Do tej pory nie jest znany żaden potwierdzony przypadek zabicia ludzi przez meteoryt. Jednocześnie nawet małe ciało niebieskie, które niestety wtargnęło do ziemskiej atmosfery, ma kolosalny potencjał niszczenia porównywalny z bronią jądrową. Czasami, jak pokazały ostatnie wydarzenia, goście z nieba mogą nas zaskoczyć.
Bolid, który przeleciał nad Czelabińskiem i narobił tyle hałasu, dosłownie iw przenośni, zadziwił wszystkich swoim niesamowitym blaskiem i falą uderzeniową, która roztrzaskała szkło, wyrzuciła bramę i oderwała okładziny ze ścian. Wiele napisano o skutkach, a jeszcze mniej o istocie tego zjawiska. Aby bardziej szczegółowo zrozumieć procesy zachodzące z małymi ciałami niebieskimi, które po drodze spotkały planetę Ziemię, "PM" zwrócił się do Instytutu Dynamiki Geosfer Rosyjskiej Akademii Nauk, gdzie od dawna zajmują się badaniami i modelowaniem matematycznym ruchu meteoroidów, czyli ciał niebieskich wchodzących do atmosfery ziemskiej. Oto, czego udało nam się dowiedzieć.
Wytrącony z paska
Ciała takie jak Czelabińsk pochodzą z głównego pasa asteroid, który leży pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Nie jest tak blisko Ziemi, ale czasami pas asteroid jest wstrząsany kataklizmami: w wyniku zderzeń większe obiekty rozpadają się na mniejsze, a część gruzu przechodzi do kategorii ciał kosmicznych bliskich Ziemi - teraz ich orbity przecinają orbitę naszej planety. Czasami kamienie niebieskie są wyrzucane z pasa przez zakłócenia powodowane przez duże planety. Jak pokazują dane o trajektorii meteorytu z Czelabińska, reprezentował on tzw. Grupę Apollo - grupę małych ciał niebieskich poruszających się wokół Słońca po eliptycznych orbitach przecinających orbitę Ziemi, a ich peryhelium (czyli najbliższa odległość od Słońca) jest mniejsza niż peryhelium orbity Ziemi.
Ponieważ najczęściej mówimy o gruzach, obiekty te mają nieregularny kształt. Większość z nich składa się ze skały zwanej „chondrytem”. Nazwę tę nadano jej ze względu na chondry - kuliste lub eliptyczne inkluzje o średnicy około 1 mm (rzadziej - więcej), otoczone szczątkami lub drobnokrystaliczną matrycą. Chondryty są różnych typów, ale wśród meteoroidów można znaleźć również okazy żelaza. Ciekawe, że ciał metalowych jest mniej, nie więcej niż 5% całości, ale żelazo z pewnością dominuje wśród znalezionych meteorytów i ich szczątków. Powody są proste: po pierwsze, chondryty są wizualnie trudne do odróżnienia od zwykłych kamieni ziemnych i są trudne do wykrycia, a po drugie żelazo jest silniejsze, a meteoryt żelazny ma większe szanse na przebicie się przez gęste warstwy atmosfery i nie rozproszenie się na małe fragmenty.
Film promocyjny:
Niesamowite prędkości
Los meteoroidu zależy nie tylko od jego wielkości i właściwości fizykochemicznych jego substancji, ale także od szybkości przenikania do atmosfery, która może zmieniać się w dość szerokim zakresie. Ale w każdym razie mówimy o ultrawysokich prędkościach, znacznie przekraczających prędkość ruchu nawet samolotów naddźwiękowych, ale także orbitalnych statków kosmicznych. Średnia prędkość wlotu do atmosfery wynosi 19 km / s, jednak jeśli meteoroid wejdzie w kontakt z Ziemią na kursach bliskich nadlatującemu, prędkość może osiągnąć 50 km / s, czyli 180 000 km / h. Najmniejszy współczynnik przenikania do atmosfery będzie występował, gdy Ziemia i małe ciało niebieskie poruszają się niejako po sąsiednich orbitach obok siebie, aż nasza planeta przyciągnie meteoroid.
Im wyższe tempo wnikania ciała niebieskiego do atmosfery, tym większe obciążenie, tym dalej od Ziemi zaczyna się zapadać i tym większe prawdopodobieństwo, że zapadnie się, zanim dotrze do powierzchni naszej planety. W Namibii, otoczony starannie wykonaną obudową w kształcie małego amfiteatru, leży ogromny blok metalu, w 84% żelaza, a także niklu i kobaltu. Bryła waży 60 ton i jest największym stałym kawałkiem kosmicznej materii, jaki kiedykolwiek znaleziono na Ziemi. Meteoryt spadł na Ziemię około 80 000 lat temu, po upadku nie pozostawiając nawet krateru. Prawdopodobnie z powodu jakiegoś zbiegu okoliczności tempo jego upadku było minimalne, ponieważ metalowy meteoryt Sikhote-Alin (1947,Kraj Nadmorski) rozpadł się na wiele kawałków, a podczas upadku utworzył całe pole krateru, a także ogromny obszar rozproszenia małych szczątków, które wciąż są gromadzone w tajdze Ussuri.
Co tam eksploduje?
Nawet zanim meteoryt spadnie na ziemię, może, jak wyraźnie pokazał przypadek Czelabińska, być bardzo, bardzo niebezpieczny. Ciało niebieskie wpadające do atmosfery z ogromną prędkością generuje falę uderzeniową, w której powietrze nagrzewa się do temperatury powyżej 10 000 stopni. Promieniowanie ogrzanego szokowo powietrza powoduje odparowanie meteoroidu. Dzięki tym procesom otacza go aureola świecącego zjonizowanego gazu - plazmy. Za falą uderzeniową tworzy się strefa wysokiego ciśnienia, która testuje siłę przedniej części meteorytu. Po bokach ciśnienie jest znacznie niższe. W wyniku powstałego gradientu ciśnienia meteoryt najprawdopodobniej zacznie się zapadać. To, jak dokładnie to się dzieje, zależy od konkretnego rozmiaru, kształtu i cech strukturalnych danego meteoroidu: pęknięć, wgłębień, ubytków. Ważna jest jeszcze jedna rzecz - gdy kula ognia zostanie zniszczona, jej powierzchnia przekroju poprzecznego wzrasta, co natychmiast prowadzi do wzrostu uwalniania energii. Obszar gazu, który wychwytuje organizm, zwiększa się, coraz więcej energii kinetycznej zamienia się w ciepło. Szybki wzrost uwalnianej energii w ograniczonym obszarze przestrzeni w krótkim czasie to nic innego jak eksplozja. W momencie zniszczenia blask samochodu gwałtownie wzrasta (pojawia się jasny błysk). A pole powierzchni fali uderzeniowej i odpowiednio masa powietrza ogrzanego przez szok gwałtownie rośnie.jak eksplozja. W momencie zniszczenia blask samochodu gwałtownie wzrasta (pojawia się jasny błysk). A pole powierzchni fali uderzeniowej i odpowiednio masa powietrza ogrzanego przez szok gwałtownie rośnie.jak eksplozja. W momencie zniszczenia blask samochodu gwałtownie wzrasta (pojawia się jasny błysk). A pole powierzchni fali uderzeniowej i odpowiednio masa powietrza ogrzanego przez szok gwałtownie rośnie.
Kiedy wybucha broń konwencjonalna lub nuklearna, fala uderzeniowa ma kulisty kształt, ale w przypadku meteorytu oczywiście tak nie jest. Kiedy małe ciało niebieskie wchodzi do atmosfery, tworzy konwencjonalnie stożkową falę uderzeniową (podczas gdy meteoroid znajduje się na czubku stożka) - mniej więcej taką samą, jaką tworzy się przed nosem samolotu naddźwiękowego.
Fala uderzeniowa generowana przez zniszczenie meteorytu może przynieść znacznie więcej kłopotów niż upadek dużego gruzu. Na zdjęciu - dziura w lodzie jeziora Chebarkul, prawdopodobnie przebita fragmentem meteorytu z Czelabińska.
Ale różnica jest już tutaj widoczna: w końcu samolot ma opływowy kształt, a samochód uderzający w gęste warstwy wcale nie musi być opływowy. Nieregularności w jego kształcie powodują dodatkowe turbulencje. Wraz ze spadkiem wysokości lotu i wzrostem gęstości powietrza rosną obciążenia aerodynamiczne. Na wysokości około 50 km są porównywalne z siłą większości kamiennych meteoroidów, a meteoroidy prawdopodobnie zaczną się zapadać. Każdy odrębny etap zniszczenia niesie ze sobą dodatkowe uwolnienie energii, fala uderzeniowa przybiera postać silnie zniekształconego stożka, miażdży, dlatego podczas przelotu meteorytu może dojść do kilku kolejnych skoków nadciśnienia, które odczuwalne są na ziemi jako seria potężnych oklasków. W przypadku Czelabińska były co najmniej trzy takie oklaski.
Oddziaływanie fali uderzeniowej na powierzchnię Ziemi zależy od toru lotu, masy i prędkości ciała. Meteoryt z Czelabińska leciał po bardzo płaskiej trajektorii, a jego fala uderzeniowa dotknęła tylko obszary miejskie na skraju. Większość meteorytów (75%) przedostaje się do atmosfery po trajektoriach nachylonych do powierzchni Ziemi pod kątem większym niż 30 stopni, a tutaj wszystko zależy od wysokości, na której następuje główna faza jego wyhamowania, zwykle związana ze zniszczeniem i gwałtownym wzrostem uwalniania energii. Jeśli ta wysokość jest duża, fala uderzeniowa dotrze do Ziemi w osłabionej formie. Jeśli zniszczenie nastąpi na niższych wysokościach, fala uderzeniowa może „oczyścić” ogromny obszar, podobnie jak ma to miejsce podczas atmosferycznej eksplozji jądrowej. Albo jak w przypadku uderzenia meteorytu Tunguska.
Jak kamień wyparował
Jeszcze w latach pięćdziesiątych XX wieku, aby zasymulować procesy zachodzące podczas przelotu meteorytu przez atmosferę, powstał oryginalny model, na który składał się lont detonacyjny (symulujący fazę lotu przed zniszczeniem) oraz ładunek dołączony do jego końca (symulujący ekspansję). Pod modelem mosiężnej powierzchni zamocowano pionowo miedziane druty przedstawiające las. Eksperymenty wykazały, że w wyniku detonacji głównego ładunku zginanie drutów dawało bardzo realistyczny obraz wycinki lasu, podobny do tego obserwowanego w rejonie Podkamennaya Tunguska. Nie znaleziono jeszcze śladów meteorytu Tunguska, a popularna hipoteza, że ciało, które zderzyło się z Ziemią w 1908 roku było lodowym rdzeniem małej komety, wcale nie jest uważane za jedyne wiarygodne. Współczesne obliczenia pokazują, że ciało o większej masie, wchodząc do atmosfery,zanurza się w nią głębiej przed fazą spowolnienia, a jej fragmenty przez dłuższy czas narażone są na silne promieniowanie, co zwiększa prawdopodobieństwo ich odparowania.
Meteoryt Tunguska mógł równie dobrze być kamieniem, jednak po rozbiciu na stosunkowo małej wysokości mógł wytworzyć chmurę bardzo małych szczątków, które wyparowały w wyniku kontaktu z gorącymi gazami. Jedynie fala uderzeniowa dotarła do ziemi, która spowodowała zniszczenia na powierzchni ponad 2000 km², porównywalne z działaniem ładunku termojądrowego o mocy 10-20 Mt. Dotyczy to zarówno dynamicznego uderzenia, jak i pożarów tajgi generowanych przez błysk światła. Jedynym czynnikiem, który nie zadziałał w tym przypadku, w przeciwieństwie do wybuchu jądrowego, jest promieniowanie. Działanie przedniej części fali uderzeniowej pozostawiło w sobie wspomnienie w postaci „lasu telegraficznego” - pnie stawiały opór, ale każda gałąź została odcięta.
Pomimo tego, że meteoryty dość często spadają na Ziemię, statystyki instrumentalnych obserwacji wejścia małych ciał niebieskich do atmosfery są nadal niewystarczające.
Według wstępnych szacunków, energię uwolnioną podczas zniszczenia meteorytu w Czelabińsku uważa się za równoważną 300 kt trotylu, czyli około 20 razy więcej niż moc uranu „Baby” zrzuconego na Hiroszimę. Gdyby trajektoria lotu samochodu była zbliżona do pionu, a miejsce upadku spadłoby na rozwój miast, kolosalne straty i zniszczenia byłyby nieuniknione. Jak duże jest więc ryzyko ponownego wystąpienia i czy zagrożenie meteorytem należy traktować poważnie?
Przydatny środek ostrożności
Tak, na szczęście ani jeden meteoryt jeszcze nikogo nie zabił, ale zagrożenie ze strony nieba nie jest tak nieistotne, by można je było zignorować. Ciała niebieskie typu tunguskiego spadają na Ziemię mniej więcej raz na 1000 lat, co oznacza, że średnio każdego roku całkowicie „oczyszczają” 2,5 km² terytorium. Upadek ciała typu Czelabińsk po raz ostatni odnotowano w 1963 roku w rejonie wysp Republiki Południowej Afryki - wówczas uwolnienie energii podczas zniszczenia również wynosiło około 300 kt.
Obecnie zadaniem społeczności astronomicznej jest identyfikacja i śledzenie wszystkich ciał niebieskich o średnicy większej niż 100 m na orbitach zbliżonych do Ziemi. Ale mniejsze meteoroidy również mogą sprawiać kłopoty, których całkowite monitorowanie nie jest jeszcze możliwe: wymaga to specjalnych i licznych instrumentów obserwacyjnych. Do tej pory za pomocą instrumentów astronomicznych zaobserwowano wejście do atmosfery zaledwie 20 ciał meteorytów. Znany jest tylko jeden przypadek, w którym przewidziano upadek stosunkowo dużego meteorytu (o średnicy około 4 m) w ciągu około jednego dnia (spadł w Sudanie w październiku 2008 r.). A tymczasem ostrzeżenie o kosmicznym kataklizmie nawet w jeden dzień wcale nie jest złe. Jeśli ciało niebieskie grozi upadkiem na osadę, osadę można ewakuować w ciągu 24 godzin. I oczywiście na coś wystarczy jeden dzieńjeszcze raz przypomnieć ludziom: jeśli zobaczysz jasny błysk na niebie, musisz się schować i nie przyklejać twarzy do szyby.
Oleg Makarov