5.1. Метеороиды, метеоры, метеориты
5.1. Метеороиды, метеоры, метеориты
Как отмечалось в предыдущих главах, в состав Солнечной системы, кроме восьми планет, их спутников, астероидов и комет, входит огромное количество мелких твердых тел различных размеров. Врываясь в атмосферу Земли с космическими скоростями, такие тела создают явления метеора — светящегося следа сгорающей в атмосфере метеорной частицы. Совокупность таких тел принято называть метеорным или метеороидным веществом. Размеры метеорных тел (метеороидов) находятся в широких пределах — от долей микрона до нескольких десятков метров. Наиболее яркие метеоры, звездная величина которых меньше звездной величины Венеры (-4m), называются болидами (рис. 5.1). Естественно, что при прочих равных условиях болиды образуются более массивными телами, чем просто метеоры. Очень слабые (телескопические) метеоры вызываются самыми мелкими телами. Оптическое излучение может вообще не наблюдаться, а регистрируется радиолокационное эхо от метеорного следа (радиометеор). Весь комплекс метеорных тел подразделяется на два класса: спорадические метеороидные (метеорные) тела и метеороидные (метеорные) рои, которые, проникая в атмосферу Земли, порождают соответственно метеоры и метеорные потоки.
Метеоры, которые наблюдаются каждую ночь и движутся по всевозможным направлениям, называются случайными или спорадическими. Радиантом спорадического метеора называется воображаемая точка пересечения направления его движения в атмосфере Земли с небесной сферой. Такой радиант достаточно надежно определяется из наблюдений одиночного метеора из двух различных пунктов. Спорадические метеоры в пространстве независимы друг от друга, поэтому их радианты в первом приближении достаточно равномерно покрывают всю небесную сферу. От спорадических отличаются метеоры, которые появляются в определенное время года и вызываются метеороидами, движущимися в пространстве целыми группами по почти параллельным траекториям. Такие метеоры принято называть поточными, а явление взаимодействия подобной группы метеороидов с атмосферой Земли — метеорным потоком.
Рис. 5.1. Падение болида Пикскилл (Peekskill fireball). Снимок получен S. Eichmiller (http://aquarid.physics.uwo.ca/?pbrown/Videos/peekskill.htm)
Метеорные потоки — одно из интереснейших явлений, наблюдаемых в атмосфере Земли. Они наблюдаются, когда Земля на своем пути пересекает движущееся скопление (рой) мелких метеороидов. Обычно через несколько дней она выходит из скопления. Толщину роя можно определить по времени наблюдаемости метеорного потока — она (толщина) характеризует длину пути, проходимого Землей сквозь рой. Например, поток Персеиды наблюдается в течение 10 дней и, следовательно, толщина роя достигает 26 млн км. Поэтому метеорные потоки, создавая весьма эффектные явления, дают значительно меньший вклад в общее число метеоров в земной атмосфере (поток метеорного вещества на Землю составляет примерно около 100 000 т в сутки), нежели вклад спорадических метеоров, активность которых в течение года не прекращается.
Видимые траектории метеоров потока, спроектированные на небесную сферу, пересекаются в некоторой малой окрестности, называемой радиантом метеорного потока (рис. 5.2). Порождающие метеорный поток метеорные тела являются элементами метеороидного роя и движутся в межпланетном пространстве по весьма схожим орбитам.
Рис. 5.2. Слева: вид траектории, спроектированной на небесную сферу и на карту. M — стрелка в центре — след метеора в атмосфере; A, B, C — наблюдатели на поверхности Земли, расположенные в одной плоскости с метеорным следом; полукруг — сечение небесной сферы этой плоскостью; стрелки на полукруге — видимые следы на небесной сфере для каждого из наблюдателей; P — полюс мира. Справа: к понятию «радиант потока»
Наблюдаются потоки, интенсивность которых из года в год слабо меняется, что свидетельствует о весьма равномерном распределении метеорных тел вдоль всей орбиты метеорного роя (Персеиды, Геминиды и др.). В других потоках метеорные тела сосредоточены в некоторой части орбиты, что создает определенную периодичность в интенсивности действия этих потоков (Леониды и Дракониды). Земля встречается с таким участком через определенное количество лет, и в такой момент обычно отмечается весьма высокая интенсивность метеорных потоков (до 1000 метеоров и более в час на одного наблюдателя). Наиболее сильные метеорные потоки называют метеорными ливнями или дождями (рис. 5.3). Широко известны метеорные дожди Леониды в 1833, 1866, 1966 гг., Андромедиды в 1872, 1885 гг., Дракониды в 1933, 1946, 1985 гг. и др. (рис. 5.4).
Метеорный дождь, произошедший в ноябре 1799 г., был подробно описан известным немецким ученым и путешественником А. Гумбольдтом, находившимся в это время в Южной Америке. После расспросов индейцев-старожилов он установил, что такие дожди наблюдались раз в 33–34 года. По предложению Гумбольта в ноябре 1833 г. было организовано массовое наблюдение этого потока — метеорного ливня Леониды, нашедшего свое отражение даже в искусстве, а 1833 г. считается годом рождения метеорной астрономии. В этих наблюдениях участвовал также профессор Йельского колледжа в НьюХейвене (США) Д. Олмстед, который и ввел понятие радианта метеорного потока как точки пересечения продолжений метеорных следов на небесной сфере. Он установил, что радиант метеорного дождя 1833 г. находится в созвездии Льва (Leo). С тех пор метеорные потоки называют по имени созвездия, в котором находится радиант метеорного потока.
По определению Международного астрономического союза (МАС), термин «метеороид» означает движущийся в межпланетном пространстве твердый объект, который по размеру значительно меньше астероида, но значительно больше атома. Для определенности будем считать, что массы метеороидов могут находиться в диапазоне от 10-18 до 108 г.
Метеороид, долетевший до поверхности Земли, называется метеоритом. Следует отметить, что несколько метеорных потоков с разными радиантами, наблюдающиеся в разное время года, могут иметь генетическую связь. Примером служит метеорный рой Квадрантиды. Подробное исследование эволюции орбиты этого роя показывает, что он имеет сложную форму и пересечение его с Землей, возможно, порождает и другие метеорные потоки, одним из которых является поток Аквариды, а другим — дневные Ариетиды. Данные о главных метеорных потоках приведены в табл. 5.1. На рис. 5.5 показаны орбиты некоторых из них.
Рис. 5.3. «Огненный дождь» у берегов Флориды 12 ноября 1799 г. [Клейн, 1898]
Рис. 5.4. Радианты метеорных потоков Леониды, Дракониды, Квандрантиды и Южные Тауриды
Помимо главных метеорных потоков выделяют также дополнительные метеорные потоки и так называемые малые метеорные рои. Количество метеоров, обнаруженных в малых метеорных роях, может составлять несколько единиц и, в общем, они могут рассматриваться как флуктуации спорадического фона.
На рис. 5.6 представлены распределения 184 радиантов наиболее крупных метеорных потоков, согласно данным IMO (Международной метеорной организации, http://www.imo.net/calendar/) и DMS (Голландского метеорного общества, http://www.dmsweb.org). Это наиболее достоверные и хорошо изученные радианты на сегодняшний день: для этих потоков известны все параметры, и именно на них ориентируется подавляющее большинство наблюдателей. В ряде случаев наблюдаемые характеристики этих потоков были получены на большом массиве визуальных и телевизионных наблюдений, хотя определение принадлежности наблюдавшихся метеоров к этим потокам имеет несколько субъективно-интуитивный характер. В частности, это касается отнесения существенной части метеоров, не отождествленных с потоками, к спорадическим. Поэтому даже крупные метеорные потоки требуют дополнительной проверки, которая возможна только благодаря круглогодичному мониторингу с нескольких пунктов наблюдений.
Таблица 5.1. Главные метеорные потоки
Для исследования потока метеороидов через околоземное пространство как с целью пополнения уже накопленных о них сведений, так и для поиска неизвестных прежде метеорных потоков в ИНАСАН проводится круглогодичный телевизионный мониторинг метеорных потоков. Одна из задач этого мониторинга сводится к построению Верифицированного каталога метеорных потоков (ВКМП), включающего в себя как крупные, так и малые метеорные потоки.
Радианты малых метеорных роев, а также радианты спорадических метеоров имеют при внимательном рассмотрении не совсем равномерное распределение по небесной сфере. Для спорадических метеоров существует шесть преимущественных направлений потока метеорного вещества на Землю. Это области, близкие к направлениям на Солнце и противоположное ему (гелийная и антигелийная точки). Два другие направления удалены от плоскости эклиптики на ±60°, а по эклиптической долготе расположены под прямым углом к направлению на Солнце в направлении апекса движения Земли по орбите. Эти компоненты называют северными и южными тороидальными направлениями. Еще два направления расположены симметрично относительно эклиптики на широтах около ±15° в направлении апекса движения Земли.
Рис. 5.5. Орбиты некоторых главных метеорных потоков (сплошные линии)
Рис. 5.6. Распределение радиантов метеорных потоков по небесной сфере. Указаны координатные диапазоны по прямому восхождению. Склонения меняются от –90°внизу (Южный полюс мира) до +90° вверху (Северный полюс мира)
Поскольку естественно предположить, что если распределение мелких частиц (массой в доли грамма), по которым были выделены эти шесть направлений, совпадает с распределением более крупных метеороидов (вплоть до метровых и декаметровых), то эти направления могут оказаться наиболее опасными с точки зрения падения крупных небесных тел на Землю. Если это так, то можно говорить о том, что проблема астероидной опасности есть некое подобие пушкинского сказочного «золотого петушка», указывающего направление приближающейся катастрофы. В общем, изучение распределений частиц в метеорных потоках и спорадическом фоне — насущная задача в проблеме астероидно-кометно-метеороидной опасности.
Рис. 5.7. Диаграмма наблюдения метеорных потоков по месяцам года. Номера соответствуют полной таблице потоков, представленной в работе [Куликова и др., 2008]
Для лучшей наглядности появления метеорных потоков в атмосфере Земли в течение календарного года данные наблюдений можно представить в виде диаграммы (рис. 5.7). Горизонтальная ось задает временну?ю шкалу появлений (периоды активности) потоков по месяцам года, вертикальная ось — гелиоцентрические скорости (км/с) метеороидов, создающих данный метеорный поток. Из диаграммы видно, что в течение всего календарного года атмосфера Земли бомбардируется круглосуточно космическими «пришельцами» в фазе мелких и супермелких метеороидов. Крайне малые временны?е отрезки календарного года, в которые атмосфера Земли наименее подвержена активному воздействию метеорных потоков, скорее всего, определяют лишь несовершенство наших знаний.
Метеоры — красивое природное зрелище. Но особо впечатляет явление болида (рис. 5.8.).
Рис. 5.8. Яркий болид. Фото получено на Чешской станции Европейской болидной сети 21 января 1999 г. (Picture courtesy of P. Spurny (Astronomical Institute, Ondrejov Observatory).)
При проникновении крупного метеороида (свыше 1 м в диаметре) в атмосферу Земли на высоту менее 50 км его полет может сопровождаться различными звуковыми явлениями. Сначала слышен резкий одиночный или многократный звук взрыва, как от ударных волн при переходе самолета на сверхзвуковую скорость. Затем доносится грохочущий звук, очень похожий на раскаты грома. Так как скорость звука в атмосфере конечна, то сначала слышен шум от ближайшей точки траектории болида, а затем от более дальних. Но звук доходит до наблюдателя обычно лишь через несколько минут после пролета метеорного тела. По времени задержки можно оценить расстояние до болида. Однако существуют болиды, которые производят звуки в виде свиста и шипения, слышимые одновременно с видимым полетом тела. Такие болиды с аномальными звуками, распространяющимися со скоростью света, по предложению П. Л. Драверта (1940 г.) были названы электрофонными. Предполагается, что это явление происходит из-за излучения яркими болидами электромагнитной энергии в области очень низких частот.
После пролета ярких метеоров нередко остаются газовые или ионизационные следы в виде серебристо-голубой полоски вдоль траектории полета. Длительность существования такого следа колеблется от нескольких секунд у обычных метеоров до нескольких десятков минут у болидов. Анализ следов показал, что интервал высот образования метеорных следов заключен в пределах 80–95 км. Пылевые метеорные следы образуются после пролетов ярких болидов, сопровождаемых выпадением метеоритов. Они видны благодаря отражению солнечного света и наблюдаются днем или в сумерках. Высоты их образования лежат от 40 км и ниже.
После того как образовался метеорный след, он начинает деформироваться и дрейфовать. Изучение метеорных следов и их дрейфа позволило обнаружить, что на высотах 80–100 км существуют ураганные ветры со скоростями, достигающими 70 м/с. Используя радиолокационные методы, удалось получить суточные и сезонные вариации скорости ветров в метеорной зоне. Обработка многолетних наблюдений показала, что средняя скорость ветров в метеорной зоне зависит от фазы цикла солнечной активности. Например, оказалось, что во время максимума солнечной активности преобладающая скорость ветра на широте 38,5° почти вдвое больше, чем во время минимума.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.