Моделируем падение метеорита своими руками⁠⁠

Привет, Пикабу!

Думаю, каждый согласится, что математическое моделирование - вещь довольно нудная, для получения результатов зачастую требуется обработать гигабайты данных (а, если они предназначены для показа широкой общественности, то требуется ещё и визуализировать их). Однако сегодня я попытаюсь достаточно точно, но при этом наглядно смоделировать… падение 60-метрового метеорита в центре Москвы. Итак, поехали

Инструментарий: нам понадобятся всего лишь два онлайн сервиса и документация к ним Impact: Earth!  (собственно, программа, моделирующая вхождения болида в плотные слой атмосферы Земли, а также формирование кратера) и Nukemap (программа симуляции атомных взрывов с визуализацией на карте).
Легенда: пусть любитель-астроном N со своим 270-кратным телескопом замечает подозрительную точку. Этой точкой оказывается 60-метровый, состоящий целиком из камня (знаю, не очень частый случай, но всё же...), метеорит, движущийся к земле на скорости 25 км/с. Оговоримся, что сам астроном пока этого не знает, ведь, чтоб он мог увидеть хоть очертания метеорита, последний должен занимать на небе хоть 0.01 квадратный градус, рассчитаем, с какого расстояния метеорит станет видимым (0.01 кв. градус преобразуем в 0.1 обычный)

Но мы-то помним, что метеорит (на самом деле, может быть и болид, но об этом позже) движется со скоростью 25 км/с и преодолеет это расстояние в 18564 (на рисунке ошибка округления) за 12 с половиной минут (считая, что он движется по прямой к Земле и игнорируя центростремительное ускорение), поэтому никакие меры предприняты с Земли не будут - разве что нескольким счастливчикам удастся закрыться в метро и переждать надвигающуюся угрозу. Однако, на деле метеорит скорее всего обнаружат с помощью больших телескопов (хотя Челябинский метеорит остался незамеченным до самого конца).

Вхождение в атмосферу: те 12 минут, которые любитель-астроном потратил на обзванивание своих близких прошли и вот наш красавец метеорит(болид?) вошёл в атмосферу. Пускай парабола его падения (а все тела во вселенной под воздействием гравитации движутся по кривым 2-го порядка - парабола, гипербола, эллипс) оканчивается в самом центре Садового кольца и наш герой падает под углом в 39 градусов (почти наиболее вероятный сценарий, как говорят учёные). И тут нам на помощь в расчётах приходит сервис Impact: Earth!

Итак, все данные вбиты, процесс запущен, а нашего астронома я разместил в 5 км от взрыва. Последний, кстати, по расчётам произошёл на высоте 6730 метров, то есть высоко над поверхностью Земли, поэтому - если никакие осколки не долетят до земли, - то официально это будет не метеорит, а болид, но будем называть его всё-таки метеоритом, чтобы не усложнять терминологию ;-) Распадаться наш герой начал на высоте 60 км, в т.н. стратопаузе - таком участке атмосферы, повыше стратосферы. Опыт и расчёты показали, что именно здесь неудачно снижающиеся космические аппараты могут отскочить от атмосферы и полететь дальше по орбите. Некоторые осколки до нескольких метров диаметром, правда, наверняка долетят до поверхности земли, но это не причинят особого вреда, ведь там, где они упадут, уже ничего не будет. И вот почему: в 5 км от проекции точки взрыва на землю (прямо под ней, говоря по-русски) давление от взрыва составляет 20.3 psi или примерно 1,4 атмосфер, что гарантирует нашему астроному повреждение внутренних органов и, скорее-всего, смерть. Давление в 20 psi обеспечивает почти гарантированное уничтожение гражданских зданий любого типа. 5 psi - 0.35 атмосфер причиняет ощутимый вред городским постройкам и сносит деревянные. Начиная с 1,5 psi начинаются биться окна, а это очередной (причём немаловажный!) поражающий фактор взрыва. Такого поражающего фактора, как термическое излучение не наблюдается - энегретически энергия излучения метеорита не превышает таковую у солнца для наблюдателя с Земли. Но, начиная с 100 метров в диаметре, это становится ощутимым поражающим фактором.
Но сложно у себя в голове представить разрушения на карте Москвы, и тут нам поможет nukemap. Итак, взрыв произошёл на высоте 6730 метров, его энергия - 22.6 мегатонн в тротиловом эквиваленте. А это где-то в полторы тысячи раз больше, чем в Хиросиме! Итак, визуализируем:

Круги (по возрастанию радиуса) - 20, 5, 1.5 psi соответственно. Область с давлением выше 5 psi имеет радиус 19 км(!) что, по расчётам программы, приблизительно равно 7 миллионам 391 тысяче погибших.
Ссылки даны, можете сами поиграться с параметрами, но учтите - Nukemap работает с энергиями до 100 мегатонн, так что можно просто составлять таблицы перепадов давления на разных расстояниях в Impact:Earth.
Надеюсь, было интересно)