Гості з неба: наскільки небезпечні метеорити і чи варто їх боятися

Досі не відомо жодного підтвердженого випадку вбивства людини метеоритом. І разом з тим навіть невелике небесне тіло, що вторглося, до нашого нещастя, в атмосферу Землі, володіє колосальним руйнівним потенціалом, порівнянним з ядерними боєприпасами. Іноді, як показали недавні події, гості з неба здатні застати нас зненацька.

У 2018 році метеорит, пройшовши в небі над Хабаровськом, в буквальному сенсі перетворив на щебінь вершину гори. Та й болід, який пролетів над Челябінськом і наробив у прямому і переносному сенсі стільки шуму, вразив усіх своїм неймовірним світінням і ударною хвилею, яка кришила скло, виносила ворота і зривала облицювальні панелі зі стін. Про наслідки писалося багато, набагато менше говорилося про суть цього явища.

Щоб більш детально розібратися в процесах, що відбуваються з малими небесними тілами, що зустріли на своєму шляху планету Земля, «ПМ» звернулася до Інституту динаміки геосфер РАН, де давно займаються вивченням і математичним моделюванням руху метеороїдів, тобто небесних тіл, що входять в атмосферу Землі. І ось що нам вдалося дізнатися.

Вибиті з пояса

Тіла, подібні челябінському, походять з головного поясу астероїдів, який знаходиться між орбітами Марса і Юпітера. Це до Землі не так близько, але часом пояс астероїдів стрясають катаклізми: більш великі об'єкти в результаті зіткнень розпадаються на більш дрібні, і деякі з уламків переходять в розряд навколоземних космічних тіл - тепер їх орбіти перетинають орбіту нашої планети. Іноді небесні камені вибиваються з пояса обуреннями, викликаними великими планетами. Як показують дані траєкторії челябінського метеорита, він представляв так звану групу Аполлона - групу малих небесних тіл, що рухаються навколо Сонця еліптичними орбітами, які перетинають орбіту Землі, причому їх перигелій (тобто найближча відстань від Сонця) менше перигелія земної орбіти.

Оскільки мова йде найчастіше про уламки, ці об'єкти мають неправильну форму. Більшість з них складені з кам'яної породи, що носить назву «хондрит». Це ім'я дано їй через хондри - сферичні або еліптичні вкраплення діаметром близько 1 мм (рідше - більше), оточені уламковою або дрібнокристалічною матрицею. Хондрити бувають різних типів, але також серед метеороїдів зустрічаються екземпляри і з заліза. Цікаво, що металевих тіл менше, не більше 5% від загального числа, проте серед знайдених метеоритів і їх уламків залізо безумовно переважає. Причини прості: по-перше, хондрити візуально важковідважкі від звичайних земних каменів і виявити їх важко, а по-друге, залізо міцніше, і шансів прорватися через щільні шари атмосфери і не розлетітися на дрібні осколки біля залізного метеорита більше.

Немислимі швидкості

Доля метеороїду залежить не тільки від його розміру і фізико-хімічних властивостей його речовини, але і від швидкості входження в атмосферу, яка може варіюватися в досить великому діапазоні. Але в будь-якому випадку мова йде про надвисокі швидкості, що значно перевищують швидкість руху навіть не дозвукових літаків, а й орбітальних космічних апаратів. Середня швидкість входження в атмосферу - 19 км/с, однак, якщо метеороїд входить в контакт із Землею на курсах, близьких до зустрічного, швидкість може досягати і 50 км/с, тобто 180000 км/год. Найменшою швидкість входження в атмосферу виявиться тоді, коли Земля і мале небесне тіло будуть рухатися ніби на сусідніх орбітах, поруч один з одним, поки наша планета не притягне до себе метеороїд.

Чим вище швидкість входження небесного тіла в атмосферу, тим сильніше навантаження на нього, тим далі від Землі воно починає руйнуватися і тим вище ймовірність, що воно зруйнується, так і не долетівши до поверхні нашої планети. У Намібії в оточенні турботливо зробленої огорожі, що має форму маленького амфітеатру, лежить величезна металева брила, що складається на 84% з заліза, а також з нікелю і кобальту.

Важить брила 60 т, при цьому вона є найбільшим цільним шматком космічної речовини, коли-небудь знайденої на Землі. Метеорит впав на Землю близько 80000 років тому, не залишивши після падіння навіть кратера. Ймовірно, завдяки якомусь збігу обставин швидкість його падіння була мінімальна, оскільки порівнянний за масою і також металевий Сихоте-Алінський метеорит (1947 рік, Приморський край) розвалився на безліч шматків і при падінні створив ціле кратерне поле, а також величезну область розсіювання дрібних уламків, які в Уссурійській тайзі збирають досі.

Що ж там вибухає?

Ще до того як метеорит впаде на Землю, він може, як наочно показав челябінський випадок, бути вельми і вельми небезпечним. Вривається в атмосферу на гігантській швидкості небесне тіло генерує ударну хвилю, в якій повітря нагрівається до температур понад 10 000 градусів. Випромінювання ударно-нагрітого повітря викликає випаровування метеороїду. Завдяки цим процесам його огортає ореол іонізованого газу, що світиться, - плазми. За ударною хвилею утворюється зона високого тиску, який відчуває на міцність лобову частину метеорита. З боків тиск істотно нижчий. В результаті виниклого градієнта тисків метеорит з великою часткою ймовірності почне руйнуватися. Як саме це станеться - залежить від конкретних розмірів, форми та особливостей будови даного метеороїду: тріщин, виїмок, порожнин.

Важливо інше - при руйнуванні боліда збільшується площа його поперечного перерізу, що моментально призводить до зростання енерговиділення. Збільшується область газу, яку тіло захоплює, все більше кінетичної енергії перетворюється на теплову. Швидке зростання енерговиділення в обмеженій області простору за короткий час є не що інше, як вибух. Саме в момент руйнування різко посилюється світіння боліда (відбувається яскравий спалах). І стрибкоподібно зростає площа поверхні ударної хвилі і, відповідно, маса ударно-нагрітого повітря.

При вибуху конвенціонального або ядерного боєприпасу ударна хвиля має сферичну форму, але у випадку з метеоритом це, звичайно, не так. Коли мале небесне тіло входить в атмосферу, воно формує умовно конічну ударну хвилю (метеороїд при цьому знаходиться на вістрі конуса) - приблизно таку ж, як створюється перед носовою частиною надзвукового літального апарату.