ПОЛЕМИКА:
А. Е. Злобин
к.т.н., начальник сектора Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ, Москва)
Заблуждаются не первопроходцы Тунгусской проблемы, а их современные оппоненты. К 90-летию катастрофы 1908 года Послевоенный период изучения проблемы Тунгусского метеорита ознаменавался резким поворотом в идеологии проведения исследований. Глобальный вывод первопроходцев проблемы о доминирующем направлении движения метеороида с “юга на север” сменился выводом исследователей послевоенного периода о доминирующем направлении движения с “востока на запад”. Столь крутой поворот в основном был обусловлен дальнейшим изучением вывала леса в районе катастрофы, который после оконтуривания стал напоминать характерную “бабочку” [30,31]. Ввиду того, что ось симметрии бабочки отождествили с проекцией траектории Тунгусского тела перед взрывом [ 8 ], представления исследователей-первопроходцев были признаны заблуждением, а в проблеме на долгие 50 лет воцарилось убеждение о якобы окончательно правильной траектории “с востока на запад”.
Но именно во второй половине ХХ века Проблема Тунгусского метеорита все чаще стала сталкиваться с целым набором противоречий. В результате стала дискутироваться мысль о возможном маневре метеорного тела в атмосфере как в горизонтальной [13 ], так и в вертикальной плоскости [5,13]. Тем не менее, будучи перспективной, эта идея не получила серьезного развития: жесткая фиксация заключительного азимута по оси симметрии “бабочки” опять же исключала возможность построения картины маневра, заканчивающегося движением в северном направлении (при этом пришлось бы признать, что “крылья бабочки” не есть результат воздействия баллистической ударной волны). И основные силы исследователей вновь были направлены на решение вопросов, которые, увы, были изначально неправильно поставлены.
На международной конференции “Проблемы защиты Земли от столкновения с опасными космическими объектами” (SPE-94), состоявшейся в г.Снежинске (Челябинск-70) в сентябре 1994 г., в ряде выступлений высказывалось мнение, что до сих пор проблемой Тунгусского метеорита занимались непрофессионалы. Эта мысль прозвучала, например, в выступлении доктора технических наук Г.Тирского (Москва, МФТИ) [12 ]. Не являясь сторонником столь резких формулировок, автор настоящей статьи вынужден отметить немалую долю истины в такой оценке ситуации. Несмотря на то, что свой вклад в проблему внесли крупнейшие ученые и известные научные школы, значительная доля профессионалов, хорошо представляющих себе “что и как может лететь в атмосфере”, осталась за рамками изучения проблемы. Научные работы по проблеме Тунгусского метеорита оказалась лишенными массовой высококвалифицированной критики. И недостаток такой критики безусловно наложил свой негативный отпечаток на качество полученных научных результатов.
Приведем пример того, насколько далекими от реальности могут быть модели Тунгусского явления, не учитывающие элементарныных положений практической аэродинамики и динамики полета.
Одним из принципиально важных является вопрос о наклоне траектории Тунгусского метеорита к горизонту. По данным разных исследователей угол наклона заключен в пределах от 7 до 50 градусов. Столь большая разница в оценках заставляет некоторых авторов пояснять за очевидцев “что они видели на самом деле и почему они могли ошибаться”. Другие исследователи, стараются максимально обобщить имеющийся фактический материал и построить схему, которая допускает сложный характер траектории метеороида в процессе его движения в атмосфере.
В 1980 г. В.А.Бронштэном была предложена схема маневра Тунгусского метеорита за счет аэродинамического качества [5]. Согласно изложенному в этой работе, наклон большей части траектории не превышал 15°. Но если Тунгусское тело имело отрицательное аэродинамическое качество или приобрело его в процессе разрушения, угол наклона пути мог измениться и траектория могла стать более крутой.
Изложенная выше схема маневра (“клевка”) рассматривалась как возможность согласования малого угла наклона траектории с решением В.П.Коробейникова и др. [24] , согласно которому угол наклона получался равным 40°. Такое компромиссная схема фактически завершила дискус- сию и позволила формально исключить вопрос об угле наклона траекто-рии из числа парадоксов Тунгусской проблемы. Однако предложенная В.А.Бронштэном схема не была достаточно глубоко проработана, что к сожалению не было отмечено и группой В.П.Коробейникова.
Говоря об аэродинамическом качестве, В.А.Бронштэн упустил из виду, что аэродинамические силы относятся к категории поверхностных. Таким образом, оценивая влияние аэродинамических сил на характер траектории, в обязательном порядке необходимо учитывать жесткие прочностные ограничения. И тем более в случае, когда моделирование явления осуществляется в рамках концепции ледяного кометного ядра. Авиационная наука давно оперирует таким параметром как перегрузка. Это число, показывающее во сколько раз подъемная сила летательного аппарата на данном режиме полета больше его веса. Так, например, современные истребители типа Су-37 и Су-35, выполненные из высокопрочных авиационных конструкционных материалов, способны выдерживать без разрушения 9 - 10 -кратные перегрузки. При этом максимальные скорости у земли и на высоте составляют для СУ-37 соответственно 0,39 и 0,69 км/с. И такие данные имеют самолеты, которые считаются чудом конструкторской мысли с точки зрения прочности [27,29].
Как же в свете таких данных будет выглядеть ледяная “крылатая комета” массой от сотен тысяч до миллиона тонн, успевающая с высоты около 30 км на скорости 17 км/с (!) [6] изменить свою траекторию за счет аэродинамических сил почти на 30° ? А выглядеть она будет более чем печально.
Мы не будем здесь повторно говорить о том, что ледяное ядро кометы при высокой космической скорости разрушится задолго до начала входа в нижние слои атмосферы. Это достаточно убедительно было показано еще в работе доцента Московского авиационного института (МАИ), астронома, специалиста по кометной астрономии Ф. Ю. Зигеля [13], и не учитывать такой вывод по меньшей мере наивно. Ниже будет дополнительно показано, что если даже кометное ядро каким-то чудом долетит по пологой траектории до высот порядка 30 км, то при высокой космической скорости оно не сможет совершить “клевок” за счет аэродинамического качества ввиду малой прочности льда.
Рассмотрим силы, действующие на тело в криволинейном полете, направленные в данной точке нормально к траектории или имеющие в проекции на нормаль значительную составляющую ( Рис. 1). К таким силам применительно к концепции “аэродинамического клевка” относятся : Y - подъемная сила за счет наличия отрицательного аэродинамического качества; N - инерционная центробежная сила; G - сила веса тела.
Рис. 1
Используя принцип Даламбера, спроецируем все эти силы на нормальное к траектории направление и приравняем сумму проекций сил нулю:
Y + G cos
- N = 0 (1)
Учитывая, что N = mV2/R, и G = mg , где m - масса тела, g - ускорение свободного падения, V - поступательная скорость по траектории, R - радиус кривизны траектории, получим:
n = Y/G = V2/gR - cos (2)
или, пренебрегая (cos )
n = V2/gR (3)
где n - перегрузка.
Нетрудно подсчитать, что при изменении угла наклона траектории с 15° до 40° начиная с высоты H=30 км, наиболее благоприятный (максимально возможный) радиус кривизны траектории составит около 150 км. Таким образом, принимая в (3) V = 17 км/с, получим:
n = V2/(gR) = (17000 *17000)/(9,81*150000) = 196 (!)
Согласно [25], сопротивление раздавливанию у льда составляет 2,5 МПа.
Аналогичный показатель для твердой углекислоты был экспериментально определен авторами [32] и составил около 5 МПа. Для сравнения: пределы прочности материалов, применяемых в авиационных конструкциях составляют от 200 Мпа (алюминиевые сплавы) до 2400 (высокопрочные стали) [10]. Теперь ответим на вопрос: выдержит ли “крылатая комета” перегрузку почти на две сотни единиц большую, чем выдерживают современнейшие самолеты, если прочность льдов на 2 - 3 порядка ниже прочности авиационных материалов ? Однозначно - нет. Игнорирование этого вывода означает признание открытия мирового масштаба, согласно которому гиперзвуковые самолеты можно лепить из снега!
По аналогии с [5] заметим, что если конечно рассматривать некоторую абстрактную математическую задачу, то можно получить любое решение, удовлетворяющее ее условиям. Но если изучать реально наблюдавшееся явление, именуемое Тунгусским метеоритом, негодные решения необходимо отбрасывать.
Итак мы отбрасываем два негодных решения. Первое - угол наклона большей части траектории не мог составлять 40° [24], так как в этом случае высота болида для наблюдателей из Преображенки составила бы 260 км [5]. Даже находись Тунгусское тело на такой высоте, оно не могло бы наблюдаться визуально в отраженном свете на дневном небе, так как, во-первых, в условиях наблюдения со стороны солнца его визуальное обнаружение задолго до достижения им максимума яркости было исключено [13], а во-вторых, альбедо кометного ядра (на примере кометы Галлея) на порядок меньше [11], чем это принимали в своих расчетах авторы работы [22]. Второе отбрасываемое решение - невозможность маневра (“клевка”) на заключительном участке траектории за счет аэродинамического качества при высокой космической скорости, ввиду возникающей при этом колоссальной разрушающей перегрузки.
Отбросив два негодных решения, мы вынуждены сделать вывод о том, что попытку моделирования [24] вывала леса в форме “бабочки” нельзя признать удачной. Даже при том, что из всех других работ по моделированию, работа [24] была выполнена наиболее квалифицированно. “Бабочка” вообще плохо моделируется в предположении взаимодействия сферической взрывной и баллистической волн. Более того, хорошо представляя себе геометрию конуса баллистической ударной волны, его характерную тонкую структуру, мы наблюдаем весьма сомнительное сходство между ним и тем вывалом в форме “кляксы”, который принято называть “крыльями бабочки”.
Факты все же говорят о другом. “Бабочка” - есть результат направленного характера взрыва, тогда как тело перед взрывом двигалось почти с юга на север, и к воздействию баллистической ударной волны следует относить совершенно другие следы на местности [16,17]. Приведем ниже по пунктам аргументы, которые на взгляд автора настоящей статьи говорят в пользу именно такого положения вещей.
1). Большинство первых исследователей Проблемы Тунгусского метеорита, лично обследовавших регион катастрофы и опрашивавших очевидцев по горячим следам (в довоенный период) определяли, как доминирующее, заключительное направление движения Тунгусского метеорита “с юга на север” (Л. А. Кулик (1922), С. В. Обручев (1925), А. В. Вознесенский (1925), И. М. Суслов (1927), И. С. Астапович (1933), К. И. Суворов (1939)). Серьезных аргументов, опровергающих выводы этих исследователей, до настоящего времени высказано не было.
2). В [3] справедливо отмечено, что устранить “парадокс траек-торий “, как показали расчеты И. Т. Зоткина и А. А. Явнеля, возможно лишь довольно субъективным отбором “хороших” сообщений (200 - 300 очевидцев из более чем 700). Но давая такое обоснование заключительного восточного варианта траектории не следует забывать, что архив сообщений собранный И. С. Астаповичем по горячим следам катастрофы в конце 20-х годов, погиб во время войны [11]. Сам же И. С. Астапович всегда настаивал на заключительном южном варианте траектории. Таким образом, заключительный восточный вариант траектории формально следует признать обусловленным значительно хуже, чем южный.
3). Среди имеющихся 709 показаний очевидцев отчетливо выделяется группа сообщений из нескольких характерных пунктов наблюдения, указывающая на сложный характер видимой траектории Тунгусского метеорита в атмосфере. Анализ этих сообщений делает проблематичным признание заключительного направления движения “с востока на запад”.
4). В южном секторе карты поля средних направлений вывала деревьев (Рис.2) [31] имеет место симметричная аномалия в форме “подковы”, как по масштабу, так и по характерной тонкой структуре хорошо отражающая геометрию конуса баллистической ударной волны тела, движущегося наклонно к поверхности земли с большой сверхзвуковой скоростью [17]. Подобные “подковы” известны в современной практической аэродинамике как характерный эффект сверхзвукового полета в атмосфере по криволинейной траектории.
Рис.2
Ось симметрии “подковы” хорошо соответствует “южной” траектории И. С. Астаповича [1,2], полученной им на основе обработки широкого спектра фактических данных, собранных по горячим следам катастрофы.
5). К настоящему времени собран большой фактический материал по ожогу, вызванному разрушением Тунгусского космического тела. Тонкая корреляционная структура поля ожоговых поражений лиственниц (Рис. 3) имеет более развитое южное крыло, что указывает на высокую интенсивность поражения к югу от эпицентра. В южном секторе отмечается сходство тонкой структуры полей ожога и вывала леса [9].
Рис. 3
6). В качестве критики “южного” варианта траектории часто приводится довод об отсутствии наблюдений болида очевидцами из Ванавары. Тем не менее, такой довод нельзя признать убедительным. Все трое очевидцев из Ванавары в момент пролета болида были обращены лицом к северу [26] и не могли обозревать то, что происходило у них за спиной или над головой. Однако один из них (П.П.Косолапов), как отмечено в [26], стоял возле южной стены дома и даже поднял голову вверх, ощутив ожог ушей. Будучи экранирован от северной части неба стеной дома, он мог ощутить ожог только от того, что находилось у него над головой. Как отмечено в [26], по всей вероятности, ожог ушей был вызван непосредственным действием лучистой энергии самого болида, который пролетел над Ванаварой.
В пользу ожога П. П. Косолапова лучистой энергией болида говорит и выполненная оценка теплового импульса Тунгусского взрыва [18,19]. Так как тепловой импульс в окрестности эпицентра составлял около J=3 - 7 кал/см2, то, учитывая экранирование стеной дома, ожог Косолапова переотраженным излучением представляется крайне маловероятным.
7). До настоящего времени нет ни одной научной публикации (работы), в которой бы “бабочка” вывала леса была смоделирована в предположении восточной траектории без проявления глубоких противоречий с фактическими данными. Так относительное сходство внешних обводов натурной и модельной “бабочек” в расчетах В.П.Коробейникова и соавторов достигается только при условии задания абсолютно нереального угла наклона траектории на большей части пути метеороида в атмосфере [24]. При этом внутренняя структура поля направлений поваленных деревьев моделируется не полностью, а рассчитанный лучистый ожог деревьев плохо отражает фактически наблюдаемый [9]. Полученный в расчетах [24] диапазон теплового импульса более чем на полпорядка превышает уровень, оцененный по ожогу ветвей деревьев и ТЛ-отжигу кварцевого шлиха [18,19]. Отдельным пунктом критики является неполное освещение методики расчетов. По мнению автора [28] в публикациях не приведены детали эволюции головной и баллистической ударных волн в процессе распада произвольного разрыва, остановки газового облака и падения ударной волны на поверхность земли.
Попытка объяснить расчетный большой угол наклона траектории “клевком” за счет аэродинамического качества, как было показано выше, не выдерживает серьезной критики. Непонятен механизм стабилизации в полете столь аэродинамичного космического тела. К уже сказанному следует добавить, что при “клевке”, с восточной стороны “бабочки” должна наблюдаться характерная особенность вывала деревьев, обусловленная фокусированием волн давления. Отсутствие же каких-либо характерных особенностей вывала с восточной стороны “бабочки” свидетельствует против “клевка” с восточного направления.
Крайне слабой стороной работы [24] является также невозможность сопоставления ее результатов с опытными данными. Случаи фиксации “бабочек”, при разрушении летящего в воздухе с большой сверхзвуковой скоростью тела, отсутствуют. Результаты же экспериментов [21] не отражают реального физического процесса движения тела в атмосфере.
Список приведенных аргументов против заключительной восточной траектории далеко не полон. При условии проведения ряда расчетов, он может быть существенно увеличен. Однако, на взгляд автора настоящей статьи, и этого списка вполне достаточно, чтобы с уверенностью признать правоту первых исследователей проблемы. Тунгусское тело перед разрушением действительно двигалось почти с юга на север. Тогда как предположение о заключительном восточном варианте траектории является грубейшей ошибкой. Остается только удивляться, с какой легкостью были преданы забвению совершенно верные результаты целой плеяды опытных исследователей довоенного периода.
В заключение следует отметить, что несовпадение оси симметрии бабочки вывала леса с заключительным направлением движения метеороида несомненно является фундаментальной особенностью явления. Возможное объяснение этого эффекта с позиций магнитной гидрогазодинамики предлагалось автором настоящей статьи начиная с середины 80-х годов [14,15,16]. Что же касается восточной траектории, то сегодня она представляет сугубо исторический интерес - как памятник одной из грубейших ошибок в истории науки.
На пороге 90-летия Проблемы Тунгусского метеорита автор считает необходимым отказаться от дальнейшего обсуждения феномена с позиций заключительной восточной траектории.
12 ноября 1997 г.
Литература
Астапович И.С., Несостоятельность гипотезы падения на Землю Тунгусского метеорита 30 июня 1908 г., Астрономический циркуляр № 238 от 15 апреля 1963 г., Москва, Тип. Астросовета АН СССР.
Астапович И.С., К вопросу о траектории и орбите Тунгусской кометы // Физика комет и метеоров., Киев: Наук. думка, 1965, стр. 105 - 112.
Белоус Н.Х., Факты и предположения // В кн. “Тунгусское диво”, ЦЭРИС, Новосибирск, 1994, стр. 445 - 452.
Бидюков Б.Ф., Красавчиков В.О., Разум В.А., Термолюминесцентные аномалии почв района Тунгусского падения // Следы космических воздействий на Землю, Новосибирск, Наука. Сибирское отделение., 1990, стр. 88 - 108.
Бронштэн В.А., О методах расчета взрывной и баллистической волн Тунгусского метеорита // Взаимодействие метеоритного вещества с Землей, Наука. Сибирское отделение, Новосибирск, 1980, стр. 156 - 163.
Levin B.Yu., Bronshten V.A, The Tunguska event and the meteors with terminal flares, Meteoritics, Vol. 21, No. 2, 1986, pp. 199-215.
Бронштэн В.А., Неизвестная экспедиция на Тунгуску // Тунгусский вестник КСЭ, № 6, апрель-июнь, Новосибирск, 1997, стр. 8 - 13.
Васильев Н.В., История изучения проблемы Тунгусского метеорита (1970-1980 гг.) / Космическое вещество и Земля, Наука. Сибирское отделение, Новосибирск, 1986, стр. 3 - 34.
Воробьев В.А., Демин Д.В., Новые результаты исследования термичес-ких поражений лиственниц в районе падения Тунгусского метеорита //Вопросы метеоритики, Издательство Томского университета, Томск, 1976, стр. 58 - 63.
Житомирский Г.И., Конструкция самолетов, Москва, Машиностроение, 1995, стр. 28.
Журавлев В.К., Зигель Ф.Ю., Тунгусское диво, ЦЭРИС, Новосибирск, 1994, 460 с.
Журавлев В.К., Тунгусский метеорит - опасный космический объект., Наука в Сибири, № 47, ноябрь 1994 г., стр. 9.
Зигель Ф.Ю., К вопросу о природе Тунгусского тела // Метеоритные и метеорные исследования, Наука. Сибирское отделение, Новосибирск, 1983, стр. 151 - 161.
Злобин А.Е., О взаимодействии метеорного тела-сверхпроводника с атмосферой и магнитным полем Земли ( новая гипотеза о физической природе Тунгусского явления ) / Непериодические быстропротекающие явления в окружающей среде, Часть 3, Томск, 1988, стр. 214 - 215.
Злобин А.Е., Тунгусское явление: магнитная катастрофа ? // Газета “Московский университет” от 28 декабря 1989 г., стр. 12.
Злобин А.Е., Загадка Тунгусского метеорита на пороге ХХ1 века, Москва, Тип. ЦИАМ, 1996.
Злобин А.Е., Траектория и вывал: все не так просто... // Новая Сибир-ская газета от 29 августа 1996 г., стр.
Злобин А.Е., Экспериментальное и математическое моделирование ожога ветвей деревьев, переживших Тунгусскую катастрофу // Тунгусский вестник КСЭ, 1996 г., № 3, стр. 19 - 22.
Злобин А.Е., Оценка теплового импульса Тунгусского взрыва по ожогу ветвей деревьев и ТЛ-отжигу кварцевого шлиха // Тунгусский вестник КСЭ, 1997 г., № 5 январь - март, стр. 34 - 37.
Золотов А.В., Проблема Тунгусской катастрофы 1908 года, Минск: Наука и техника, 1969, 204 с.
Зоткин И.Т., Цикулин М.А., Моделирование взрыва Тунгусского метеорита / Доклады АН СССР, 1966, том 167, № 1, стр. 59 - 62.
Ковалевский А.Ф., Потапов И.Н., Об угле наклона траектории Тунгусского метеорита // Метеоритные и метеорные исследования, Наука. Новосибирское отделение, Новосибирск, 1983, стр. 161 - 165.
Кондратьев К.Я., Никольский Г.А., Шульц Э.О., Тунгусское космическое тело - ядро кометы / Актуальные вопросы метеоритики в Сибири, Новосибирск, Наука. Сибирское отделение, 1988, стр. 114 - 143.
Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шуршалов Л.В., Тунгусский феномен: газодинамическое моделирование // Следы космических воздействий на Землю, Новосибирск, Наука. Сибирское отделение., 1990, стр. 59 - 79.
Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г., Справочник по элементарной физике, Изд. 7, М.: Наука, 1976, 255 с.
Кринов Е.Л., Тунгусский метеорит, Издательство АН СССР, Москва-Ленинград, 1949, 196 с.
Новичков Н., Многоцелевой сверхманевренный истребитель СУ-37 // Российские Аэрокосмические Новости, Т. 2, № 3, Специальный выпуск к салону МАКС-97, Совместное издание Агентства ИТАР-ТАСС (Москва) и ЗАО “Авиасалон” (Жуковский), стр. 13 - 14.
Стулов В.П., Мирский В.Н., Вислый А.И., Аэродинамика болидов, Москва, Наука-Физматлит, 1995, 236 с.
Финк Д., Маневренность - гордость СУ-35 // Aviation week & space technology (Еженедельник авиации и космической технологии). Издание на русском языке, McGraw-Hill, весна 1994 г., стр. 6 - 8.
Фаст В.Г., Статистический анализ параметров Тунгусского вывала //Проблема Тунгусского метеорита, Вып.2, Издательство Томского университета, Томск, 1967, стр. 40 - 61.
Фаст В.Г., Баранник А.П., Разин С.А., О поле направлений повала деревьев в районе падения Тунгусского метеорита // Вопросы метеоритики, Издательство Томского университета, Томск, 1976, стр. 39 - 52.
Цынбал М.Н., Шнитке В.Э., Газовоздушная модель взрыва Тунгусской кометы // Космическое вещество и Земля, Наука. Сибирское отделение, Новосибирск, 1986, стр. 98 - 117.