Современное состояние вопроса о разрушении космических тел при входе в атмосферу
С.С.Григорян
Институт механики МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва
grigor@imec.msu.ru
1. Вопрос приобрел актуальность в связи с «приходом» в область исследования проблемы Тунгусского метеорита специалистов-механиков. После первых, не вполне адекватных попыток разных авторов, мной были выполнены две работы [С.С.Григорян, 1976, 1979], в которых сделаны количественные оценки всех эффектов, сопровождающих движение тела в атмосфере с космическими скоростями, и построена сравнительно простая, доступная пониманию не только узких специалистов, количественная теория явления. Значительно позднее (спустя 17 и 14 лет) эта теория была повторно «построена» американцами [J.N.Hills, M.P.Goda, 1993]. В.А.Бронштен добавил к моей теории учет абляции (испарения) мfтериала метеороида [Бронштен, 1985, 1994], дающий малую поправку к основной динамике. Проблема, таким образом, была в принципе решена.
2. Однако появилась ошибочная теория других американцев [C.F.Chyba, P.J.Thomas, K.J.Zahnle, 1993] для количественного описания Тунгусского события, из которой авторами был сделан вывод об астероидной природе этого феномена. В процессе дискуссии по данной проблеме на очередном симпозиуме, состоявшемся в Москве в 1995 году, профессором Джузеппе Лонго из Болонского университета было предложено провести специальный симпозиум – очную научную «дуэль» - между русскими и американскими учеными по поводу «Тунгуски», которая и состоялась в Болонском университете в 1996 году, на которую, однако, американцы не явились, и им было «засчитано поражение». Я же представил на этом симпозиуме обстоятельный доклад с количественными результатами, решающими вопрос о динамике Тунгусского феномена и подобных ему событий, подтверждающими гипотезу о кометной его природе, а также демонстрирующими в деталях существо и количественную меру ошибок американцев. Этот доклад был позднее опубликован [С.С.Григорян, 1998].
Ныне, кажется, никто из серьезных ученых уже не сомневается в пригодности моей теории к описанию процессов, протекающих при вторжении относительно крупных небесных тел в атмосферу планет, а также и Солнца.
3. В процессе подготовки доклада на симпозиуме в Болонье мной была построена и теория, учитывающая возможные вращательные движения вторгающегося в атмосферу планеты небесного тела, из которой, по проделанным оценкам, следовало, что такие движения могут быть весьма интенсивными и приводить к иному типу разрушения тела – за счет центробежных сил. Таким образом, разрушение может быть двустадийным – сначала за счет разрыва на части метеороида из-за вращательных движений, порождающих в нем критические растягивающие напряжения, затем (ниже в атмосфере) – за счет раздавливания с последующим растеканием в стороны и резким торможением обломков, порождающим «взрывной» эффект в атмосфере.
4. Моя теория была использована для расчета последствий вторжения кометы Шумейкеров-Леви-9 в атмосферу Юпитера в 1994 году, проведенного до самого события [С.С.Григорян, 1994], и ее предсказания впоследствии полностью подтвердились наблюдениями события.
5. Эта теория была применена также и для объяснения поведения комет семейства Крейца при их приближении к Солнцу и дала простые и ясные результаты [С.С.Григорян и др., 1997]. Из них следовало, в частности, что при вторжении небесного тела с размерами, к примеру, порядка размеров кометы Галлея на «поверхности» Солнца возникает возмущение с энергией порядка энергии максимальных по интенсивности вспышек на Солнце.
6. Рядом авторов позднее были предприняты попытки учесть в теории последовательное дробление небесного тела в атмосфере с использованием тех или иных предположений о природе и деталях такого процесса. Все эти попытки являются существенно схематичными, ибо вних постулируется, что на каждом этапе последовательного дробления каждый фрагмент исходного тела делится на одно и то же число одинаковых последующих фрагментов, что, конечно, не может соответствовать действительности. Я полагаю, что процесс последовательного дробления вообще не нужно пытаться описывать детерминистическими «красивыми» теориями, так как и действительности последовательное дробление обусловлено неоднородностью распределения прочности материала в исходном теле, которое, конечно же, носит случайный характер, и поэтому сам этот процесс со всеми его количественными характеристиками иоже будет обладать существенно вероятностными свойствами. Этот вывод очень хорошо демонстрируют имеющиеся материалы визуальных наблюдений разрушения советской космической станции «Мир» и американского челнока «Колумбия» при недавней его аварии в атмосфере Земли.
7. Особо надо отметить появление серии работ разных авторов, в которых «взрыв» метеороида в атмосфере моделируется буквально, т.е. принимается, что в момент быстрого дробления метеороида можно его заменить сжатым газом и далее с помощью ныне хорошо разработанных вычислительных программ рассчитывать поставленную таким образом газодинамическую задачу.Такое моделирование грубо неверно, поскольку процесс деформирования и торможения совокупности обломков, в которую превратился метеороид в результате быстрого дробления, не может быть заменен ее мгновенным превращением в газ – на этот процесс влияют инерционные и «твердотельные» эффекты при деформировании, растекании и торможении обломков совокупности.
В связи с этим еще раз надо заявить, что детальные расчеты «судьбы» каждого обломка при дроблении, по той или иной схеме, мало интересны – реальный процесс дробления совсем не детерминированный.
В заключение можно заявить, что проблему количественного описания движения, разрушения и торможения вторгающихся в атмосферы планет и Солнца небесных тел (астероидов, комет и т.п.) в принципиальном отношении и в деталях математического моделирования следует считать решенной.
Литература
С.С.Григорян. К вопросу о природе Тунгусского метеорита. ДАН СССР, 1976, т. 231, №1, с. 57-60
С.С.Григорян. О движении и разрушении метеоритов в атомосферах планет. Космические исследования, 1979, т. 17, №6, с. 875-893
J.N.Hills, M.P.Goda. The fragmentation of small asteroids in the atmosphere. Astron. J., 1993, v. 105, N3, p. 1114-1144
В.А.Бронштен. О динамике разрушения крупных метеороидов. Космические исследования, 1985, т. 23, №5, с. 797-799 В.А.Бронштен. Применение теории Григоряна к расчету дробления гигантских метеороидов. Астрономический ветсник, 1994, т. 28, №2, с. 118-124
C.F.Chyba, P.J.Thomas, K.J.Zahnle/ The 1908 Tunguska explosion: Atmospheric disrupdisruption of a stony asteroid. Nature, 1993, v. 361, p. 40-44
S.S.Grigorian. The cometary nature of the Tunguska meteorite. On the predictive possibilities of mathematical models. Planetary and Space Science, 1998, v. 46, N2/3, p. 213-217
С.С.Григорян. О столкновении кометы Шумейкеров-Леви-9 с Юпитером в июле 1994 года. Доклады РАН, 1994, т. 338, №6, с. 752-754
С.С.Григорян, Ф.С.Ибодов, С Ибадов. Об эволюции комет вблизи Солнца: кометы семейства Крейца. Доклады РАН, 1997, т. 354, №2, с.187-189