Вы здесь

Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра

Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра

Последствия падений крупных небесных тел на землю


Кто что ни говори, а подобные происшествия бывают на свете, — редко, но бывают.

Н. В. Гоголь. «Нос»

Последствия падений крупных тел на Землю в целом известны. Мы будем рассматривать только те, которые можно проанализировать в настоящее время методами точных наук. (Гораздо более сложно, как нам кажется, точно спрогнозировать социальные последствия.) Итак, в результате падения тела «работают» следующие поражающие факторы:

Рассмотрим процессы взаимодействия падающих тел с атмосферой Земли и ее поверхностью, а также последствия этих падений подробнее.


8.1. Явления, связанные с падением небесных тел


Часто увидишь, как звезды — лишь ветер задул с небосклона, вдруг упадают стремглав, и как сквозь суморок ночи пламя у них за спиной, белея, тянется длинно.

Вергилий

8.1.1. Взаимодействие небесных тел с земной атмосферой.Торможение метеороида в воздухе. Космическое тело, если оно движется сквозь атмосферу без разрушения и существенной абляции (потери массы), тормозится, когда его масса сравнивается с массой воздуха в цилиндре, имеющем такую же площадь поперечного сечения, что и само тело. Поэтому критерий отсутствия торможения неразрушающегося тела на высоте h можно записать в следующем виде:

ρаH (sin θ)-1≪ 2 ρbRb,

где H — характеристическая высота атмосферы (H = 8,5 км), θ — угол наклона траектории тела к горизонту, ρb и Rb — плотность и радиус тела соответственно, а ρа — плотность атмосферы на высоте h.

Можно определить размер неразрушающегося тела, которое долетит до Земли без торможения, из условия

где ρ0 а — плотность воздуха у поверхности Земли (h = 0, ρ0а = 10-3 г/см3).

Для вертикального падения (θ = 90°) ледяного тела (ρb = 1 г/см3) получаем Rb > 4 м.

Таким образом, если бы тела не разрушались, то относительно небольшие метеороиды достигали бы поверхности Земли со скоростью, близкой к начальной. Но космические тела разрушаются в полете под действием аэродинамических сил: они могут распадаться на фрагменты, изменять свою форму и площадь поперечного сечения [Мелош, 1994; Melosh, 1981; Passey and Melosh, 1980].

Анализ наземных и спутниковых наблюдений за входом в атмосферу метеороидов с характерными размерами порядка 1–3 м показывает, что они разрушаются на высотах 25–45 км, не достигая Земли [Chyba et al., 1993; Svetsov et al., 1995; Nemtchinov et al., 1997a]. С увеличением размера тела его прочность снижается, так как в большом теле больше дефектов, а также трещин, возникновение которых связано с предыдущими столкновениями в космическом пространстве. К тому же, для того чтобы разделить тело на части, необходима энергия, пропорциональная его площади, в то время как запасенная в теле упругая энергия, связанная с аэродинамической нагрузкой, пропорциональна объему. Поэтому можно ожидать, что более крупные тела (> 10 м) начинают разрушаться на еще больших высотах. Следует также отметить, что абляция, вызванная теплопроводностью и переносом излучения в ударно-сжатом воздухе, незначительна для тел c размерами больше 10 м [Немчинов, Цикулин,1963; Немчинов и др., 1976; Baldwin and Sheafler, 1971; Biberman et al., 1980].

Деформация тела, вызванная аэродинамическими силами. Сильно фрагментированный объект может быть легко деформирован и становится подобным жидкости [Григорян, 1979]. При аналитических оценках используется предположение, что под действием аэродинамических сил во время полета оно расплющивается — увеличивается отношение его диаметра к высоте [Melosh, 1981; Ivanov et al., 1986; Chyba et al., 1993] — тело превращается в «блин» (pan-cake). Степень расплющивания может быть оценена из простых соображений. Давление на лобовой поверхности тела максимально в его критической точке и уменьшается к боковым поверхностям. Наличие градиента давления вызывает движение жидких частиц (или квазижидких частиц разрушенного материала) вдоль лобовой поверхности в радиальном направлении. Скорость этого поперечного движения Vt может быть оценена из следующего выражения [Григорян, 1979; Hills and Goda, 1993]:

Vt = (ρа/ρb)1/2V,

где V — скорость тела, ρb — его плотность, ρа — плотность атмосферы. Если плотность атмосферы убывает с высотой по экспоненциальному закону, то легко получить выражение, определяющее критический радиус R*b, когда тело расширяется до радиуса, примерно равного его начальному диаметру:

Если Rb < R*b, то может произойти деформация тела или его разрыв на отдельные части с последующим рассеянием частей фрагментированного тела. Критический диаметр для метеороидов в атмосфере Земли составляет 580, 330 и 200 м для ледяного, каменного и железного тел соответственно [Мелош, 1994].

Фрагментация и разрушение метеороида в атмосфере. Большие метеороиды (> 1 км) ударяются о поверхность Земли, почти не успев изменить форму и массу после прохождения через атмосферу. Судьба мелких тел зависит от их характеристик — состава, скорости, прочности, формы. Атмосфера оказывает большое влияние на последствия их ударов. Отсутствие кратера после падения Тунгусского космического тела диаметром 50–100 м показывает, что атмосфера может предотвратить образование кратера и ослабить сейсмические эффекты. Но железные тела того же размера достигают поверхности Земли. Так, известный 1-километровый кратер в Аризоне, возникший 50 000 лет назад, был образован падением железного тела диаметром 30–40 м [Мелош, 1994; Melosh and Collins, 2005]. На Земле было найдено довольно много кратеров меньших размеров, например 100-метровый кратер Kaaли в Эстонии возрастом приблизительно 4000 лет [Пиррус, Тиурма, 1987]. Еще несколько подобных кратеров в Эстонии возрастом в несколько тысяч лет имеют диаметры 40, 30 м и менее. Сихотэ-Алинский железный метеоритный дождь 1947 г. создал массу мелких кратеров (диаметр наибольшего из них около 26,5 м) и огромное число мелких фрагментов [Кринов, 1981; Кринов, Фонтон, 1959; Немчинов, Попова, 1997]. Начальная кинетическая энергия этого метеороида по оценкам составила около 10 кт тринитротолуола (ТНТ), масса — около 200 т. Поверхности достигли крупные фрагменты с энергией, соответствующей примерно 100 т ТНТ. Остальная энергия перешла в энергию нагретого воздуха и продуктов абляции. Хотя железные тела составляют только 6–7 % от всех падающих на Землю тел [Shoemaker, 1983], они легче проходят сквозь атмосферу и чаще встречаются в качестве находок.

Страницы


Разделы

  • Предисловие

  • Глава 1Что такое астероидно-кометная опасность?

  • Глава 2Малые тела Солнечной системы

  • Глава 3Астероиды

  • Глава 4Кометы

  • Глава 5Метеороиды

  • Глава 6Обнаружение и мониторинг опасных небесных тел

  • Глава 7Определение и уточнение орбит небесных тел и прогноз столкновений

  • Глава 8Последствия падений крупных небесных тел на землю
  • Глава 9Частота столкновений малых тел с Землей и оценки рисков

  • Глава 10Современные возможности противодействия астероидной опасности

  • Глава 11Проблема АКО: перспективы кооперации

  • Приложение 1Список потенциально опасных астероидов (по данным на 1 июня 2010 г., http://neo.jpl.nasa.gov). Даны сведения об астероидах, опасность которых шкале не превышает значения –4

  • Приложение 2Зафиксированные сближения комет и астероидов с Землей

  • Приложение 3Организации в России, участвующие в разработке Федеральной целевой научно-технической программы «Астероидно-кометная безопасность России»

  • Приложение 4Основные ресурсы в сети Интернет, содержащие информацию по проблеме астероидно-кометной опасности

  • Приложение 5Данные о количественном составе основных групп астероидов (по данным каталога Центра малых планет на 1 июня 2010 г.)

  • Приложение 6Каталог импактных структур Земли (по данным http://www.unb.ca/passc/ImpactDatabase/)

  • Литература

  • Сведения об авторах

  • В нашей электронной онлайн библиотеке вы можете бесплатно и без регистрации прочитать «Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра» автора Шустов Борис на телефоне, андроиде, айфоне, айпаде. Сейчас вы находитесь в разделе „Глава 8Последствия падений крупных небесных тел на землю“ на странице 1. Приятного чтения.