| Главная » Файлы » астрономия |
Метеориты
| 06 Октября 10, 13:54 | |
| Метеориты Метеоритное вещество и метеориты Каменные и железные тела, упавшие на Землю из межпланетного пространства, называются метеоритами, а наука, их изучающая — метеоритикой. В околоземном космическом пространстве движутся самые различные метеороиды (космические осколки больших астероидов и комет). Их скорости лежат в диапазоне от 11 до 72 км/с. Часто бывает так, что пути их движения пересекаются с орбитой Земли, и они залетают в её атмосферу. Явления вторжения космических тел в атмосферу имеют три основные стадии: 1. Полёт в разреженной атмосфере (до высот около 80 км), где взаимодействие молекул воздуха носит карпускулярный характер. Частицы воздуха соударяются с телом, прилипают к нему или отражаются и передают ему часть своей энергии. Тело нагревается от непрерывной бомбардировки молекулами воздуха, но не испытывает заметного сопротивления, и его скорость остаётся почти неизменной. На этой стадии, однако, внешняя часть космического тела нагревается до тысячи градусов и выше. Здесь характерным параметром задачи является отношение длины свободного пробега к размеру тела L, которое называется числом Кнудсена Kn. В аэродинамике принято учитывать молекулярный подход к сопротивлению воздуха при Kn > 0.1. 2. Полёт в атмосфере в режиме непрерывного обтекания тела потоком воздуха, то есть когда воздух считается сплошной средой и атомно- молекулярный характер его состава явно не учитывается. На этой стадии перед телом возникает головная ударная волна, за которой резко повышается давление и температура. Само тело нагревается за счет конвективной теплопередачи, а также за счет радиационного нагрева. Температура может достигать несколько десятков тысяч градусов, а давление повышаться до сотен атмосфер. При резком торможении появляются значительные перегрузки. Возникают деформации тел, оплавление и испарение их поверхностей, унос массы набегающим воздушным потоком (абляция). 3. При приближении к поверхности Земли плотность воздуха растёт, сопротивление тела увеличивается, и оно либо практически останавливается на какой- либо высоте, либо продолжает путь до прямого столкновения с Землёй. Крупные тела при этом часто разделяются на несколько частей, каждая из которых падает отдельно на Землю. При сильном торможении космической массы над Землёй сопровождающие его ударные волны продолжают своё движение к поверхности Земли, отражаются от неё и производят возмущения нижних слоёв атмосферы, а также земной поверхности. Процесс падения каждого метеороида индивидуален. Нет возможности в кратком рассказе описать все возможные особенности этого процесса. Мы остановимся здесь на двух моделях входа: · твёрдых метеоритных тел, типа железных, либо прочных каменных; · легко деформируемых, типа рыхлых, метеоритных масс и фрагментов голов комет (на примере Тунгусского космического тела). Тунгусское космическое тело 30 июня 1908 г. произошло столкновение с атмосферой Земли космического тела, нижняя часть траектории которого проходила над Восточной Сибирью. Траектория закончилась над географической точкой с долготой 101° 53’, широтой 60° 53’ около 7ч по местному времени. Основные данные наблюдений сводятся к следующему: огромное светящееся космическое тело (угловой размер 0.5° на расстоянии 100 км) поперечных размеров около 800 м двигалось под некоторым углом к горизонту со скоростью более 1 км/с. После этого возникла огромная вспышка света над лесом, и мощные акустические волны на расстоянии 100 км ударили многократно в дома живущих там людей, разбив окна. Кроме того, людьми ощущался тепловой импульс света. На месте катастрофы последующие экспедиции обнаружили вывал леса общей площадью 2000 км2, наблюдались светлые ночи. В районе катастрофы начался пожар, и были обнаружены следы радиационного повреждения веток деревьев. Таким образом, над тайгой произошло явление взрывного типа, энергия взрыва была больше, чем энергия взрыва 1 млн. т. тротила. Работа по математическому моделированию началась в 1969 г. К этому времени уже были собраны данные о характере катастрофы. Сейчас это исследование проводится В. П. Коробейниковым, П. И. Чушкиным и Л. В. Шуршаловым. Исследователи придерживаются двух рабочих гипотез: 1. В атмосферу влетел фрагмент ядра кометы, окружённый пылегазовой атмосферой (комой). 2. В атмосферу вторгся большой рыхлый метеорит типа углистого хондрита. Головы комет и углистые хондриты Несколько слов о головах комет и углистых хондритах. Голова кометы состоит из ядра и сильно разряжённой атмосферы (около 100 частиц/см3). Ядро кометы — это конгломерат кусков льда, газа и пыли. Средняя плотность вещества ядра не превышает 1 г/см3, давление внутри ядра размером около 1 км — 1000 дин/см2. Фрагменты ядра могут соединяться в нём лишь некоторыми частями, поэтому скреплены слабо, возможно отрывание отдельных частей под действием солнечной радиации. Так, например, ядро кометы Веста в 1976 г. разделилось на четыре фрагмента. Фрагменты могут существовать как малые кометы. По химическому составу кометы в основном содержат воду, метан, ацетилен, углекислоту, водород, соединения углерода и азота с другими элементами. Углистые хондриты — это весьма редкий тип метеоритов, обнаруженных на Земле. Это каменные метеориты, содержащие повышенное количество углерода как свободного, так и связанного в углеводородах. В них, как правило, имеются газовые включения и гидросодержащие минералы. Цвет — угольно-чёрный или серо-чёрный. Содержание воды в них может доходить до 20 % (связанная вода), плотность этих метеоритов не более 3 г/см3.Только наиболее плотные и крупные из них достигают поверхности Земли, большинство же рассеивается в атмосфере. Так произошло в 1965 г. с метеоритом Ривелсток, упавшим над Канадой. Общая масса его оценивается в 4 тыс. т, скорость входа — около 12 км/с. Воздушные волны были зарегистрированы барографами за несколько тысяч километров от места падения, и общая энергия возмущения атмосферы оценена в 10 – 20 тыс. т тротила. Явление по мощности равно атомному взрыву над Хиросимой. Воздушные волны были зарегистрированы на ближайшей сейсмостанции и организованы поиски вещества. Однако было найдено всего около грамма вещества на льду одного озера. Если бы космическое тело было гораздо больших размеров, чем метеорит Ривелсток, и было углистым хондритом, оно проникло бы гораздо глубже в атмосферу, и могла бы произойти катастрофа, аналогичная Тунгусской в смысле воздействия на земную поверхность. Как кометная, так и углисто-хондритная гипотезы удовлетворяют основному свойству Тунгусского космического тела: взрывной распад над поверхностью Земли при отсутствии выпадения значительных масс вещества. Как кометная, так и углисто-хондритная гипотеза характеризуются тем, что в состав обоих тел входит вода в состоянии льда, углерод и углеводороды. Все эти вещества могут либо испариться, либо сгореть в атмосфере. Кометная гипотеза более полно объясняет помутнение (запыление) атмосферы в период падения и после него. Зато падение углистых хондритов есть явление сравнительно обычное, а столкновение с ядром малой кометы — явление уникальное. Задача о распознавании природы падающего метеороида напоминает задачу об автоматизации проектирования летательных аппаратов, например гиперзвуковых самолётов. Нужно подобрать такие инструкционные и траекторные параметры, чтобы удовлетворить основным требованиям заказчика. Эта задача в принципе не имеет единственного решения в математическом смысле: возможны разные варианты, приводящие к одинаковым ответам. По-видимому, метеоритным задачам нужно придать вероятностный смысл, считать основные характеристики случайными величинами и находить распределения вероятностей. Библиографический список 1. Арсеньев А. А., Самарский А. А. Что такое математическая физика. 2. Седов Л. И. Очерки, связанные с основами механики и физики. 3. Никольский С. М. Элементы математического анализа. 4. Сворень Р. А. В просторы космоса, в глубины атома. 5. Воронцов-Вельяминов Б. А.Очерки о вселенной. 6. Горбацкий В. Г. Космические взрывы. 7. Самарский А. А. Введение в численные методы. 8. Лох У. Динамика и термодинамика спуска в атмосфере планет. 9. Коробейников В. П. Задачи теории точечного взрыва. 10. Захаров В. К., Севастьянов Б. А., Чистяков В. П. Теория вероятностей. 11. Математическое моделирование. Сб. статей под ред. Дж. Эндрюс, Р. Мак-Лоун. | |
| Просмотров: 306 | Загрузок: 0 | | |
| Всего комментариев: 0 | |