Падение метеорита 15 февраля 2013 года на Урале

1. Емельяненко В.В., Шустов Б.М. (Институт астрономии РАН, Москва). Челябинское событие и астероидно-кометная опасноcть.
2. Чугай Н.Н. (Институт астрономии РАН, Москва). Физическая модель Челябинского явления.
3. Липунов В.М. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва). Глобальная сеть оптического мониторинга МАСТЕР.
4. Бескин Г.М. (Специальная астрофизическая обсерватория РАН, Архыз, Карачаево-Черкесская Республика). Системы широкоугольного оптического мониторинга субсекундного временного разрешения для обнаружения и исследования космических угроз.

Статьи, написанные на основе докладов 1 и 4, публикуются ниже.

 

Так что происшествие над Челябинском, можно сказать, из разряда заурядных. Такого рода явления происходят раз в два-три года. Другое дело, что это редко случается там, где живут люди, где есть дороги и где есть… фоторегистраторы. Обычно же метеориты падают в океан. Существует целая система слежения за нашим небом - система обнаружения ядерных испытаний, спутники, которые фиксируют подобные вспышки. Удары о Землю метеоритов и комет мощностью порядка 15-20 килотонн (это мощность бомбы, сброшенной на Хиросиму!) наблюдаются чуть ли не два-три раза в год.

 

А вообще, что касается взрыва метеорита, то сравнение напрашивается простое: едете на машине и высовываете руку наружу, пальцы, сжатые в кулак, расправляете, и сразу же чувствуете напор воздуха. Аналогичное происходит и с метеоритом - на высоте он взрывается, и уже не пуля летит, а дробь…

 

Международная группа учёных под руководством Ольги Поповой из Института динамики геосферы Российской академии наук провела первый подробный анализ фрагментов Челябинского метеороида и пришла к выводу, что предшествующие оценки массы этого тела и мощности произведённого им взрыва несколько преуменьшены.

Напомним: когда всё случилось, «КЛ», основываясь на данных НАСА, писала о примерно 500 кт. Оценки российских специалистов, выданные тогда же, говорили о радикально меньших цифрах — 100–200 кт, и именно эти значения циркулировали в отечественных СМИ. На этом фоне новая оценка резко выделяется: речь идёт о примерно 590 кт.

Учёные объединили разнородную информацию — полученную от инфразвуковых станций Организации по соблюдению Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, данные геостационарных военных спутников, используемых США для отслеживания ракетных пусков по всему миру в оптическом диапазоне, а также сведения о разрушении остекления в зданиях Челябинска и окрестных деревень. Каждый из этих наборов данных, строго говоря, не слишком точен, однако они не связаны друг с другом, что позволяет относиться к оценке группы г-жи Поповой как к самой исчерпывающей на сегодня.

Скорость астероида также оказалась выше заявлявшейся, а именно 19,16 км/с, а его размер — не 15–17 м, как считают в НАСА, а 18–20 м. Массу «пришельца» исследователи приравняли к 13 тыс. т (вместо 10 тыс. т, которыми оперировали американцы). Можно сказать, что челябинцам повезло, поскольку разрушение тела происходило очень быстро и до Земли добралась лишь толика его кинетической энергии: три четверти массы метеороида испарились в атмосфере, а основная часть оставшегося тела превратилась в пыль и избежала контакта с поверхностью. Как считают учёные, земли достигли обломки, масса которых меньше 1% от массы метеороида. Между тем, согласно текущим моделям, до поверхности должны долетать 10% массы подобного тела.

Область самого серьёзного материального ущерба от взрыва небесного тела имеет форму бабочки (как и в случае Тунгусского метеорита), раскинувшейся в направлении, перпендикулярном траектории падения «челябинца». Такая форма наводит на мысль, что энергия метеороида выделялась не в одной точке. Хотя львиная доля энергии высвободилась в момент основного взрыва, время прихода ударной волны в населённые пункты вне Челябинска, точно зафиксированное при помощи множества свидетельств (особенно видеорегистраторов), позволяет заключить, что формирование ударной волны было вызвано выделением энергии на протяжённом участке траектории.

В основном «челябинец» разрушился на высотах, превышающих 23 км, но самым сильным был взрыв на 30+ км, что опять-таки не соответствует моделям. Почему так получилось?

В веществе «челябинца», как и многих других метеоритов, были так называемые ударные прожилки, и при вхождении в атмосферу тело разрушалось как раз вдоль этих прожилок. Эти образования из стекловидного расплава формируются при мощном ударе по родительскому телу (астероиду?), некогда оторвавшем от последнего наш метеороид. Этот объект растрескивался от нагрева, и в трещины проникал металл-сульфидный расплав. По всей видимости, быстрое разрушение челябинского метеороида было вызвано именно присутствием прожилок, хотя ранее высказывались предположения, что они, напротив, способны повысить механическую прочность метеороида, не дав ему развалиться до входа в плотные слои атмосферы.

 

В оперативном режиме информация о взрыве метеороида поступила с 11 инфразвуковых станций Международной системы мониторинга ядер-ных испытаний (МСМ) мощностью более 1 кт. Затем сигнал от взрыва ме-теороида был выявлен по данным ещё 6 инфразвуковых станций (рис. 5).

Наиболее близкая станция МСМ, зарегистрировавшая сигнал, нахо-дилась в г. Актюбинске (на расстоянии около 600 км от источника инфра-звука), наиболее удалённая (15000 км) – в Антарктиде. Регистрация инфра-звуковых волн (с частотами менее 10 Гц) от взрыва метеороида оказалась крупнейшим событием за всю историю МСМ. Признаки падения метеороида были также зафиксированы на экспе-риментальной станции инфразвукового мониторинга Росгидромета (НПО "Тайфун", г. Обнинск), которая имеет 7 датчиков атмосферного давления, оснащенных фильтрами ветровых помех. Инфразвуковые волны, порождённые болидом, испытав многократ-ные отражения и преломления в верхней атмосфере и преодолев расстоя-ние в 1580 км, достигли к 5:09 UTC станцию в г. Обнинске, Средняя по трассе скорость поступления сигнала составила около 250 м/с.


Оценка параметров сигнала на основе спектрально-когерентного анализа данных позволила автоматически выделить инфразвуковую волну и оценить её параметры: азимут прихода волны и скорость её следа. Эво-люция этих параметров представлена на рис. 6в с разрешением по времени 4 минуты. Видно, что азимут прихода сигнала (4) примерно совпадает с направлением из Обнинска на Челябинск. Скорость следа волны (5) не-много меньше скорости звука и заметно флуктуирует, что обусловлено ма-лой апертурой инфразвуковой группы по отношению к регистрируемым длинам инфразвуковых волн и наличием шумовых помех. Обращает на себя внимание необычная продолжительность сигнала (примерно 30 минут), что может быть объяснено протяжённостью поло-гой трассы излучения инфразвукового сигнала в атмосфере (в направле-нии восток – запад около 500 км) и многолучевым характером его распро-странения.

На рис. 7 показана оценка энергетического спектра инфразвукового сигнала в сопоставлении с фоновыми спектрами пульсаций приземного атмосферного давления в моменты времени до и после поступления сигна-ла от метеороида. Спектр сигнала 1 был рассчитан путём вычитания из спектра пульсаций давления в период поступления сигнала среднеарифме-тического спектра, рассчитанного на основании четырёх фоновых спек-тров 2-5, представленных на рис. 7. Несмотря на некоторую неопределённость формы спектра сигнала в низкочастотной области, когда энергия сигнала становилась соизмеримой с фоновой энергией пульсаций давления, из рис. 7 следует, что основная доля энергии сигнала приходиться на частоты 0 ≈ 0,027 Гц. Из рис. 7 вид-но также, что наилучшим образом сигнал выделялся в области частот от 0,12 Гц до 0,04 Гц, когда его энергия более чем в 100 раз превышала энер-гию шумовых помех.

Классический метод предварительной оценки кинетической энергии метеороида по инфразвуковым данным, по аналогии с химическими взрывами, основан на использовании эмпирического соотношения между периодом наиболее интенсивного инфразвукового колебания и величиной тротилового эквивалента [4, 5]. Применение данного метода обусловлено тем, что период наиболее низкочастотных колебаний, в отличие от их амплитуды, почти не зависит ни от расстояния до источника инфразвука, ни от его высотного располо-жения и температурно-ветровой стратификации по трассе источник – при-ёмник инфразвука. Методика предложена Американским техническим центром поддержки военно-воздушных сил (US Air Force Technical Appli-cations Centre - AFTAC) по результатам многочисленных испытаний хими-ческих и ядерных зарядов.


Если модель AFTAC адекватна, то энергия взрыва Челябинского ме-теорита оценивается в пределах 500 – 600 кт, что соответствует первым за-явлениям NASA. Но экспериментальные данные [5] демонстрируют, что модель, подобная AFTAC, плохо работает в случае наблюдения больших периодов инфразвуковой волны от метеоритов.

В [5] предполагается, что в таких случаях имеет место
низм генерации инфразвука метеороидом из-за егофрагментации
рования значительной зоны излучения инфразвука. Однако
иные объяснения этого феномена, например, связанные с возбуждением
ионосфере ударных волн в результате пролёта и/или взрыва
подобных инфразвуковым волнам, возникающим во время
бурь. Именно такие волны имеют характерный период ~30 – 60
Если расположить метку Челябинского метеороида на
абсцисс в компактной области, в которой уже находятся метки,
еся к наблюдавшимся раньше метеоритам, генерирующим
фразвуковую волну с характерным периодом около 30 –
оценка кинетической энергии Челябинского метеороида составит
20 кТ. Дополнительные оценки, полученные специалистами
фун» с учётом зафиксированной максимальной амплитуды инфразвуково-го сигнала, скорости и направления ветра по трассе Челябинск
показали, что его энергия составила от 30 до 40 кТ.


4. Ens T.A., Brown P.G., Edwards W.N., Silber E.A. Infrasound production by bolides: A global statistical study//Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2012, v. 80. Р. 208–229.

5. Edwards, W.N., Brown, P.G., ReVelle, D.O. Estimates of meteoroid kinetic en-ergies from observations of infrasonic airwaves//Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2006, v. 68. Р. 1136–1160.

 

про двойной след метеорита

чего только не наговорили, из самых безобидных была, например, такая гипотеза: от температуры и давления челябинский болид со взрывом развалился на два крупных куска, который полетели дальше параллельно двойной след отчетливо виден на снимках. Между тем здесь:… //  podmoskovnik.livejournal.com

 

про двойной след метеорита


чего только не наговорили, из самых безобидных была, например, такая гипотеза: от температуры и давления челябинский болид со взрывом развалился на два крупных куска, который полетели дальше параллельно – двойной след отчетливо виден на снимках.

Между тем здесь: http://www.youtube.com/watch?v=Mwieex7gFAs&feature=youtu.be,
например, на 0.07:
meteor_trace

 

62171_original.jpg @ ic.pics.livejournal.com [кеш]

(направление движения слева направо, снято почти в зенит) хорошо видно, что след после места взрыва остается двойным, но половинки следа сближаются. Если еще можно представить себе, что метеорит развалился на два обломка, которые продолжили лететь параллельными курсами, то поверить в то, что после взрыва обломки сблизились, совсем сложно.

На самом деле на стоп-кадре хорошо видно, что две половины следа - это просто два линейных вихря, мало того что одинаковых по размеру (что сомнительно в гипотезе двух обломков), так еще и симметричных. Механизм их образования точно такой же, как у ядерного гриба:

185px-Mushroom_cloud.svg.png @ upload.wikimedia.org [кеш]

разогретый пролетом метеорита газ поднимается вверх, тормозится о соседние слои воздуха и создает два завихрения. Только поскольку это не точечный взрыв, а линейный нагретый след, вместо гриба получаются два длинных вихря, а "гриб" двумерный и наблюдается в поперечном сечении.
После взрыва метеорита (или, возможно, это просто точка максимума силы торможения - UPD вряд ли, скорее все-таки что-то отвалилось) удельная интенсивность нагрева на траектории (основной части) метеорита снижается, поэтому характерный размер завихрения уменьшается, но след остается двойным.

Похожее явление рассматривается в замечательной книжке Дж. Уокера "Физический фейерверк" - по такому механизму раздваивается дым из трубы котельной (стр. 61 издания 1989 г.)