Что могли увидеть очевидцы Тунгусского события
В.В.Светцов
Институт динамики геосфер РАН, Москва
svetsov@idg.chph.ras.ru
Далеко не все очевидцы, опрашиваемые после падений болидов, сообщают сведения, соответствующие реальности, а показания большинства свидетелей Тунгусского события были собраны лишь через десятки лет после него. Тем не менее, каталог сообщений очевидцев Тунгусской катастрофы [2] содержит убедительные доказательства падения крупного космического тела. По этим сообщениям с неплохой точностью удалось определить азимут и угол наклона траектории тела [4]. Делались попытки получить и более тонкие выводы – об орбите метеороида, об изменении вектора скорости при движении метеороида в атмосфере [1] и даже о природе Тунгусского тела (так, авторы работы [9] считают, что отсутствие дымного следа в рассказах очевидцев свидетельствует о падении кометы).
Моделирование падения Тунгусского метеороида проводилось, главным образом, с целью интерпретации основных результатов натурных исследований, связанных с высотой взрыва, «бабочкой» вывала леса, показаниями барограмм и сейсмограмм, тепловым потоком на поверхности Земли. Моделирование падений метеороидов представляет собой сложную проблему, но в последнее время с помощью математических расчетов удалось объяснить основные характеристики Тунгусского события [10], [5], [7], [11]. Тем не менее, эти работы не содержали в явном виде выводов о том, что должно было быть видно на различных расстояниях от эпицентра. Здесь сделаны оценки того, что могли увидеть жители Центральной Сибири, заставшие падение метеороида и развитие взрыва утром 30 июня 1908 года при ясной погоде, когда Солнце стояло под углом около 280 к горизонту.
Можно выделить несколько последовательных стадий Тунгусского события: нагрев поверхности метеороида до температур плавления и испарения при входе в атмосферу; образование облака пара вокруг летящего тела под действием излучения из ударно-сжатого слоя [8]; увеличение площади поперечного сечения метеороида – расплющивание [3]; образование и полет роя фрагментов [5]; торможение облака пара – взрыв [10] с образованием вихревых структур [11]; движение паров тела и воздушной плазмы вверх вдоль следа [11]; выброс плюма на высоты более 100 км [7], [11].
Каменный метеороид диметром 60 м может стать заметным как объект звездной величины –10 (при наблюдении с расстояния 100 км), если его поверхность нагреется до температуры плавления. Метеоры регистрируются на высотах до 130 км, но крупные тела нагреваются медленнее. Очень высоко, где пробеги молекул воздуха сравнимы с размером тела, энергии соударений недостаточно для существенного нагрева поверхности тела. Конвективный поток тепла к поверхности уменьшается с увеличением размера тела [6], и мог обеспечить разогрев Тунгусского тела до температуры плавления лишь на высотах ниже 80 км (при умеренных скоростях менее 40 км/с и углах входа 150 или более). Радиационный поток энергии, наоборот, растет с ростом размера и мог достигнуть величины, необходимой для плавления, на высотах ниже 90 км. Воздух, нагретый в ударной волне, на этой высоте еще прозрачен для видимого излучения. При дальнейшем снижении блеск объекта возрастает за счет прогрева паров и увеличения оптической толщины нагретого воздуха и через несколько секунд достигает звездной величины –25 на высотах 50–70 км. Ледяное тело на больших высотах имело бы меньший блеск из-за более низкой температуры паров.
Испарение каменного тела размером 60 м начинается выше 80 км. Абляция идет несколько иначе, чем у метеороидов меньшего размера на тех же высотах. Количество расплавленного вещества на единицу поверхности тела определяется теплопроводностью материала метеороида и примерно одинаково для тел разного размера. Но испарение крупного тела происходит интенсивнее за счет большей плотности потока излучения на поверхности, которая увеличивается с размером. Поэтому расплавленного вещества на поверхности крупного тела относительно мало. Расплав сдувается с поверхности крупного тела лишь на более низких высотах, так как скорость движения расплавленного вещества вдоль поверхности зависит в основном от высоты и скорости тела, а чтобы покинуть тело, расплав должен преодолеть расстояние порядка размера метеороида. Далее, на капли расплава, все же попавшие в след, действуют более интенсивные потоки излучения. Поэтому след после пролета на высотах 40–80 км может содержать лишь частицы конденсата, но воздух в следе продолжает излучать вплоть до развития плюма в отличие от меньших тел, у которых след быстро остывает, перемешиваясь с холодным воздухом.
Дробление типичного крупного каменного тела должно начинаться на высотах более 50 км, а кометы имеют совсем незначительную прочность. На высотах 20–30 км происходит изменение формы раздробленного тела с увеличением площади поперечного сечения и развал тела, которое приобретает неопределенную форму из-за неустойчивости его поверхности. Сила сопротивления и изменение скорости на этих высотах еще незначительны, и поэтому форма тела не может повлиять на траекторию его движения в атмосфере выше 20 км. Ниже, когда рой осколков летит на высотах 10–20 км, и вперед вырываются то один, то другой фрагмент [11], изменение траектории могло произойти, если бы один из лидирующих фрагментов был прочным и имел форму, обеспечивающую значительную подъемную силу. Это могло случиться на определенном этапе падения Сихотэ-Алинского метеорита. Но в случае Тунгусского тела, которое, очевидно, имело низкую прочность и дробилось на мелкие осколки, вряд ли могли возникнуть такие прочные лидирующие фрагменты. Влияние же силы тяжести на изменение траектории незначительно. Поэтому существенное изменение направления движения Тунгусского тела в полете весьма маловероятно и для наблюдателя могло быть только кажущимся.
Эффекты, связанные с выделением энергии на заключительной стадии торможения крупного метеороида, по существу мало отличаются от высотного ядерного взрыва, начиная с момента отрыва ударной волны взрыва от огненного шара. Но последующие стадии различны – огненный шар ядерного взрыва всплывает вертикально вверх, а после торможения тела – вдоль его следа. Увеличение яркости в следе по мере подъема массы пара и нагретого воздуха могло быть заметным через десятки секунд, но большое количество наблюдателей обратило внимание на явление лишь спустя минуту и более после пролета метеороида, ощутив действие звуковых или сейсмических волн. Тогда в атмосфере должен был наблюдаться плюм, свечение которого определяется температурой, размером и количеством выбрасываемых на большие высоты частиц сконденсировавшегося пара. Очевидцы, сообщавшие о наблюдении объекта на фоне солнца, заметили, вероятно, не пролет метеороида, а плюм на высотах более 100 км или затенение солнца частицами конденсата. Вероятно, и в поселке Преображенка, на расстоянии 350 км вдоль проекции траектории от эпицентра, вблизи зенита наблюдалось также свечение плюма.
Литература
- Бронштэн В.А. Тунгусский метеорит: история исследований. Москва, Сельянов. 2000
- Васильев Н.В. и др. Показания очевидцев Тунгусского падения. 1981. ВИНИТИ-№ 5350-81.
- Григорян С.С. Космические исследования. 1979,т. 17, №6, с. 875–893
- Зоткин И.Т., Чигорин А.Н. Астрономический Вестник. 1991, т.25, №5, с. 613–620
- Светцов В.В. Астрономический Вестник. 1996, т.30, №5, с. 427–441
- Стулов В.П., Мирский В.Н., Вислый А.И. Аэродинамика болидов. Москва, Наука. 1995
- Boslough M.B., Crawford D.A. In: Near Earth Objects, NY Acad. of Sciences, 1997, р.236–282
- Crawford D.A. In: The Collision of Comet Shoemaker-Levy 9 and Jupiter; Proceedings of the Space Telescope Science Institute Workshop, Cambridge University Press, 1996, p. 133-156
- Kolesnikov E.M., Boettger T., Kolesnikova N.V. Planetary Space Science.1999, v. 47, p. 905–916
- Korobeinikov V.P. et. al. 1998. Planetary Space Science. 1998, v. 46, №2/3, p. 231–244
- Shuvalov V.V., Artemieva N.A. Planetary Space Science. 2002, v. 50, p. 181–192