Введение
Одним из ключевых моментов в понимании природы Тунгусской катастрофы является объяснение световых атмосферных аномалий, наблюдавшихся летом 1908 года. Как известно, кульминационное развитие этих событий пришлось на ночь с 30 июня на 1 июля и несколько последующих суток. Традиционно к атмосферным аномалиям того периода относят: необычные по яркости и окраске сумерки, сопровождавшие заход Солнца; ночное свечение атмосферы; яркие серебристые облака; дневные оптические эффекты.
Изучению этого вопроса посвящен ряд оригинальных работ, прежде всего нацеленных на географическое отождествление области их распространения [2,3,5]. Как правило, оценки их физических параметров, встречающиеся в литературе, носят весьма приблизительный характер [10]. Ряд физических оценок содержится в работе [1].
Представленная работа посвящена анализу сумеречных оптических аномалий лета 1908 г. В ней дается оценка физических характеристик, полученных на основе наблюдений очевидцев из Западной Европы и России, а также на экспериментальном материале, полученном автором в 1980-81 гг. В отличии от предыдущих работ [8,9], где, в частности, рассматривался механизм образования аномалий, в настоящую внесен ряд изменений по результатам обработки показаний очевидцев, более подробно проанализированы причины аномалий, представлена таблица с результатами обработки первичных данных.
Богатый фактический материал, содержащийся в работах [2,3,5], послужил основой к получению приведенных ниже физических оценок сумеречных оптических аномалий, за что автор выражает свою глубокую признательность всем, кто участвовал в сборе и систематизации материала. В намерениях автора остается выполнение отдельной работы, посвященной анализу появления серебристых облаков в тот же период.
Область распространения
Работа, выполненная И. Т. Зоткиным [5], Н. В. Васильевым, Н. П. Фаст и др. [2,3], позволила достоверно определить область распространения и границу оптических аномалий. По широтному интервалу они охватили территорию от 41° до 60° северного полушария. При этом с севера область их видимости ограничивалась белыми ночами, что дало возможность оценить верхний предел их яркости. Южная граница, весьма неоднородная, прошла по линии Бордо - Ташкент. По долготе граница проходила от западных берегов Атлантики (6,5° з.д.) до Красноярска (92,9° в. д.). Помимо этого имеются сообщения о проявлении ночных и дневных аномалий в Калифорнии с 27 июня по начало сентября [12]. В западной Европе имелись районы, где, в основном из-за неблагоприятных метеоусловий, они не наблюдались: Испания, Греция, Румыния, Болгария. Ряд пунктов сообщил об отсутствии каких-либо аномалий в течение 1908 года. К ним относятся: Дальний Восток, Восточная Сибирь, страны юго-восточной Азии, Австралия, Новая Зеландия, Южная Америка, Центральная Африка и Аляска.
По оценкам автора, общая площадь, охваченная световыми аномалиями, составила не менее 10-13 млн. км2.
Характеристика аномалии
Большинство сообщений, связанных со световыми аномалиями 30 июня 1908 года, относятся к описанию различного рода сумеречных явлений. И это нетрудно объяснить, так как любое проявление атмосферной нестабильности, вызванное вулканической активностью, вторжением космической пыли, либо образованием серебристых облаков, прежде всего повлияет на картину сумерек: изменится их продолжительность, окраска и структура зоревого сегмента.
При изучении материалов, прежде всего, обращает на себя внимание факт развития отдельных явлений на совершенно различных высотах в атмосфере Земли в одно и то же время. Наличие возмущений в тропосфере и нижней стратосфере (20-25 км) повлияло на окраску сумерек и форму зоревого сег мента, изменения в мезосфере ( 75-100 км ) существенно увеличили продолжительность сумерек как в средних широтах, так и в южных районах. О нарушениях в слоях атмосферы выше 100-120 км не представляется возможным судить, ввиду отсутствия каких-либо прямых наблюдений, доказывающих наличие там рассеивающего слоя. Хотя необычное зеленовато-голубоватое сияние, наблюдавшееся выше сумеречного сегмента, может быть объяснено не только эффектом многократного рассеяния от слоя серебристых облаков. Как показано в работе [9], проявление возмущений в тропосфере и нижней стратосфере над Западной Европой не может быть связано с попаданием вещества Тунгусского тела на высоту формирования сумеречных явлений ( 25 км ).
Серебристые облака
Как известно, развитие оптических аномалий, сопровождавших падение Тунгусского метеорита, происходило на фоне более ранних событий, связанных, с одной стороны, с вулканической активностью 1907 - 1908 г. [4], с другой - с летней активностью серебристых облаков, образующихся в пограничном слое атмосферы Земли на высотах 75 - 100 км. Первые сообщения, относящиеся к 21 - 23 июня, являются типичными для летнего максимума серебристых облаков и не представляют значительных трудностей при их отождествлении (рис. 1 ). 29 июня число сообщений увеличилось до 9. В ночь с 30 июня на 1 июля число сообщений о наблюдении световых аномалий и появлении серебристых облаков носил характер "вспышки". Наиболее эффектные картины наблюдались в Англии, Германии, Голландии, Бельгии, Польше и России, где сообщается о светящихся облаках, похожих на циррусы, от которых исходило сияние, заполнявшее ночное небо. Даже простой анализ представленных материалов с точки зрения исследователя серебристых облаков показывает наличие аномально яркого и протяженного поля облаков с сильно развитыми морфологическими структурами. Количество сообщений о их появлении за одну ночь превысило 100, что не находит аналогов на всем протяжении наблюдений, начиная с 1885 г.
Типичным "эффектом появления серебристых облаков" были: значительное увеличение продолжительности сумерек в средних и южных широтах, периодическое изменение яркости неба, происходившее из-за повсеместного образования полей серебристых облаков, иногда имевших вблизи горизонта буро-красные тона.
На связь аномалий с летним максимумом серебристых облаков указывали В. Г. Фесенков [11], В. Шредер[15] и др.[3].
В работах [7, 8] предложен механизм образования аномалий за счет формирования мощного поля серебристых облаков, инициированного высотным взрывом Тунгусского тела.
Вулканические явления
Вулканические явления 1908 года, связанные с извержениями вулканов Санта-Мария, Матавану, Сопутан, Ксудач, Акутан, проявлялись на протяжении всего года в виде типичных вулканических зорь, ярких дневных гало, а также выпадения вулканического пепла в начале января на территории Восточной Германии.
Спектральные наблюдения, выполненные М. Вольфом, Штрюком и др. [14] не выявили каких-либо заметных эмиссий, тем более, что яркость полярных сияний в этот период значительно уступает яркости сумеречного сегмента. Если проанализировать ход яркости сумерек и сопоставить их цветовые характеристики с точки зрения теории сумеречных явлений [7], то можно предположить, что столь значительные изменения в окраске в первой половине ночи обусловливались наличием рассеивающего пылевого слоя на высоте 20 - 25 км севернее Западной Европы, сформировавшегося до 30 июня. Размер частиц в этом случае был 0,7 - 1,0 мк. Об этом свидетельствуют поляризационные изменения в атмосфере, наблюдавшиеся с июня по сентябрь 1908 г. Сформировавшийся слой имел достаточно неоднородную структуру, т. к. в сравнительно близких районах наблюдались различные картины сумерек.
Если исходить из условий образования слоя, его связь с Тунгусским телом совсем не очевидна. Доказательством является невозможность проникновения кометного, либо рассеянного метеоритного вещества на высоту формирования сумеречных явлений (20 - 25 км) в день Тунгусской катастрофы. По оценке Л. Р. Ракиповой [16] частица диаметром 1,0 мк спускается с высоты 80 км (области разрушения метеоритных частиц) до высоты 11 км в течение 3 -4 лет.
Оценка освещенности
Существуют различные прямые и косвенные наблюдения, выполненные рядом корреспондентов в Западной Европе и России, по которым достаточно точно можно оценить величину освещенности в ночь с 30 июня 1908 г. К подобным наблюдениям с уверенностью можно отнести: различимость предельных звездных величин на ночном и сумеречном небе; возможность читать различные шрифты и определять показания часов; различать всевозможные предметы на различных расстояниях; суточную активность птиц, животных и насекомых; описание различных фаз сумерек; определение границ белых ночей. Очевидно, что большинство оценок имеет некий разброс, связанный с изменением прозрачности атмосферы, адаптацией ночного зрения и индивидуальными особенностями наблюдателей. Так, при наблюдении серебристых облаков средней яркости, вечерняя и утренняя замечаемость меняется в диапазоне освещенности от 220 до 70 люкс. Если при оценке удается использовать несколько признаков, то ошибка может быть существенно уменьшена.
Анализ литературы по оптическим аномалиям 1908 г. помог выявить лишь одну экспериментальную работу, дающую оценку уровня освещенности летом 1908 г. [10]. Исследуя суточную активность птиц (вида Lfrus ridibundus ) в районе г. Саратова, М. А. Тарасов оценивает освещенность в 250 -500 люкс. Однако, данная оценка плохо согласуется с показаниями очевидцев, указывающих на признаки, наблюдаемые при более низком уровне освещенности. Так, 30 июня 1908 г. в Саратове в 23 часа можно было различить циферблат часов, наблюдались серебристые облака, т. е. по данным признакам верхний и нижний уровни освещенности составили Ен = 10 и 0,3 лк, естественный уровень освещенности на время оценок составил Ет = 0,01 лк. Анализируя материал по оптическим аномалиям 1908 г., автору удалось выявить 19 признаков, на основании которых можно достоверно вычислить уровень освещенности во всех указанных пунктах. Для простоты обработки материала они были сведены к 10 общим характеристикам, дающим возможность оценить освещенность в диапазоне dЕ = 0,025 - 350 лк (рис.2). Летом 1980-81 гг. была выполнена экспериментальная работа по оценке уровня освещенности для каждого из 10 признаков в районе г. Москвы и районе Тунгусской катастрофы. С помощью полевого сумеречного фотометра для каждого признака устанавливались условия его регистрации, т. е. на каждый момент времени определялся естественный уровень освещенности. На основании изучения материалов, представленных в литературе [2], и архивных материалов И. Т. Зоткина удалось выбрать более 60 пунктов наблюдения, расположенных в Западной Европе и России, где установлен характер явления. На момент наблюдений для каждого пункта определялась глубина погружения Солнца под горизонт, затем по таблицам В. В. Шаронова и Н. Н. Калитина [13, 6] определялся расчетный уровень освещенности (Ер) и сравнивался с наблюдаемым (Ен). Далее, после сопоставления двух представленных значений, находилась величина dЕmах, характеризующая максимальное отклонение от естественного уровня освещенности. При этом ошибка в оценке могла достигать 10 %. Как видно из таблицы, в большинстве пунктов расчетная величина составляла Ер = 0,01-0,001 лк, наблюдаемая Ен = 0,1 - 8,0 лк, а максимальное значение dЕmax = 1000 - 20000 в Германии и Бельгии (рис. 3).
Выводы
1. Анализ ситуации, возникшей в атмосфере Земли около 30 июня 1908 г., показывает на измене ния атмосферной нестабильности одновременно в тропосфере, нижней стратосфере и мезосфере. Исходя из условий формирования сумеречных явлений в земной атмосфере, вряд ли возможно найти механизм проникновения космического вещества на высоту 20 - 25 км в Западной Европе в течение нескольких часов после пролета Тунгусского тела.
2. Оптические аномалии, происходившие 30 июня развивались на фоне более ранних событий, связанных с оптической нестабильностью атмосферы, вызванной вулканической активностью 1907 - 1908 гг. и летним максимумом появления серебристых облаков.
3. Дневные и сумеречные явления в виде изменения поляризационных свойств атмосферы и ин тенсивной окраски неба обусловливались наличием рассеивающего слоя на высоте 20 - 25 км, наиболее вероятно явившегося результатом вулканической деятельности.
4. По результатам обработки материалов наблюдений удалось установить, что область макси мального проявления световых аномалий, расположенная в северном полушарии, занимала не менее 10 - 13 млн. км2.
5. Область аномалий в средних широтах, практически, совпадала с зоной видимости серебрис тых облаков. При этом средний уровень освещенности составил Е = 0,2 - 5 люкс (рис. 3). Этот же поря док величин получается по оценке северной границы аномалий, где в это время наблюдались белые но чи, а максимальная глубина погружения Солнца под горизонт равнялась 6°, т. е. верхний предел есте ственной освещенности составил Е = 5 - 7 люкс. Фактически, данный уровень освещенности отвечал всем видам световых аномалий, наблюдавшихся ночью 30 июня 1908 года.
6. Автор не исключает наличие третьего фактора (помимо серебристых облаков и вулкани ческой пыли) в формировании сумеречных явлений, последовавших после Тунгусской катастрофы.
Пункты, для которых определены условия освещенности в ночь с 30 июня на 1 июля 1908 года
Интенсивность ноявления серебристых облаков на широте Москвы с 1962 по 1982 г. г.
Список литературы
1. Бронштэн В. А. Природа аномального свечения неба, связанная с Тунгусским явлением // Астрон. вести. 1991. Т. 25, № 4, с. 490 - 503.
2. Васильев Н. В., Фаст Н. П. Границы оптических аномалий лета 1908 г. // Вопросы метеоритики. Томск: изд-во Томск, ун-та, 1976, с. 112 - 131.
3. Васильев Н. В., Журавлев В. К., Ковалевский А. Ф. и др. Ночные светящиеся облака и оптические аномалии, связанные с падением Тунгусского метеорита. М.: Наука, 1965 111с.
4. Гущенко И. И. Извержения вулканов мира. М.: Наука, 1979, с. 294 - 306.
5. Зоткин И. Т. Об аномальных оптических явлениях в атмосфере Земли, связанных с падением Тунгус ского метеорита.// Метеоритика, 20 вып., 1962, с. 40 -53.
6. Калиткин Н. Н. Актинометрия. М.: Гидрометеоиздат, 1938, с. 78 -79.
7. Розенберг Г. В. Сумерки. М.: Изд-во физ. мат.-лит., 1963, с. 256 - 276.
8. Ромейко В. А. Об оптических аномалиях, сопровождавших Тунгусское явление // Астрон. циркуляр, 1982, № 1206, с. 3-4.
9. Ромейко В. А. О природе оптических аномалий лета 1908 года// Астрон. вести., 1991. Т. 25, №4, с. 482 - 489.
10. Ю.Тарасов М. А. Суточная активность птиц как показатель аномального свечения неба в 1908 г. // Вопросы метеоритики. Томск, 1976, с. 143 - 148
11. Фесенков В. Г. О кометной природе Тунгусского метеорита. // Астрон. журнал. 1961. 38, вып. 4, с. 577 - 592.
12. Фесенков В. Г. Зодиакальный свет. М.: Историко-астроном. исследования. 1980, вып. 11, с. 124.
13. Шаронов В. В. Таблицы для расчета природной освещенности видимости. М.: Изд-во АН СССР, 1945.
14. Wolf V. Uber die Lichterscheinunsen am Nacnthimmel aus dem Anfans das Iuli. // Astron. Nachr., 1908. V. 178. P. 298.
15. Schroder W. der W. Untersuchungen zur Tunguska - Katastrophe und den hochatmoapharischen Erchellugen von 30 Juni 1908. // "Z. Geophys", 1972. 38, № 1, p. 179 - 182.
16. Ракипова Л. Р. О возможности влияния пыли на вертикальное движение воздуха. Изв. АН СССР, сер. геогр., 1949, № 1, с, 5 - 19.