В последние годы в печати стали появляться работы, авторы которых вновь возвращаются к первоначальному взгляду, согласно которому Тунгусский метеорит был настоящим метеоритом, осколком маленького астероида. К этим работам относится, прежде всего, статья 3. Секанины [492], вышедшая в 1983 г., и уже известная нам статья К. Чайба и др. [423], опубликованная десятилетием позже. Астероидальную гипотезу развивал и пытался отстаивать также В.В. Светцов [500]. Аргументы этих авторов вместе с их критическим анализом будут приведены ниже, а пока сделаем очень важное, с нашей точки зрения, общее замечание.
Чтобы опровергнуть какую-либо гипотезу, можно идти двумя путями. Во-первых, можно показать несправедливость или неубедительность аргументов, выдвинутых в ее поддержку. Этот путь, хотя и полезен для оценки гипотезы, все же не может привести к ее полному опровержению, потому что авторы или сторонники гипотезы могут привести другие аргументы в ее защиту взамен отвергаемых.
Во-вторых, можно доказать, что следствия из рассматриваемой гипотезы: а) противоречат фактам или тем или иным параметрам, установленным экспериментально; б) противоречат известным законам природы или следствиям из них. Этот путь наиболее надежный, так как он зависит не от аргументов, приведенных в поддержку гипотезы, а только от нее самой.
Гипотеза Секанины
Первое обоснование астероидальной гипотезы предложил в 1983 г. американский астроном 3. Секанина [492]. Основным его аргументом было то обстоятельство, что на диаграмме "угол между линией апсид (большой осью) орбиты и плоскостью орбиты Юпитера - скорость входа в атмосферу Земли" все решения, соответствующие азимуту траектории Тунгусского тела 110° [492] и наклонам траектории 5-15°, попадают в "астероидальную" область.
Столь малые углы наклона Секанина принял на основании показаний очевидцев из Витима (608 км от эпицентра) и Бодайбо (764 км), которые якобы видели Тунгусский болид. В действительности двое из них наблюдали другие болиды (1917 и 1920 гг.), а наблюдение третьего не противоречит углу наклона, выведенному И.Т. Зоткиным в 1966 г. и равному 28° [154]. На это обстоятельство указали в 1985 г. Б.Ю. Левин и В.А. Бронштэн [259, 465].
В то же время метод, использованный Секаниной, заслуживает самого серьезного внимания. В несколько ином варианте его применил уже в 1998 г. В.А. Бронштэн [415], построивший диаграмму "азимут траектории - скорость входа" и показавший, какие сочетания этих параметров приводят к орбитам, характерным для тел различных классов (астероиды, коротко- и долгопериодические кометы), а также к гиперболическим орбитам. Об этом уже говорилось в гл. XI.
Анализ работы [415] показывает, что при наиболее вероятном азимуте траектории 104° [158, 415] скоростям входа больше 27 км/с соответствуют кометные орбиты (при азимуте 110°, предпочитаемом Секаниной, граничной скоростью будет 29 км/с).
Далее, если бы родительским телом Тунгусского метеорита и был бы астероид, то он никак не мог принадлежать к группе Аполлона: для этого нужно было бы положить скорость входа v0 ≤ 25 км/с.
Кроме азимута, существенное влияние на элементы орбиты оказывает наклон траектории к горизонту. Так, для азимута 104° имеем следующие значения большой полуоси орбиты (в а.е.):
Таблица 5 Значение большой полуоси орбиты Тунгусского тела в зависимости от угла наклона траектории и скорости выхода
|
hR |
vinfinity(км/с) | |
|
25 |
30 | |
|
110 |
3,1 А.Е. |
32,1 А.Е. |
|
150 |
2,5 А.Е. |
9,5 А.Е. |
|
200 |
2,4 А.Е. |
7,6 А.Е. |
Из этой таблички видно, что понижение угла наклона траектории (к чему призывал Секанина) отбрасывает Тунгусское тело в область долгопериодических комет при v¥= 30 км/с и на границу области астероидов при v¥= 25 км/с.
Однако, согласно Секанине, Тунгусский астероид имел а = 1,25 а.е. и очень малую скорость входа v¥ = 14 км/с. Это согласуется с азимутом проекции траектории 110°, принятым Секаниной. Причина, побудившая Секанину принять такие параметры, заключается в следующем.
При скорости входа 30 км/с Тунгусское тело на высоте 7,5 км (вероятная высота взрыва) встретит аэродинамическое давление, превосходящее 109 дин/см2. Трудно допустить, чтобы хрупкое ледяное тело выдержало такое давление и не распалось бы много выше. Значит, оно было более прочным - каменным. Если это был астероид группы Аполлона, резонно приписать его орбите те параметры, которые были приведены выше.
Механизм взрыва Секанина не уточняет, но проводит параллель между взрывом Тунгусского метеорита и концевыми вспышками многих болидов Прерийной и Европейской болидных сетей. Этот вопрос был детально исследован 2-3 года спустя Б.Ю. Левиным и В.А. Бронштэном в работах [259, 465]. Согласившись с Секаниной в том, что такая параллель действительно существует, они не согласились с ним в отношении природы тела.
Рассчитав потерю массы и скорости по теории Григоряна, Левин и Бронштэн получили скорость тела в момент взрыва vк = 17 км/с, что втрое уменьшает приведенное выше значение аэродинамического давления. Но самое главное заключается в том, что по теории Григоряна механическое разрушение тела начинается много выше, на высотах 60-70 км, где аэродинамическое давление не превышает 6х105-2х106 дин/см2 в то время как для простого раскалывания льда требуется 107 дин/см2 а для его дробления на мелкие зерна - 109 дин/см2, т. е. как раз столько, сколько будет на высоте 7,5 км при скорости 30 км/с.
Эти соображения были сообщены 3. Секанине в письме в конце 1985 г. В своем ответе он пытался оспорить полученное Левиным и Бронштэном значение vк , предпочитая vк = 7,5 км/с, полученное А. Бен-Менахемом [413]. Но Бен-Менахем не получал это значение из каких-либо расчетов, а указал лишь, что оно хорошо согласуется с результатами сейсмических наблюдений.
Вернемся к диаграмме Секанины. В 1991 г. ее вновь опубликовали и проанализировали В.П. Коробейников, П.И. Чушкин и Л.В. Шуршалов [219]. Нанеся на эту диаграмму изолинии, соответствующие углам наклона траектории 15, 28, 37 и 40°, а также скоростям входа от 15 до 40 км/с (через 5 км/с), они подсчитали, что принятым ими параметрам (hR = 40°, v¥ = 35 км/с) соответствует точка, лежащая в кометной области, недалеко от точки, соответствующей комете Энке.
Отметим, что понижение угла наклона от 40° до 15° не изменит картины, даже улучшит ее, так как значение v¥ на условной границе между астероидальной и кометной областью изменяется от 34 км/с при hR = 40° до 32,5 км/с при hR = 15°.
Таким образом, все аргументы Секанины, как астрономические, так и физико-механические, легко могут быть оспорены и не дают оснований для заключения об астероидальной природе Тунгусского тела.
Гипотеза Чайба-Томаса-Цанле
В 1993 г. в уже известной нам работе американские ученые К. Чайба, П. Томас и К. Цанле [423], применив разработанную ими приближенную теорию прогрессивного разрушения крупного тела в атмосфере, пришли к выводу, что тело кометной природы должно было разрушиться на высоте более 22 км, тело типа углистого хондрита - на высоте более 15 км и лишь каменное тело астероидального происхождения - на высоте около 9 км. Энергия взрыва принималась при этом равной 15 Мт тротилового эквивалента (6,3х1023 эрг), угол входа - 45°. Изменение угла входа до 30° (к горизонту) повышало высоту полного разрушения каменного тела до 11 км, а в случае угла hR = 15° - до 15 км.
Как мы уже могли видеть, теория Чайба-Томаса-Цанле является приближенной и уступает по точности и научной обоснованности теории Григоряна [104] или равноценной ей теории Хиллса и Годы [442]. Как было показано в работах В.А. Бронштэна и И.Т Зоткина [62, 63], теория Чайба и др. завышает высоты разрушения различных тел на 2-16 км. Применение вместо нее теории Григоряна [104] понижает высоту разрушения кометного тела с 22 до 11-15 км. Некоторым изменением исходных параметров можно уменьшить эти высоты до 7-10 км.
Таким образом, аргументация Чайба и его коллег не выдерживает критики.
Нереальность астероидальной гипотезы
Решающий аргумент против гипотезы каменного астероида состоит отнюдь не в выявлении недостатков или ошибок в аргументации или в расчетах сторонников этой гипотезы. Этот аргумент - полное отсутствие на местности осколков каменного метеорита, даже мельчайших. Между тем, в случае взрыва на высоте ~ 7 км каменного тела массой ~ 105 т таких осколков было бы множество.
Чтобы не быть голословными, приведем результаты экспериментов дробления горных пород взрывами, в том числе ядерными, собранные М.А. Садовским и его сотрудниками [319, 320]. Мощность этих взрывов, произведенных в США, заключена в пределах от 0,1 до 60 кг тротилового эквивалента. Напомним, что энергия Тунгусского взрыва была оценена Садовским в 10 Мт. Один из важных выводов М.А. Садовского и его сотрудников состоит в том, что характер дробления не зависит ни от энергии, ни от физической природы взрыва (ими были рассмотрены и химические взрывы).
В работе [319] приведены графики распределения по размерам осколков, образующихся при взрывах, для каждого из 8 рассмотренных взрывов, а также среднее. Некоторые размеры осколков появляются чаще, чем другие (это зависит от структуры, от блочности пород), но в общем образуются осколки самых разных размеров, от метровых до миллиметровых.
Самое простое (и, пожалуй, единственное) возражение против нашего аргумента об отсутствии осколков на месте катастрофы состоит в том, что все осколки без исключения должны были испариться под действием излучения при взрыве либо на пути от точки взрыва до поверхности Земли. Посмотрим, так ли это.
Рассмотрим сначала возможность испарения осколков при их падении на Землю. Расчеты движения и потери массы осколков каменного метеорита с высоты 8 км до земной поверхности были выполнены В.А. Бронштэном [416] при следующих исходных данных: начальная скорость в точке взрыва v0 = 17 км/с [259, 465], угол падения Z0 = 45°, начальная масса осколка бралась в пределах от 10 т до 30 кг. Расчеты показали, что отношение конечной массы осколка (при падении на Землю) к его начальной массе постоянно для всех масс и равно примерно 0,2.
Таким образом, образовавшиеся при взрыве Тунгусского тела каменные осколки массой более 10 кг должны были достигнуть поверхности Земли. Если же взрыв произошел ниже 8 км, то ее могли достигнуть и меньшие осколки.
В.В. Светцов [321] выдвинул еще один довод против возможности выживания осколков: именно, согласно результатам его работы, осколки должны испариться под действием мощного потока излучения, образующегося при взрыве.
Здесь нужно сделать существенное замечание. Дело в том, что процесс взрывоподобного распада Тунгусского тела, который признается всеми исследователями, не является взрывом в классическом понимании этого слова. Это спонтанный, все ускоряющийся распад твердого тела с испарением осколков, переход части его кинетической энергии в тепловую, происходящий быстро, но не мгновенно, как при настоящем взрыве.
Продолжительность вспышек ярких метеоров, как показывают наблюдения [49], составляет 0,02 с. Это соответствует примерно граммовым телам. Вспышка яркого болида 21 апреля 1963 г., зафиксированная З. Цеплехой [419], продолжалась столько же. Для такого крупного тела, каким был Тунгусский метеорит, длительность вспышки (т.е. взрывообразное выделение энергии) могла быть только больше, но никак не меньше этой величины. Будем ее рассматривать как нижний предел длительности взрыва.
Как показало исследование Л.В. Шуршалова [398], максимум выделения энергии в рассмотренной им модели распада Тунгусского тела наступает через 0,038 с после начала распада, а все явление длится менее 0,1 с.
С другой стороны, в работах, рассматривающих воздействие лучистого ожога на деревья [214, 252, 386], приводятся значения длительности воздействия излучения от 2 до 10 с. С нашей точки зрения, длительность в 10 с совершенно неприемлема (не будет точечного источника!), а значение в 2 с можно считать верхним пределом длительности воздействия излучения. Реально эта величина должна быть значительно меньше, порядка 0,1 с (длительность ядерных взрывов измеряется миллисекундами).
В работе [416] В.А. Бронштэн рассчитал величину лучистого импульса в месте отделения осколка - в 100 м от центра области взрыва. При общей энергии взрыва 1023 эрг, в предположении, что 20% ее переходит в излучение, для искомой величины было получено 1,6х1018 эрг/см2 Однако эту величину следует уменьшить в 2 раза за счет периодического затенения осколка при его быстром вращении и еще в 2 раза за счет косого падения лучей на его поверхность. Поскольку для испарения каменного осколка требуется энергия 8х1010 эрг/г, с учетом его плотности 3 г/см3, получается, что энергия излучения сможет испарить слой толщиной в 17 см. Но и эта величина должна быть сильно уменьшена, поскольку осколок не остается на постоянном расстоянии в 100 м от источника излучения, а быстро удаляется от него со скоростью ~2 км/с (эта скорость, согласно Хиллсу и Годе [442], равна 0,11 скорости метеорита).
Далее, как известно из метеорной физики [49], слой паров и горячего воздуха создает мощную экранировку поверхности, так что ее достигает лишь 0,01-0,07 падающего потока излучения [49,60]. Суммарное действие всех этих факторов приведет к тому, что излучение, возникающее при взрыве тела, способно испарить лишь самые мелкие осколки и внешние слои (глубиной 1-2 см) наиболее крупных.
Рассмотрим еще один аргумент, высказываемый сторонниками астероидальной гипотезы. Он заключается в том, что крупные каменные осколки на местности "плохо искали". В связи с этим приведем здесь фактические данные о поисках крупных осколков.
Еще в 1966 г. Д.Ф. Анфиногенов [10] выдвинул предположение, что крупные осколки Тунгусского метеорита могли выпасть в форме метеоритного дождя в 2-4 км к западу-северо-западу от эпицентра взрыва. Проверка гипотезы Анфиногенова проводилась участниками КСЭ в 1963-1968 гг. с использованием широкого спектра методик: магнито-, индукто-, флуоро- и металлометрии, визуальных поисков, закладки пробных вскрыш, раскопки "подозрительных" воронок, электроразведки, шлихового опробования и т.д. [81]. Помимо района, указанного Анфиногеновым, обследовались бассейн р. Кеть в 1963 г. и район р. Б. Пит в 1964 г. По состоянию на 1975 г. на территории 10000 км2 было обследовано на предмет поиска вещества Тунгусского тела 500 пробных площадей [32]. К 1986 г. территория была увеличена до 15000 км2 а число обследованных площадок до 700 [82]. Были обнаружены только микрочастицы микронных размеров.
Подводя итоги многолетним поискам осколков, Н.В. Васильев и А.Ф. Ковалевский [75] писали: "Все, что мы сейчас об этом знаем, говорит против того, что в районе взрыва могли выпасть крупные осколки Тунгусского тела (хотя считать это невероятным нельзя)". Можно только присоединиться к их мнению.
Космохимичесиме данные
Очень сильный аргумент в пользу кометной гипотезы дают космохимические исследования, а именно изотопный и элементный анализ колонок торфа, отобранных из различных мест области катастрофы.
Методика послойного отбора проб из колонок торфа, предложенная Ю.А. Львовым [260] и затем не раз совершенствовавшаяся (см. гл. IX), позволила выделить "катастрофный" слой (КС), включающий прирост 1908 г., а затем подвергнуть его химическому и изотопному анализу. Важные результаты были получены при этом Е.М. Колосниковым [195] и его коллегами, в том числе специалистами из Германии [196, 197].
В пользу космического происхождения выявленной в КС изотопной аномалии говорит резкое увеличение содержания в нем иридия [196] (почти отсутствующего в земной коре). Кроме того, было обнаружено увеличение в КС концентрации Fe, Со, А1, Si и летучих Zn, Вг, Рb, Аu [96]. Близкий к этому состав частиц был обнаружен итальянскими исследователями Дж. Лонго, Р. Серра, С. Чеччини и М. Галли [467] в 1994 г. в смоле веточек деревьев, в слое 1908 г.
Решающий эксперимент, предпринятый Е.М. Колесниковым и его коллегами, состоял в изучении изотопных аномалий таких чисто "кометных" элементов, как водород, углерод и азот. При этом в КС были обнаружены аномалии у δ13С до +4,3%о, у δD (дейтерия) до -22%о, у δ15N до +3,5%о. В контрольных участках этот эффект не наблюдался [196, 197].
Построив диаграмму изотопного состава углерода в метеоритах разных типов, Е.М. Колесников [195] пришел к выводу, что вещество Тунгусского тела не может быть веществом обычных хондритов и ахондритов и наиболее близко по величине изотопного состава С и Н к углистым хондритам типа СI или, что более вероятно, к кометному веществу, очень богатому этими элементами.
Таким образом, и космохимический анализ свидетельствует в пользу кометной и против астероидальной гипотезы.