В.К.ЖУРАВЛЕВ, К ОЦЕНКЕ СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ ТУНГУССКОГО ВЗРЫВА
Установление доли энергии, выделившейся при взрыве Тунгусского метеорита в виде света, чрезвычайно важно. Известно, что отношение f = E/Ec - (где Е – полная энергия взрыва, Ес – энергия светового излучения взрыва) для ядерных взрывов составляет (3÷4)·10-1, тогда как для обычного химического взрыва f, по-видимому, не превышает 10-5 [1]. Следовательно, определение f дает возможность установить природу взрыва (химический или ядерный). Заметим, что для получения надежного ответа на вопрос о природе взрыва нет необходимости определять f с большой точностью. Погрешность при определении Е или Ес может составлять, например, 50%. Величина Е может быть определена с достаточной точностью несколькими независимыми методами – по площади вывала леса, по барограммам, магнитограммам и сейсмограммам взрыва. В настоящее время наиболее надежный интервал значений Е составляет от 0,8·1023 эрг до 10·1023 эрг [3]. Определение Ес возможно двумя независимыми путями: по границе области ожога деревьев (которая, согласно результатам работ экспедиции 1965 года, находится на расстоянии 8 – 9 км от эпицентра) и по показаниям очевидцев из Ванавары и окрестных эвенкийских стойбищ. Эти показания содержат детали, по которым можно грубо оценить величину светового импульса в указанных пунктах [1, 2]. Однако при проведении этих расчетов необходимо знать функцию ослабления р или коэффициент прозрачности атмосферы в момент взрыва.А.В. Золотов [1, 2] рассчитал величину Ес по формуле:
Ес =4
D2 J exp(μD), (1)
где J – световой импульс, кал/см2; D – расстояние, км от поверхности светящейся области до точки, в которой определяется J, μ – коэффициент поглощения, км-1, принятый Золотовым равным 0,033 км-1. К.П. Станюкович и В.А. Бронштэн [4], а также К.П. Флоренский [5] подвергли критике расчет Золотова на том основании, что значение μ (или р=еμ) было взято явно нереальным.
Формула. (1) использовалась также в работе [6] для определения Ес по ожогу лиственниц в предположении, что световой импульс на границе области ожога составлял 5 – 15 кал/см2. В этом случае световой импульс в Ванаваре JВ = 0.0004 кал/см2 при наилучшей прозрачности. Такая величина импульса противоречит показаниям очевидцев в Ванаваре, ощущения которых, если считать их показания достоверными, соответствовали, по крайней мере, JВ = 0.1 кал/см2. Верхний предел JВ = 3 кал/см2.
В упомянутых работах игнорировалось одно существенное обстоятельство, а именно, что при расчете светового импульса сильных взрывов нельзя пренебрегать рассеянным световым излучением. Формула (1) в применении к световому излучению сильных взрывов в лучшем случае может служить лишь для очень грубой оценки нижней границы значений [7], [8], поскольку она не учитывает рассеянного излучения. Наличие в реальной атмосфере рассеянного излучения приводит к существенно более слабой зависимости р от D. Это обстоятельство делает в значительной степени беспредметной упомянутую выше дискуссию о правильном выборе значения р. Формулы для расчета величины J (если известно Ес) или Ес (если известно J) для реальных условий приведены в [8].
Так, световой импульс можно рассчитать по соотношению:
J = Ecp/(4D2) = fEp/(4D2), (2)
которое при f=1/3, значениях J, выраженных в кал/см2, Е в килотоннaх, D – в км, преобразуется к виду:
J = 1,04 Ep/D2. (3)
Для достаточно высоких взрывов применима также формула:
J = 1,04 Ep/H2 Sinφ, (4)
где φ – угол возвышения центра взрыва, Н – высота однородной атмосферы, ее значение принято ниже равным 8 км. Значения р, которые необходимо определить для заданного значения метеорологической дальности видимости S, в зависимости от расстояния до светящейся области, находятся по графикам 7.104 и 7.109 в [8]. На этих графиках приведены значения р для трех значений видимости S: 150 км, 80 и 16 км.
Обычные значения функции ослабления в Ванаваре, по данным Ванаварской метеостанции, за последние десять лет не выходят за пределы 0,6 - 0,1. В 1963 году были организованы актинометрические наблюдения на Заимке Кулика. Наблюдения проводили В.А. Сапожникова и Н.И. Заздравных. Было установлено, что в районе эпицентра Тунгусского взрыва функция ослабления меняется в тех же пределах, что и в Ванаваре. Пределы колебаний в утренние часы составляют 0,5 - 0,1. Было также отмечено, что на болотах этого района летом нет туманов, которые держатся До 6 - 7 часов утра. Обычно к 3 - 4 часам ночи туманы, исчезают.
В табл. 1 приводятся результаты расчета энергии Ес для двух значений J (эти значения выбраны на основе данных, взятых из [8]), двух возможных высот взрыва и трех различных значений S, рассчитанные по формулам (2) - (4) и графикам, взятым из [8]. Расстояние от эпицентра световой вспышки до границы ожога принято равным 8 км. Взятые для расчета Ес значения J отнесены к этому расстоянию.
Значения f, соответствующие величинам Ес, данным в табл. 1, оказываются в пределах от 0,006 до 0,5. Рассчитаем теперь величину светового импульса в Ванаваре для двух вариантов взрыва. В обоих случаях примем f=0,3.
1-й вариант. Е = 2000 кт, h = 6 км, D = 65 км, экстраполируя график 7·104 из [8] на расстояние 65 км, получим р=0,43.
J = 1,04 Ep/D2=0,2 кал/см2.
2-й вариант. Е = 10000 кт, h = 12 км, D = 65 км. По графику 7.109 из 8 находим для S = 80 км при угле возвышения φ = 10°5, что р = 0,42.
J = 1,22 Ep/H2 Sinφ = 2,7 кал/см2.
Сделанные оценки дают основание для следующих выводов.
1. Коэффициент f даже для чистого воздуха оказывается очень высоким. Если принять р порядка 0,4 - 0,6 - значения, типичные для рассматриваемого района, то даже для J =5 кал/см2 получится f~0,1, т.е. величина, типичная для ядерных взрывов.
2. В том случае, если принять p=0,8 - 0,9, значения f оказываются порядка 0,005, т.е. на два порядка больше, чем при взрывах обычных бризантных взрывчатых веществ.
3. Результаты определения границы области ожога согласуются с показаниями очевидцев в Ванаваре только при учете рассеянного светового излучения и при f~0,1.
Следовательно, расчет подтверждает уже высказывавшееся раньше утверждение [2], [6] о необычно высоком значении доли световой энергии, сопровождавшей падение Тунгусского метеорита.
Если причиной светового излучения был взрыв, то можно сделать вывод, что по концентрации энергии на единицу массы взорвавшегося вещества он не отличался от типичного ядерного взрыва. Расчет, выполненный К.П. Станюковичем и В.П. Шалимовым [9], приводит к заключению, что обычный метеорит, двигающийся в нижних слоях атмосферы со скоростью больше 30 км/сек, создает баллистическую ударную волну, световое излучение которой имеет мощность, сравнимую с мощностью светового излучения огненного шара ядерного взрыва. Однако свечение болидов при скоростях свыше 10 км/сек экспериментально не изучено и выводы авторов [9] еще требуют проверки [10]. Подтверждение этого результата будет означать возможность объяснения световых эффектов Тунгусского метеорита в рамках обычных представлений.
ЛИТЕРАТУРА
-
Золотов А.В., Дядькин И.Г. Результаты исследования радиоактивности и лучевого ожога деревьев в районе Тунгусской катастрофы 1908 г. Отчет экспедиции, г. Октябрьский, 1959.
-
Золотов А.В. Докл. АН СССР, 136, № 1, стр. 84, 1961.
-
Маслов Е.В. Сб. «Проблема Тунгусского метеорита», стр. 105, Томск, 1963.
-
Станюкович К.П., Бронштэн В.А. Докл. АН СССР, 140, № 3, стр. 583, 1961.
-
Флоренский К.П. Метеоритика, 23, стр. 3, 1963.
-
Зенкин Г.М., Ильин А.Г. Метеоритика, 24 стр., 129, 1964.
-
Архипов М.П. Световое излучение атомного взрыва, Воениздат, М., 1965,
-
Действие ядерного оружия. (Пер. с англ.), Воениздат. М., 1963.
-
Станюкович К.П., Шалимов В.П. Метеоритика, 20, стр. 54, 1961.
-
Ромиг М. Ракетная техника и космонавтика, 3, стр. 3, 1965