Что такое метеориты?
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. 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.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
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 км² разрушения, сопоставимые с действием термоядерного заряда мощностью 10−20 Мт.
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?
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 км² 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.
Олег Макаров.
Статья «Космический гром» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2013).