Метеориты

 Метеорные явления и « камни, падающие с неба »

Земля, как и другие планеты, регулярно испытывает столкновения с космическими телами. Обычно их размер невелик, не более песчинки, но за 4,6 млрд лет эволюции случались и ощутимые удары; их следы заметны на поверхности Земли и других планет. С одной стороны, это вызывает естественное беспокойство и желание предвидеть возможную катастрофу, а с другой — любопытство и жажду исследовать попавшее на Землю вещество: кто знает, из каких космических глубин оно прибыло? Страх и любознательность сопровождают человека с момента его появления на планете. Плодом любознательности, как правило, является освобождение от страха

" Падающие звезды " — метеоры и болиды

Межпланетные объекты, размер которых не превышает нескольких сотен метров, принято называть метеорными телами, или метеароидами. Влетая с космической скоростью в атмосферу планеты, они из-за столкновения с молекулами газа сильно нагреваются, дробятся, плавятся, испаряются и оставляют за собой в полете светящийся секунду-другую след. Это атмосферное явление называют метеором. Обычно метеоры замечают на фоне ясного ночного неба, поэтому в народе их называют «падающими звездами». Видимую яркость метеоров выражают так же, как яркость других небесных объектов — в звездных величинах, основываясь на субъективном впечатлении, которое метеор оставляет у наблюдателя.

Если яркость метеора превосходит — 4т (т. е. яркость Венеры), то его называют болидом. Наиболее яркие болиды видны даже днем; их полет иногда сопровождается яркими вспышками, дымным следом, а порой и мощными звуками. При яркости более —6 на поверхность Земли обычно выпадает твердый остаток — метеорит. Наиболее вероятными кандидатами на выпадение метеорита являются медленные болиды, не демонстрирующие в конце траектории резкой вспышки, означающей разрушение.

падение метеорита в 1798 году на г. Бенарес ( Индия )

Если несколько независимых наблюдателей сообщают точные данные о траектории болида, т. е. вероятность обнаружить выпавший метеорит. Особую ценность представляют фото- и видеозаписи болидов, точные зарисовки их траекторий относительно звезд с указанием времени и места наблюдения. Эту информацию следует направлять в Комитет по метеоритам РАН.

Звездопады — метеорные дожди

Иногда можно наблюдать метеорный дождь — захватывающее зрелище почти одновременного массового входа в атмосферу метеороидов, движущихся по параллельным траекториям. В отличие от метеорного дождя, метеорным потоком называют множественное появление метеоров примерно в одной и той же области неба в течение более значительного промежутка времени, например, в течение нескольких ночей. Если видимые пути этих метеоров продолжить назад, то они пересекутся вблизи одной точки неба, называемой радиантом метеорного потока.

Многие метеорные потоки можно наблюдать периодически, в одни и те же дни года, на фоне одного и того же созвездия. На этом основании метеорным потокам присваивают названия, образованные от латинских имен тех созвездий, в которых лежат их радианты. Многим знакомы такие «звездопады», как Персеиды (в августе), Леониды (в ноябре) и некоторые другие. Например, поток Леониды, наблюдающийся в районе созвездия Льва, известен с 902 г.

метеор в атмосфере Земли

поток Леониды

Абсолютное большинство метеорных потоков образовалось в результате распада ядер комет, растерявших самые летучие соединения при неоднократных сближениях с Солнцем. Поэтому в названиях некоторых метеорных потоков используют имена тех комет, с которыми, как было установлено, они связаны (Биэлиды, Джакобиниды, и т. п.).

Случаи падения метеоритов на территории России

Старейшая запись о падении метеорита на территории России обнаружена в Лаврентьевской летописи 1091 г., но она не очень подробна.

Зато в XX в. в России произошел ряд крупных метеоритных событий. В первую очередь (не только хронологически, но и по масштабу явления) это падение Тунгусского метеорита, случившееся 30 июня 1908 г. (по новому стилю) в районе реки Подкаменная Тунгусска.

 Столкновение этого тела с Землей привело к сильнейшему взрыву в атмосфере. Возникшая при этом взрывная волна несколько раз обошла земной шар, а в месте взрыва повалила деревья в радиусе до 40 км от эпицентра и привела к гибели большого количества оленей. К счастью, это грандиозное явление произошло в безлюдном районе

Сибири и почти никто из людей не пострадал.

К сожалению, из-за войн и революций исследование района Тунгусского взрыва началось только через 20 лет. К удивлению ученых, они не обнаружили в эпицентре никаких, даже самых незначительных обломков упавшего тела.

 После многократных и тщательных исследований Тунгусского события большинство специалистов считает, что оно было связано с падением на Землю небольшого ядра кометы.

Дождь каменных метеоритов выпал 6 декабря 1922 г. близ села Царев (ныне Волгоградской области). Но его следы были обнаружены только летом 1979 г. Собрано 80 осколков общим весом 1,6 тонны на площади около 15 кв. км. Вес крупнейшего фрагмента составил 284 кг. Это наибольший по массе каменный метеорит, найденный в России, и третий в мире.

Сихоте-Алиньский метеорит

К числу самых крупных, наблюдавшихся при падении метеоритов, относится Сихоте-Алиньский. Он упал 12 февраля 1947 г. на Дальнем Востоке в окрестностях хребта Сихоте-Алинь.

 Вызванный им ослепительный болид наблюдали в дневное время (около 11 ч утра) в Хабаровске и других местах в радиусе 400 км. После исчезновения болида раздавались грохот и гул, происходили сотрясения воздуха, а оставшийся пылевой след медленно рассеивался около двух часов. Место падения метеорита быстро обнаружили по сведениям о наблюдении болида из разных пунктов. Туда немедленно отправилась экспедиция Академии наук СССР под руководством акад. В. Г. Фесенкова и Е. Л. Кринова — известных исследователей метеоритов и малых тел Солнечной системы. Следы падения были хорошо видны на фоне снежного покрова: 24 кратера диаметром от 9 до 27 м и множество мелких воронок. Оказалось, что метеорит еще в воздухе распался и выпал в виде «железного дождя» на площади около 3 кв. км. Все найденные 3500 обломков состояли из железа с небольшими включениями силикатов.

один из кратеров падения Сихотэ-Алиньского метеорита

 Крупнейший фрагмент метеорита имеет массу 1745 кг, а общая масса всего найденного вещества составила 27 т. По рассчетам начальная масса метеороида была близка к 70 тоннам, а размер — около 2,5 м. По счастливой случайности этот метеорит также упал в ненаселенном районе, и никто не пострадал.

И наконец, о последних событиях XX в. Одно из них также произошло на территории России, в Башкирии, близ г. Стерлитамак. Очень яркий болид наблюдали 17 мая 1990 г. в 23 ч 20 мин. Очевидцы сообщили, что на несколько секунд стало светло, как днем, раздались гром, треск и шум, от которых зазвенели оконные стекла. Сразу после этого на загородном поле обнаружили кратер диаметром 10 м и глубиной 5 м, но нашли только два относительно небольших фрагмента железного метеорита (весом 6 и 3 кг) и много мелких. К сожалению, при разработке этого кратера с помощью экскаватора был пропущен более крупный фрагмент метеорита. И только спустя год дети обнаружили в отвалах грунта, извлеченного экскаватором из кратера, основную часть метеорита весом 315 кг.

20 июня 1998 г., около 17 часов в Туркмении, близ города Куня-Ургенч днем при ясной погоде упал хондритовый метеорит. Перед этим наблюдался очень яркий болид, причем на высоте 10-15 км произошла вспышка, сравнимая по яркости с Солнцем, раздался звук взрыва, грохот и треск, которые были слышны на расстоянии до 100 км. Основная часть метеорита весом 820 кг упала на хлопковое поле всего в нескольких десятках метров от работавших на нем людей, образовав воронку диаметром 5 м и глубиной 3,5 м.

Куня-Ургенчский метеорит

Взрыв метеорного тела в атмосфере в районе Челябинска произошёл утром 15 февраля 2013 года примерно в 9:20 по местному времени (UTC+6). Метеорное тело взорвалось в окрестностях Челябинска на высоте 15—25 км. По числу пострадавших (около 1,2 тыс. человек) этот метеорит не имеет аналогов в истории.

По одной из версий случившегося, представленных учеными, небесное тело первоначальной массой около 10 000 тонн и диаметром 17 м вошло в земную атмосферу под острым углом на скорости около 18 км/с и спустя 32,5 секунды разрушилось. Разрушение представляло собой серию событий, сопровождавшихся распространением ударных волн. Общее количество высвободившейся энергии составило до 500 килотонн в тротиловом эквиваленте. По оценкам некоторых специалистов, это самое большое количество выделенной энергии при падении небесного тела на Землю, зафиксированное со времени падения Тунгусского метеорита в 1908 году и соответствует событию, случающемуся в среднем раз в 100 лет. По некоторым оценкам, выделенная энергия 20-30 раз превысила энергию атомных бомб, взорванных над Нагасаки и Хиросимой. Из-за пологой траектории вхождения метеорита только сравнительно небольшая часть энергии взрывов достигла населённых пунктов.

Из-за ударной волны пострадали около 1200 человек, большинство — от выбитых стёкол. Были госпитализированы по разным данным от 40 до 112 человек; двое пострадавших были помещены в реанимацию. Ударная волна повредила здания. Материальный ущерб был предварительно оценен от 400 млн до 1 млрд рублей. В Челябинске был введён режим чрезвычайной ситуации.

Челябинский метеорит 15.02 2013 года

г. Челябинск 15.02 2013 года

Физические явления, вызванные полетом метеороида в атмосфере

Скорость тела, падающего на Землю издалека, вблизи ее поверхности всегда превышает вторую космическую скорость (11,2 км/с). Но она может быть и значительно больше. Скорость движения Земли по орбите составляет 30 км/с. Пересекая орбиту Земли, объекты Солнечной системы могут иметь скорость до 42 км/с (параболическая скорость на расстоянии 1 а. е. от Солнца, равная у/2 х 30 км/с). Поэтому на встречных траекториях метеороид может столкнуться с Землей со скоростью до 72 км/с.

В Мекке, священном центре мусульман всего мира, находится удивительное сооружение Кааба. Это черное прямоугольное строение, в северо-восточный угол которого вделан святой «Черный Камень».

Согласно арабской традиции, этот небесный Камень упал из рая одновременно с изгнанием оттуда Адама. Впоследствии архангел Гавриил передал его Аврааму, который и соорудил Каабу. В те давние времена Камень сиял, и его лучи освещали по ночам это святое место.

При входе метеороида в земную атмосферу происходит много интересных явлений, о которых мы только упомянем. Вначале тело вступает во взаимодействие с очень разреженной верхней атмосферой, где расстояния между молекулами газа больше размера метеороида. Если тело массивное, то это никак не влияет на его состояние и движение. Но если масса тела ненамного превышает массу молекулы, то оно может полностью затормозиться уже в верхних слоях атмосферы и будет медленно оседать к земной поверхности под действием силы тяжести. Оказывается, таким путем, т. е. в виде пыли, на Землю попадает основная доля твердого космического вещества. Подсчитано, что ежедневно на Землю поступает порядка 100 т внеземного вещества, но только 1 % этой массы представлен крупными телами, имеющими возможность долететь до поверхности.

                                                                           Метеорит Гоба

Этот метеорит самый крупный из всех когда-либо найденных. Кроме этого, он при падении загадочным образом не создал не только кратера, но и вообще каких-либо следов своего небесного происхождения. Наука, однако, считает, что за 80 тысяч лет (именно столько этому «космическому пришельцу») следы могли просто затереться естественными геологическими процессами. Метеорит Гоба был  случайно обнаружен местным фермером (Намибия, городок Гротфронтейн) в 1920 году во время вспахивания поля. Имя «Гоба» получил от названия фермерского хозяйства, в пределах которого находился - Hoba West Farm. Метеорит Гоба представляет собой плотное металлическое тело размерами 2,7×2,7×0,9 метров, на 84 % состоящее из железа и на 16 % — из никеля с небольшой примесью кобальта. Сверху метеорит покрыт гидроксидами железа. В плане кристаллического строения Гоба представляет собой богатый никелем атаксит. Вес- 66 000 кг, объём – 9м/ куб.

Заметное торможение крупных объектов начинается в плотных слоях атмосферы, на высотах менее 100 км. Движение твердого тела в газовой среде характеризуется числом Маха (М) — отношением скорости тела к скорости звука в газе. Число М для метеороида меняется с высотой, но обычно не превосходит М = 50. Перед метеороидом образуется ударная волна в виде сильно сжатого и разогретого атмосферного газа. Взаимодействуя с ней, поверхность тела нагревается до плавления и даже испарения. Набегающие газовые струи разбрызгивают и уносят с поверхности расплавленный, а иногда и твердый раздробленный материал. Этот процесс называют абляцией.

Раскаленные газы за фронтом ударной волны, а также капельки и частички вещества, уносимые с поверхности тела, светятся и создают явление метеора или болида. При большой массе тела явление болида сопровождается не только ярким свечением, но порой и звуковыми эффектами: громким хлопком, как от сверхзвукового самолета, раскатами грома, шипением, и т. п. Если масса тела не слишком велика, а его скорость находится в диапазоне от 11 км/с до 22 км/с (это возможно на «догоняющих» Землю траекториях), то оно успевает затормозиться в атмосфере. После этого метеороид движется с такой скоростью, при которой абляция уже не эффективна, и он может в неизменном виде долететь до земной поверхности. Торможение в атмосфере может полностью погасить горизонтальную скорость метеороида, и дальнейшее его падение будет происходить почти

погасить горизонтальную скорость метеороида, и дальнейшее его падение будет происходить почти вертикально со скоростью 50-150 м/с, при которой сила тяжести сравнивается с сопротивлением воздуха. С такими скоростями на Землю упало большинство метеоритов.

падение крупного метеорита

При очень большой массе (более 100 т) метеороид не успевает ни сгореть, ни сильно затормозиться; он ударяется о поверхность с космической скоростью. Происходит взрыв, вызванный переходом большой кинетической энергии тела в тепловую, и на земной поверхности образуется взрывной кратер. В результате значительная часть метеорита и окружающие породы плавятся и испаряются.

Нередко наблюдается выпадение метеоритных дождей. Они образуются из фрагментов разрушающихся при падении метеороидов. Примером может служить Сихоте-Алиньский метеоритный дождь. Как показывают расчеты, при снижении твердого тела в плотных слоях земной атмосферы на него действуют огромные аэродинамические нагрузки. Например, для тела, движущегося со скоростью 20 км/с разность давлений на его фронтальную и тыльную поверхности меняется от 100 атм на высоте 30 км до 1000 атм на высоте 15 км. Такие нагрузки способны разрушить абсолютное большинство падающих тел. Только наиболее прочные монолитные металлические или каменные метеориты способны их выдержать и долететь до земной поверхности.

Уже несколько десятилетий существуют так называемые болидные сети — системы наблюдательных пунктов, оборудованных специальными фотокамерами для регистрации метеоров и болидов. По этим снимкам оперативно вычисляются координаты возможного места падения метеоритов и проводится их поиск. Такие сети были созданы в США, Канаде, Европе и СССР и охватывают территории примерно по 106 кв. км.

О метеоритных кратерах и других последствиях падений метеоритов

Встречи Земли с крупными метеороидами создают опасность для людей и всего, что ими создано, а также для земной

флоры и фауны. Более того, катастрофические события, подобные Тунгусскому,

могут создать угрозу всей человеческой цивилизации. Конечно, это может произойти только при столкновении с достаточно большим телом, типа астероида или ядра кометы. Земная поверхность хранит следы таких столкновений в виде кратеров больших размеров — так называемых астроблем (т. е. «звездных ран»). Их уже обнаружено более 230. Диаметры самых крупных из них превышают 200 км.

Один из хорошо сохранившихся кратеров (по причине его относительной молодости) — так называемый Метеорный кратер, или Каньон дьявола, расположенный на плато Колорадо (1700 м над уровнем моря) в северной части штата Аризона, США. В 1906 г. горный инженер Дэниел Берринджер (D. M. Barringer, 1860-1929) доказал, что этот кратер диаметром 1,2 км имеет ударное происхождение: Берринджер обнаружил фрагменты метеорита, рассеянные в радиусе 5 км вокруг кратера. При дальнейших исследованиях было собрано около 12 т космического вещества и установлено, что кратер возник при падении железо-никелевого метеорита размером около 40 м и массой около 300 тыс. тонн, летевшего со скоростью около 12 км/с. Это удалось установить в 2005 г. путем математического моделирования процесса образования кратера. Расчет показал, что метеорит начал разрушаться на высоте около 5 км, сплющился и превратился в «блин» диаметром 200 м. В воздушной ударной волне рассеялась энергия, эквивалентная взрыву 6,5 мегатонн ТНТ, и еще 2,5 Мт выделилось при ударе о поверхность. Таким образом, полная энергия была почти такой же, как у Тунгусского метеорита, но результат оказался совсем иной!

Аризонский метеоритный кратер

Из-за атмосферной и водной эрозии на Земле практически не осталось древних кратеров размером менее 1 км. Даже гигантские кратеры диаметром в сотни километров изчезают примерно за 100 млн лет. Известный пример — кратер Чиксулуб (Chicxulub) на п-ове Юкатан (Мексика). Его диаметр около 180 км; он образовался 65 млн лет от падения астероида размером около 10 км (энергия взрыва составили 5 • 10" Дж, или 10 тонн ТНТ), но следы этого происшествия, стоившего жизни динозаврам, уже практически исчезли.

Значительно лучше и дольше сохраняются метеоритные кратеры на Луне, Меркурии, Марсе и других планетах и спутниках с разреженной атмосферой или вообще без нее. Как показывают расчеты, в течение первых 100 млн лет после своего образования Земля вычерпала практически все твердое вещество, двигавшееся в окрестности ее орбиты. Однако Земля и сейчас продолжает встречать на своем пути пыль, камни и даже глыбы километровых размеров.

Состав и строение метеоритного вещества

Среди падающего на Землю метеоритного вещества по количеству падений примерно 92% составляют каменные метеориты, 6% железные и 2% железо-каменные (а по общей массе, соответственно, 85, 10 и 5%).

падение метеорита погубившего динозавров

Атмосфера служит первым «фильтром», сквозь который должно пройти метеоритное вещество. Чем более оно тугоплавкое и прочное, тем больше у него шансов попасть на земную поверхность. Еще одним фильтром можно считать селекцию метеоритов при их находках. Чем сильнее метеорит выделяется на фоне земной поверхности, тем легче его найти. Тридцать лет назад японские ученые обнаружили, что лучшим местом для поиска метеоритов является Антарктида. Во-первых, метеорит легко обнаружить на фоне белого льда. Во-вторых, во льдах они лучше сохраняются. Упавшие в других местах Земли метеориты подвергаются действию атмосферного выветривания, водной эрозии и прочих разрушающих факторов; поэтому они либо разлагаются, либо оказываются погребенными

падение метеорита погубившего динозавров

Основными компонентами метеоритного вещества, достигающего поверхности Земли, являются железо-магнезиальные силикаты и никелистое железо. Иногда бывают обильны и сульфиды железа (троилит и др.). Распространенные минералы, входящие в силикаты метеоритного вещества, — это оливины (Fe, Mg)2Si04 (от фаялита Fe2Si04 до форстерита Mg2Si04) и пироксены (Fe, Mg)Si03 (от ферросилита FeSi03 до энстатита MgSiOa) разного состава. Они присутствуют в силикатах либо в виде мелких кристаллов или стекла, либо как смесь с разными пропорциями. На сегодняшний день в метеоритном веществе обнаружено около 300 разных минералов. И хотя их количество в процессе исследований новых метеоритов постепенно увеличивается, но все равно более чем на порядок уступает числу известных земных минералов.

В. Г. Сурдин. "Солнечная система"