Челябинский суперболид: от первой секунды до семи лет

Помимо планет, астероидов и комет вокруг Солнца движется огромное количество метеороидов – твёрдых тел с характерным размером от 0.1 мм до нескольких десятков метров. Влетая в атмосферу планеты, метеороид разрушается и оставляет короткоживущий светящийся след – метеор, который ошибочно называется падающей звездой. Метеор, превосходящий по яркости Венеру, называется болидом. Выпавшие на поверхность планеты остатки метеороида, заметные невооружённым глазом, называются метеоритами, а микроскопические остатки – метеоритной пылью.

15 февраля 2013 года в 9 часов 20 минут по местному времени тысячи людей в Челябинской области и соседних регионах наблюдали очень яркий болид (суперболид). Болид возник в 09:20:20 (1-я секунда) как светящаяся точка на фоне утренней зари. За болидом тянулся дымный шлейф. Сначала болид разгорался плавно, затем стал вспыхивать и под конец разделился на несколько небольших болидов. Последний из них погас на 15-й секунде. Главная вспышка по яркости была сравнима с Солнцем (рис. 1а). Чем ярче была вспышка, тем дольше и сильнее светился шлейф на её месте (рис. 1б). На месте главной вспышки шлейф светился до 19-й секунды (рис. 1в).

В первые минуты после пролёта болида люди наблюдали расширение и закручивание его дымного шлейфа, но затем испытали звуковой удар. Он был похож на звук сильного взрыва, сопровождавшийся порывом ветра. Волна выбила стёкла и двери в 7320 зданиях, обрушила ветхую стену склада цинкового завода, повредила крышу стадиона «Уральская молния». После первой волны были слышны более слабые звуковые удары, а также звуки, подобные раскатам грома, что позволяет сравнить болид с очень длинной и мощной молнией.

Инфразвуковые волны от болида были зарегистрированы 20 станциями по всему миру. По характеристикам инфразвука и светового излучения болида оценена кинетическая энергия метеороида: 500±100 килотонн в тротиловом эквиваленте, что равно энергии нескольких десятков хиросимских атомных бомб. Скорость метеороида на входе в атмосферу составляла 19 км/c. По кинетической энергии и скорости метеороида оценена его масса: 11±2 тысячи тонн, что соответствует диаметру тела 19±1 м (шестиэтажный дом) при средней плотности 3.3 тонны в кубометре.

С большой вероятностью челябинский метеороид был обломком двухкилометрового околоземного астероида 86039 (1999 NC43) из группы Аполлонов. Откол мог произойти 1–2 тысячи лет назад в результате удара другого астероида. При вторжении в атмосферу Земли на высотах ниже 45 км из-за аэродинамических нагрузок челябинский метеороид стал раскалываться на куски, каждый кусок – на ещё меньшие куски и т. д. Раскаляясь в ударной волне до 20 тысяч градусов, воздух превращался в плазму, которая испаряла вещество с поверхности каждого куска, поэтому достигли земли и стали метеоритами лишь те части (фрагменты) метеороида, которые дольше всех «прятались» внутри.

Поле рассеяния фрагментов протянулось от п. Александровка (возле с. Еткуль) до оз. Чебаркуль на 80 км и достигало 7 км в ширину на участке между п. Александровка и Депутатский. Метеоритный град выпал на территории нескольких районов Челябинской области, поэтому вся совокупность упавших фрагментов была названа метеорит Челябинск (Chelyabinsk). Он относится к группе «каменные метеориты» и подгруппе «хондриты», поскольку в нём видны силикатные шарики – хондры. Самый большой фрагмент (найден в оз. Чебаркуль) оказался расколотым на три части. В Государственном историческом музее Южного Урала выставлен самый крупный из трёх осколков. При взвешивании 26 января 2016 г. его масса была 503 кг. Он занимает четвёртое место среди самых тяжёлых фрагментов каменных метеоритов после Jilin (1170 кг), Norton County (1070 кг) и Kunya-Urgench (800 кг).

Падение метеорита Челябинск 15 февраля 2013 г. стало научным испытанием и вызовом для нашей астрофизической группы, возглавляемой заслуженным работником высшей школы РФ, профессором Александром Дудоровым. Прежде мы лишь пересказывали студентам истории о падениях метеоритов, а теперь нам пришлось объяснять всему миру, что произошло в нашем регионе. Поэтому мы делали порядковые оценки, спорили о цифрах и доставали с полок литературу по метеоритной тематике.

Через несколько дней Александр Дудоров и Сергей Хайбрахманов вместе с Дмитрием Бадюковым, ведущим научным сотрудником Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, отправились под Еманжелинск в зону наиболее интенсивного метеоритного града, где нашли десятки фрагментов и опросили десятки местных жителей. На основе статистики исследователи предположили, что общая масса фрагментов может достигать ста тонн, чем обнадёжили поисковиков.

В ЧелГУ помимо астрофизиков профессиональный интерес к фрагментам метеорита Челябинск проявил декан физического факультета, специалист по магнитным материалам Сергей Таскаев (сегодня – ректор ЧелГУ). Оказывается, в метеоритах встречается сплав тетратэнит, состоящий из 50 % железа и 50 % никеля, из которого можно делать сверхсильные магниты, и материаловеды надеются выведать у природы секреты его изготовления. Добыв в снегу несколько метеоритов, Сергей Валерьевич отсканировал их на самом современном оборудовании, но заветный сплав не нашёл. А удача улыбнулась ему позже… Тем временем Александр Дудоров и специалист по прочности материалов, заведующий кафедрой общей физики Александр Майер построили математическую модель разрушения двадцатиметрового астероида, которая объяснила эволюцию свечения болида.

Иностранные специалисты добрались к местам падения челябинского метеорита лишь через несколько недель, поскольку не могли догадываться о таком событии и не готовили визы заранее. Из наиболее известных «охотников за метеоритами» к нам приехал Питер Дженнискенс – ведущий специалист Института проблем поиска инопланетного разума (SETI) при Исследовательском центре NASA. Вместе с ним в Челябинск прибыли старший научный сотрудник Института динамики геосфер Ольга Попова и ведущий научный сотрудник Института Астрономии РАН Вячеслав Емельяненко. Гости с помощью Александра Дудорова и Сергея Хайбрахманова объехали десяток районов Челябинской области, чтобы опросить местных жителей о звуковых, тепловых и оптических эффектах и о выбитых стёклах. По этим данным удалось построить карты избытка давления и повреждения зданий, что пригодилось в численных моделях вторжения космических тел в атмосферу Земли.

Опрос очевидцев показал, что зона выбитых стёкол протянулась в виде бабочки (рис. 2) от с. Бродокалмак до п. Искра поперёк траектории болида и от с. Архангельское до с. Большеникольское вдоль траектории. За медицинской помощью обратились 1613 жителей, получивших ушибы от падений и порезы от стёкол. В ходе интернет-опроса 85 очевидцев болида сообщили о заложенности в ушах, 41 – о болях в голове. Световое излучение болида вызвало покраснение кожи у 25 респондентов, неприятные ощущения в глазах – у 204.

27 марта 2013 г., когда мы уже перестали искать заметённые снегом метеориты, выпускник ЧелГУ и сотрудник NASA Николай Горькавый предложил новую цель – найти в снегу метеоритную пыль, пока она не уплыла с вешними водами. Оказалось, по спутниковым данным Николай Николаевич обнаружил, что огромный пылевой шлейф челябинского суперболида под действием ветра превратился в пылевой пояс над северным полушарием Земли. Метеоритная пыль нужна была для настройки математических моделей, и мы её нашли. Специально купив микроскоп, Николай Николаевич впервые в мире обнаружил, что некоторые пылинки связаны друг с другом минеральными нитями (рис. 3). Это значит, вещество метеорита Челябинск плавилось в атмосфере Земли неравномерно и вытягивалось воздушными потоками, подобно превращению брызг вулканической лавы в «Волосы Пеле». За открытие и исследование пылевого пояса Николай Горькавый, Александр Дудоров, Пол Ньюман, Дидье Раулт и Арлиндо да Сильва и получили престиж­ную научную премию имени Годдарда, которую вручают за «выдающиеся достижения» в области космических исследований.

Метеоритная пыль подарила физикам ещё одно открытие: Сергей Таскаев в ней нашёл углеродный кристалл (рис. 4). Сергей Валерьевич и его коллеги из Технического университета Дармштадта (ФРГ) и Национального университета Кёнгпук (Республика Корея) выяснили, что уникальный кристалл и ещё несколько его собратьев являются ранее неизвестной формой углерода, а также обосновали гипотезу, что такие кристаллы могли вырасти на лету в раскалённом облаке суперболида.

В 2013 году единичные научные труды по физике о ядерных авариях в Челябинской области сменились лавиной (до 100 штук в год) публикаций о метеорите «Челябинск». Статья Поповой и др. 2013 года в Science, соавторами которой были Александр Дудоров, Александр Майер и Сергей Хайбрахманов, стала одной из самых цитируемых публикаций по астрофизике и по числу ссылок (230) обогнала статьи в Nature о челябинском событии. Результаты наших трёхлетних исследований опубликованы в книге «Челябинский суперболид» под редакцией Николая Горькавого и Александра Дудорова в издательстве ЧелГУ в 2016 г. Её английский перевод Chelyabinsk superbolide под редакцией Николая Горькавого, Александра Дудорова и Сергея. Таскаева издан компанией Springer к семилетней годовщины падения метеорита.

Наша работа по метеоритной тематике продолжается. Сергей Замоздра разрабатывает численную модель взаимодействия астероидов, составляющих двойную систему. Обрабатываются результаты нейтронного просвечивания нашего метеорита в Объединённом институте ядерных исследований в г. Дубна. Александр Дудоров и Ольга Еретнова исследуют статистику падений метеоритов. Со времён челябинского метеорита более 40 новых метеоритов и 240 болидов с энергией от 70 тонн ТНТ вошли в международные базы данных. Наш суперболид уверенно занимает второе место после тунгусского. Таким образом, столкновение двадцатиметровой скалы с планетой Земля взбудоражило научную мысль планеты и обострило проблему защиты от опасных космических объектов.

Авторы материала: Александр Дудоров,

Сергей Замоздра,

Сергей Таскаев

Источник: m.vk.com