука в твердом теле, что приводит к взрывному разрушению метеорита и полному испарению его вещества. Если бы такой механизм действовал в теле Челябинского метеорита, то расчеты показывают, что он должен был одноразово разрушиться, за 0085 сек, чего не наблюдалось. Кстати, Тунгусский метеорит, благодаря своей массе в 1 млн. тонн и более крутой траектории полета (30-40⁰) проник в нижние слои атмосферы, где взорвался на высоте 10 км.

В случае если Челябинский болид также имел бы более крутую траекторию, то разрушение метеорита произошло значительно быстрее и закончилось существенно ближе к поверхности, что привело к выделению всей его кинетической энергии метеорита в ограниченном объеме атмосферы. Короче говоря, здесь мы имели практически полный аналог ядерного взрыва в 0,5 мт ТНТ со всеми его атрибутами воздействия на местность, за исключением радиации. Нельзя также исключить, что из-за резкого повышения аэродинамического давления на метеорит - а такой процесс подобен удару - то вполне возможно сработал бы механизм прогрессивного разрушения метеорита по Григоряну, что еще более усугубило ситуацию. Теперь посмотрим, во что превратился Челябинский метеорит.

Как известно, полет болида сопровождался мощным шлейфом (См. Рис. 4), что, с учетом его больших угловых размеров и месторасположением на высоте 20 км, может указывать на его огромную массу. Другими словами мы наблюдаем протяженное газопылевое облако – след исправившегося вещества метеорита. Облачный вид шлейфу могли придать пары и частицы, как самого метеорита, так и окислы азота воздуха, которые неизменно образуются при высоких температурах. То, что метеорит во время интенсивного торможения не разделился на части, говорить о его высокой объемной прочности, т.е. в его теле не было крупных трещин, и он, по-видимому, представлял собой монолит.

Рис. 4. Свежий шлейф от пролета болида

На Рис. 5 дана фотография шлейфа на заключительном этапе его рассеяния. На снимке отчетливо видно, что он стал темного цвета. Это указывает на то, что паровая фракция облака улетучилась, а остались, только микросферулы - застывшие капли расплава метеоритного вещества. Большие угловые размеры темного шлейфа так же указывает на его внушительную массу. Короче говоря, здесь наглядно представлено, во что, в конце концов, превратился Челябинский метеорит.

Рис. 5. Заключительная фаза рассеяния шлейфа

Большой интерес для науки представляют находки метеоритов и определение зон выпадения на почву микросферул. Для сбора метеоритов наиболее благоприятное время - это конец схода снежного покрова. Когда толщина снега будет составлять несколько сантиметров, то темные метеориты будут хорошо видны на снегу, а на солнечных участках они будут лежать в снежных ямках, образовавшихся от теплового излучения нагретого метеорита, что еще более повысит вероятность их обнаружения. Особенно это явление будет проявляться вокруг метеоритов массой более 1 кг. Поисковикам нужно обязательно взять с собой хороший бинокль. Осмотр открытой местности лучше вести с возвышенностей или деревьев. Сбор метеоритов вести под траекторией полета болида. Может быть, со временем удаться получить суммарную массу выпавшего на землю метеоритного вещества. Для выявления зон рассеяния микросферул можно воспользоваться богатым опытом, накопленным исследователями Тунгусского метеорита.

Характер выпадения челябинских метеоритов вселяет определенную надежду все же обнаружить осколки Тунгусской кометы. Дело в том, что движение Тунгусского тела, до достижения им высоты ~ 10 км происходило, по-видимому, по сценарию Челябинского метеорита. Далее, благодаря своей огромной массе (~1 млн. тонн) он сохранил высокую скорость, и когда на высоте ~10 км давление на его лобовой поверхности превысило критического давление, сработал механизм прогрессивного дробления и метеорит взорвался, что привело к полному испарению его вещества.

Зная эти особенности полета Тунгусского тела, автор в своих работах неоднократно призывал полевых исследователей вести поиск выпавших объектов под траекторией полета болида. Однако, несмотря на то, что именно под траекторией полета вблизи эпицентра была обнаружена малая ударная воронка с целым набором космических частиц, его призыв так и остался не услышанным.

В заключении нужно сказать, что местным жителям благодаря пологой траектории полета Челябинского болида, можно сказать, крупно повезло, и поэтому они просто обязаны отмечать каждый год дату 15 февраля, ни больше, ни меньше, как “День Метеорита” и благодарить судьбу за свое чудесное спасение от космической катастрофы.

март 2013 | Евгений ДМИТРИЕВ

Е.В. Дмитриев другие статьи Е.В. Дмитриева Мир комет дискуссии на форуме к библиотеке

Знаете ли Вы, что Хмельницкиты - в основном представлены высококальциевыми тектитами и их родительской породой. Упали во двор юриста Б.В. Калынюк 26 июля 2017 г. около 4 часов утра.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира