Характеристика орбит метеоритов кратко

Обновлено: 07.07.2024

Орбиты метеоров и метеоритов

К настоящему времени советскими и зарубежными наблюдателями опубликовано несколько каталогов метеорных радиантов и орбит, насчитывающих по нескольку тысяч метеоров каждый. Так что материала для их статистического анализа более чем достаточно.

Один из важнейших результатов этого анализа состоит в том, что практически все метеорные тела принадлежат Солнечной системе, а не являются пришельцами из межзвездных просторов. Вот как это можно показать.

Если даже метеорное тело пришло к нам от самых границ Солнечной системы, его скорость относительно Солнца на расстоянии земной орбиты будет равна параболической скорости на этом расстоянии, которая в раз больше круговой. Земля движется с почти круговой скоростью 30 км/с, следовательно, параболическая скорость в районе земной орбиты равна 30 =42 км/с. Если даже метеорное тело летит навстречу Земле, его скорость относительно Земли будет равна 30+42=72 км/с. Это и есть верхний предел геоцентрической скорости метеоров.

Как же определяется ее нижний предел? Пусть метеорное тело движется недалеко от Земли по ее орбите с той же скоростью, что и Земля. Геоцентрическая скорость такого тела сперва будет близка к нулевой. Но постепенно под действием притяжения Земли частица начнет падать на Землю и разгонится до хорошо известной всем второй космической скорости 11,2 км/с. С этой скоростью она и войдет в атмосферу Земли. Это и есть нижний предел внеатмосферной скорости метеоров.

Труднее определять орбиты метеоритов. Мы уже говорили, что падения метеоритов — крайне редкие и притом непредсказуемые явления. Никто заранее не может сказать, когда и где упадет метеорит. Анализ показаний случайных очевидцев падения дает крайне низкую точность в определении радианта, а скорость определить таким образом и вовсе невозможно.

Но вот 7 апреля 1959 г. несколько станций службы метеоров Чехословакии сфотографировали яркий болид, завершившийся падением нескольких осколков метеорита Пршибрам. Атмосферная траектория и орбита в Солнечной системе этого метеорита были точно вычислены. Это событие воодушевило астрономов. В прериях США была организована сеть станций, оснащенных однотипными комплектами фотокамер, специально для съемки ярких болидов. Ее назвали Прерийной сетью. Другая сеть станций — Европейская — была развернута на территории Чехословакии, ГДР и ФРГ.

Прерийная сеть за 10 лет работы зафиксировала полет 2500 ярких болидов. Американские ученые рассчитывали, что, продолжая их траектории вниз, они смогут найти по крайней мере десятки выпавших метеоритов.

Их ожидания не оправдались. Только один (!) из 2500 болидов завершился 4 января 1970 г. падением метеорита Лост Сити. Спустя семь лет, когда Прерийная сеть уже не работала, с территории Канады был сфотографирован полет метеорита Инисфри. Это произошло 5 февраля 1977 г. Из европейских болидов ни один (после Пршибрама) не завершился выпадением метеорита. А между тем среди сфотографированных болидов многие были очень яркими, во много раз ярче полной Луны. Но метеориты после их пролета не выпали. Эта загадка получила свое разрешение в середине 70-х годов, о чем мы расскажем ниже.

Таким образом, наряду с многими тысячами орбит метеоров мы имеем только три (!) точных орбиты метеоритов. К ним можно добавить несколько десятков приближенных орбит, вычисленных И. С. Астаповичем, А. Н. Симоненко, В. И. Цветковым и другими астрономами на основании анализа показаний очевидцев.

При статистическом анализе элементов орбит метеоров приходится учитывать несколько избирательных факторов, приводящих к тому, что одни метеоры наблюдаются чаще других. Так, геометрический фактор P 1 определяет относительную замечаемость метеоров с различным зенитным расстоянием радианта. Для метеоров, регистрируемых радиолокатором (так называемых радиометеоров), имеет значение геометрия отражения радиоволн от ионно-электронного следа и диаграмма направленности антенны. Физический фактор Р 2 определяет зависимость замечаемости метеоров от скорости. Именно, как мы убедимся дальше, чем больше скорость метеороида, тем более яркий метеор будет наблюдаться. Яркость метеора, наблюдаемого визуально или регистрируемого фотографически, пропорциональна 4—5-й степени скорости. Это значит, например, что метеор, имеющий скорость 60 км/с, будет ярче метеора со скоростью 15 км/с (при равенстве масс порождающих их метеороидов) в 400—1000 раз. Для радиометеоров существует аналогичная зависимость интенсивности отраженного сигнала (радиояркости метеора) от скорости, хотя она и носит более сложный характер. Наконец, есть еще астрономический фактор Р 3 , смысл которого состоит в том, что встреча Земли с метеорными частицами, движущимися в Солнечной системе по разным орбитам, имеет различную вероятность.

После учета всех трех факторов можно строить распределение метеоров по элементам их орбит, исправленное за избирательные эффекты.

Общее число метеорных потоков гораздо больше. Так, в каталоге А. К. Терентьевой, составленном по фотографическим и лучшим визуальным наблюдениям до 1967 г., содержится 360 метеорных потоков. Из анализа 16 800 орбит радиометеоров В. Н. Лебединец, В. Н. Корпусов и А. К. Соснова выявили 715 метеорных потоков и ассоциаций (метеорная ассоциация — это группа метеорных орбит, генетическая близость которых установлена с меньшей достоверностью, чем в случае потока).

Для целого ряда метеорных потоков надежно установлено их генетическое родство с кометами. Так, орбита метеорного потока Леонид, наблюдающегося ежегодно в середине ноября, практически совпадает с орбитой кометы 1866 I. Один раз в 33 года наблюдаются эффектные метеорные дожди с радиантом в созвездии Льва. Наиболее интенсивные дожди наблюдались в 1799, 1832 и 1866 гг. Потом в течение двух периодов (1899—1900 и 1932— 1933 гг.) метеорных дождей не было. По-видимому, положение Земли в период ее встречи с потоком было неблагоприятно для наблюдений — она не прошла через самую плотную часть роя. Но 17 ноября 1966 г. метеорный дождь Леонид повторился. Его наблюдали астрономы США и зимовщики 14 советских полярных станций в Арктике, где была в это время полярная ночь (на основной территории СССР в это время был день). Численность метеоров достигала 100 000 в час, но метеорный дождь длился лишь 20 мин, в то время как в 1832 и 1866 гг. он продолжался несколько часов. Это можно объяснить двояко: либо рой состоит из отдельных сгустков-облаков различных размеров и Земля в разные годы проходит то через одни, то через другие облака, либо в 1966 г. Земля пересекла рой не по диаметру, а по малой хорде. Комета 1866 I также имеет период обращения в 33 года, что еще раз подтверждает ее роль кометы—прародительницы роя.

Сравнительно недавно образовался метеорный поток Дракониды, давший эффектные метеорные дожди 9— 10 октября 1933 и 1946 гг. Родоначальница этого потока — комета Джакобини—Циннера (1926 VI). Ее период 6,5 года, поэтому метеорные дожди наблюдались с интервалом 13 лет (два периода кометы почти точно соответствуют 13 оборотам Земли). Но ни в 1959, ни в 1972 г. метеорные дожди Драконид не наблюдались. В эти годы Земля проходила далеко от орбиты роя. На 1985 г. прогноз был более благоприятный. И действительно, вечером 8 октября на Дальнем Востоке наблюдался эффектный метеорный дождь, хотя и уступавший по численности и длительности дождю 1946 г. На большей части территории нашей страны в это время был день, но астрономы Душанбе и Казани наблюдали метеорный дождь с помощью радиолокационных установок.

Распавшаяся в 1846 г. на глазах у астрономов на две части комета Биэлы в 1872 г. уже не наблюдалась, зато астрономы стали свидетелями двух мощных метеорных дождей — в 1872 и 1885 гг. Этот поток получил название Андромедиды (по созвездию) или Биэлиды (по комете). К сожалению, в течение целого столетия он уже не повторялся, хотя период обращения этой кометы тоже равен 6,5 года. Комета Биэлы относится к числу утерянных — она не наблюдалась уже 130 лет. Скорее всего, она действительно распалась на части, дав начало метеорному потоку Андромедид.

Со знаменитой кометой Галлея связаны два метеорных потока: -Аквариды, наблюдающиеся в мае (радиант в Водолее), и Ориониды, наблюдающиеся в октябре (радиант в Орионе). Это значит, что орбита Земли пересекается с орбитой кометы не в одной точке, как у большинства комет, а в двух. В связи с приближением кометы Галлея к Солнцу и к Земле в начале 1986 г. внимание астрономов и любителей астрономии было привлечено к этим двум потокам. Наблюдения потока Акварид в мае 1986 г. в СССР подтвердили усиление его активности с преобладанием ярких метеоров.

Таким образом, из установленных связей метеорных потоков с кометами следует важный космогонический вывод: метеорные тела потоков — не что иное, как продукты разрушения комет. Что касается спорадических метеоров, то, скорее всего, это остатки распавшихся потоков. Ведь на траектории метеорных частиц сильно действует притяжение планет, особенно планет-гигантов группы Юпитера. Возмущения от планет приводят к диссипации, а затем и к полному распаду потока. Правда, этот процесс занимает тысячи, десятки и сотни тысяч лет, но он работает постоянно и неумолимо. Весь метеорный комплекс постепенно обновляется.

Обратимся к распределению метеорных орбит по значениям их элементов. Прежде всего отметим важный факт, что эти распределения различны для метеоров, регистрируемых фотоспособом (фотометеоров) и радиолокацией (радиометеоров). Причина этого заключается в том, что радиолокационный метод позволяет регистрировать гораздо более слабые метеоры, чем фотография, а, значит, данные этого метода относятся (после учета физического фактора) в среднем к гораздо более мелким телам, чем данные фотографического метода. Яркие метеоры, доступные фотографированию, соответствуют телам с массой более 0,1 г, тогда как радиометеоры, собранные в каталоге Б. Л. Кащеева, В. Н. Лебединца и М. Ф. Лагутина, соответствуют телам массой 10 -3 ~10 -4 г.

Анализ орбит метеоров этого каталога показал, что весь метеорный комплекс можно разделить на две составляющие: плоскую и сферическую. К сферической составляющей относятся орбиты с произвольными наклонами к эклиптике, с преобладанием орбит с большими эксцентриситетами и полуосями. К плоской составляющей относятся орбиты с небольшими наклонами ( i 35°), небольшими размерами ( а 5 а. е.) и довольно большими эксцентриситетами. В 1966 г. В. Н. Лебединец высказал гипотезу о том, что метеорные тела сферической составляющей образуются за счет распада долгопериодичееких комет, однако их орбиты сильно изменены под действием эффекта Пойнтинга—Робертсона.

Эффект этот заключается в следующем. На малые частицы весьма эффективно действует не только притяжение Солнца, но и световое давление. Почему световое давление действует именно на малые частицы, ясно из следующего. Давление солнечных лучей пропорционально площади поверхности частицы, или квадрату ее радиуса, тогда как притяжение Солнца — ее массе или в конечном счете ее объему, т. е. кубу радиуса. Отношение светового давления (точнее, сообщаемого им ускорения) к ускорению силы тяготения будет, таким образом, обратно пропорционально радиусу частицы и будет больше в случае малых частиц.

На основании анализа элементов орбит метеорных тел сферической составляющей В. Н. Лебединец разработал модель эволюции межпланетной пыли. Он подсчитал, что для поддержания равновесного состояния этой составляющей долгопериодические кометы должны ежегодно выбрасывать в среднем 10 15 г пыли. Это масса сравнительно небольшой кометы.

Что касается метеорных тел плоской составляющей, то они образуются, по-видимому, в результате распада короткопериодических комет. Однако не все пока здесь ясно. Типичные орбиты этих комет отличаются от орбит метеорных тел плоской составляющей (у комет большие перигелийные расстояния и меньшие эксцентриситеты), и их превращение невозможно объяснить эффектом Пойнтинга—Робертсона. Нам неизвестны кометы с такими орбитами, как у активных метеорных потоков Геминид, Ариетид, -Акварид и других. Между тем для пополнения плоской составляющей необходимо, чтобы раз в несколько сотен лет образовывалась одна новая комета с орбитой такого типа. Кометы эти, однако, крайне недолговечны (в основном из-за малых перигелийных расстояний и небольших периодов обращения), и, возможно, именно поэтому в поле нашего зрения пока не попала ни одна подобная комета.

Анализ орбит фотометеоров, выполненный американскими астрономами Ф. Уипплом, Р. Мак-Кроски и А. Позен, показал существенно иные результаты. Большинство крупных метеорных тел (с массами больше 1 г) движется по орбитам, сходным с орбитами короткопериодических комет ( а 5 а. е., i 35°, е> 0,7). Примерно 20% этих тел имеет орбиты, близкие к орбитам долгопериодических комет. По-видимому, каждая составляющая метеорных тел таких размеров является продуктом распада соответствующих комет. При переходе к более мелким телам (до 0,1 г) заметно увеличивается число орбит малых размеров (а 2 а. е.). Это согласуется с обнаруженным советскими учеными фактом преобладания таких орбит у радиометеоров плоской составляющей.

Обратимся теперь к орбитам метеоритов. Как уже говорилось, точные орбиты определены только для трех метеоритов. Их элементы приведены в табл. 1 ( v — скорость входа метеорита в атмосферу, q , q ' - расстояния от Солнца в перигелии и афелии).

Бросается в глаза близкое сходство орбит метеоритов Лост Сити и Инисфри и некоторое отличие от них орбиты метеорита Пршибрам. Но самое главное заключается в том, что все три метеорита в афелии пересекают так называемый пояс астероидов (малых планет), границы которого условно соответствуют расстояниям 2,0—4,2 а. е. Наклоны орбит у всех трех метеоритов малы в отличие от большинства мелких метеорных тел.

Но может быть это простое совпадение? Ведь три орбиты — слишком небольшой материал для статистики и каких-либо выводов. А. Н. Симоненко в 1975—1979 гг. изучила более 50 орбит метеоритов, определенных приближенным методом: радиант определялся по показаниям очевидцев, а скорость входа оценивалась по расположению радианта относительно апекса (Точка на небесной сфере, к которой в данный момент направлено движение Земли по ее орбите). Очевидно, что у встречных (быстрых) метеоритов радиант должен быть расположен недалеко от апекса, а у догоняющих (медленных) — вблизи противоположной апексу точки небесной сферы — антиапекса.

Частота появления.

Количество метеоров, которые может увидеть наблюдатель за определенный период времени, не постоянно. В хороших условиях, вдали от городских огней и при отсутствии яркого лунного света, наблюдатель может заметить 5–10 метеоров в час. У большинства метеоров свечение продолжается около секунды и выглядит слабее самых ярких звезд. После полуночи метеоры появляются чаще, поскольку наблюдатель в это время располагается на передней по ходу орбитального движения стороне Земли, на которую попадает больше частиц. Каждый наблюдатель может видеть метеоры в радиусе около 500 км вокруг себя. Всего же за сутки в атмосфере Земли возникают сотни миллионов метеоров. Полная масса влетающих в атмосферу частиц оценивается в тысячи тонн в сутки – ничтожная величина по сравнению с массой самой Земли. Измерения с космических аппаратов показывают, что за сутки на Землю попадает также около 100 т пылевых частиц, слишком мелких, чтобы вызывать появление видимых метеоров.

Наблюдение метеоров.

Визуальные наблюдения дают немало статистических данных о метеорах, но для точного определения их яркости, высоты и скорости полета необходимы специальные приборы. Уже около века астрономы используют камеры для фотографирования метеорных следов. Вращающаяся заслонка (обтюратор) перед объективом фотокамеры делает след метеора похожим на пунктирную линию, что помогает точно определять интервалы времени. Обычно с помощью этой заслонки делают от 5 до 60 экспозиций в секунду. Если два наблюдателя, разделенные расстоянием в десятки километров, одновременно фотографируют один и тот же метеор, то можно точно определить высоту полета частицы, длину ее следа и – по интервалам времени – скорость полета.

Начиная с 1940-х годов астрономы наблюдают метеоры с помощью радара. Сами космические частицы слишком малы, чтобы их зарегистрировать, но при полете в атмосфере они оставляют плазменный след, который отражает радиоволны. В отличие от фотографии радар эффективен не только ночью, но также днем и в облачную погоду. Радар замечает мелкие метеороиды, недоступные фотокамере. По фотографиям точнее определяется траектория полета, а радар позволяет точно измерять расстояние и скорость. См. РАДИОЛОКАЦИЯ; РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ.

Для наблюдения метеоров используют и телевизионную технику. Электронно-оптические преобразователи позволяют регистрировать слабые метеоры. Используются и камеры с ПЗС-матрицами. В 1992 при записи на видеокамеру спортивных соревнований был зафиксирован полет яркого болида, закончившийся падением метеорита.

Скорость и высота.

Высота, на которой метеор начинает светиться или отмечается радаром, зависит от скорости входа частицы. Для быстрых метеороидов эта высота может превышать 110 км, а полностью частица разрушается на высоте около 80 км. У медленных метеороидов это происходит ниже, где больше плотность воздуха. Метеоры, сравнимые по блеску с ярчайшими звездами, образуются частицами с массой в десятые доли грамма. Более крупные метеороиды обычно разрушаются дольше и достигают малых высот. Они существенно тормозятся из-за трения в атмосфере. Редкие частицы опускаются ниже 40 км. Если метеороид достигает высот 10–30 км, то его скорость становится менее 5 км/с, и он может упасть на поверхность в виде метеорита.

Орбиты.

Зная скорость метеороида и направление, с которого он подлетел к Земле, астроном может вычислить его орбиту до столкновения. Земля и метеороид сталкиваются в том случае, если их орбиты пересекаются и они одновременно оказываются в этой точке пересечения. Орбиты метеороидов бывают как почти круговыми, так и предельно эллиптичными, уходящими дальше планетных орбит.

Если метеороид приближается к Земле медленно, значит, он движется вокруг Солнца в том же направлении, что и Земля: против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса орбиты. Большинство орбит метеороидов выходит за пределы земной орбиты, и их плоскости наклонены к эклиптике не очень сильно. Падение почти всех метеоритов связано с метеороидами, имевшими скорости менее 25 км/с; их орбиты полностью лежат внутри орбиты Юпитера. Большую часть времени эти объекты проводят между орбитами Юпитера и Марса, в поясе малых планет – астероидов. Поэтому считается, что астероиды служат источником метеоритов. К сожалению, мы можем наблюдать только те метеороиды, которые пересекают орбиту Земли; очевидно, эта группа недостаточно полно представляет все малые тела Солнечной системы. См. также АСТЕРОИД.

У быстрых метеороидов орбиты более вытянуты и сильнее наклонены к эклиптике. Если метеороид подлетает со скоростью более 42 км/с, то он движется вокруг Солнца в направлении, противоположном направлению движения планет. Тот факт, что по таким орбитам движутся многие кометы, указывает, что эти метеороиды являются осколками комет. См. также КОМЕТА.

Метеорные потоки.

НЕКОТОРЫЕ МЕТЕОРНЫЕ ПОТОКИ

НЕКОТОРЫЕ МЕТЕОРНЫЕ ПОТОКИ
Поток	Дата максимума	Количество метеоров, отмечаемых одним наблюдателем за час	Продолжительность потока (сутки)
Квадрантиды	3 января	40	1
Лириды	21 апреля	10	2
Персеиды	11 августа	50	5
Ориониды	20 октября	20	8
Леониды	16 ноября	10	4
Геминиды	13 декабря	50	6

Астрономы выделили несколько десятков метеорных потоков, многие из которых демонстрируют ежегодную активность с продолжительностью от нескольких часов до нескольких недель. Большинство потоков названо по имени созвездия, в котором лежит их радиант, например, Персеиды, имеющие радиант в созвездии Персея, Геминиды – с радиантом в Близнецах.

После изумительного звездного дождя, вызванного потоком Леониды в 1833, В.Кларк и Д.Олмстед предположили, что он связан с определенной кометой. В начале 1867 К.Петерс, Д.Скиапарелли и Т.Оппольцер независимо доказали эту связь, установив схожесть орбит Кометы 1866 I (Комета Темпля – Тутля) и метеорного дождя Леониды 1866.

Метеорные потоки наблюдаются, когда Земля пересекает траекторию роя частиц, образовавшегося при разрушении кометы. Приближаясь к Солнцу, комета нагревается его лучами и теряет вещество. За несколько столетий под действием гравитационных возмущений от планет эти частицы образуют вытянутый рой вдоль орбиты кометы. Если Земля пересекает этот поток, мы ежегодно можем наблюдать звездный дождь, даже если сама комета в этот момент далеко от Земли. Поскольку частицы распределены вдоль орбиты неравномерно, интенсивность дождя год от года может меняться. Старые потоки настолько расширены, что Земля пересекает их несколько суток. В сечении некоторые потоки скорее напоминают ленту, чем шнур.

Возможность наблюдать поток зависит от направления прихода частиц к Земле. Если радиант расположен высоко на северном небе, то из южного полушария Земли поток не виден (и наоборот). Метеоры потока можно увидеть, только если радиант находится над горизонтом. Если же радиант попадает на дневное небо, то метеоры не видны, но их можно засечь радаром. Узкие потоки под влиянием планет, особенно Юпитера, могут изменять свои орбиты. Если при этом они больше не пересекают земную орбиту, то становятся ненаблюдаемыми.

Декабрьский поток Геминиды связан с остатками малой планеты или неактивного ядра старой кометы. Есть указания, что Земля сталкивается и с другими группами метеороидов, порожденных астероидами, но эти потоки очень слабы.

Болиды.

Метеоры, которые ярче самых ярких планет, часто называют болидами. Иногда наблюдаются болиды ярче полной луны и крайне редко такие, что вспыхивают ярче солнца. Болиды возникают от наиболее крупных метеороидов. Среди них много осколков астероидов, которые плотнее и крепче, чем фрагменты кометных ядер. Но все равно большинство астероидных метеороидов разрушается в плотных слоях атмосферы. Некоторые из них падают на поверхность в виде метеоритов. Из-за высокой яркости вспышки болиды кажутся значительно ближе, чем в действительности. Поэтому необходимо сопоставить наблюдения болидов из различных мест, прежде чем организовывать поиск метеоритов. Астрономы оценили, что ежедневно по всей Земле около 12 болидов заканчивается падением более чем килограммовых метеоритов.

Физические процессы.

Разрушение метеороида в атмосфере происходит путем абляции, т.е. высокотемпературного отщепления атомов с его поверхности под действием налетающих частиц воздуха. Остающийся за метеороидом горячий газовый след излучает свет, но не в результате химических реакций, а вследствие рекомбинации возбужденных ударами атомов. В спектрах метеоров видно множество ярких эмиссионных линий, среди которых преобладают линии железа, натрия, кальция, магния и кремния. Видны также линии атмосферного азота и кислорода. Определенный по спектру химический состав метеороидов согласуется с данными о кометах и астероидах, а также о межпланетной пыли, собранной в верхних слоях атмосферы.

Многие метеоры, особенно быстрые, оставляют за собой светящийся след, наблюдаемый секунду или две, а порой – значительно дольше. Когда падали крупные метеориты, след наблюдался несколько минут. Свечением атомов кислорода на высотах ок. 100 км можно объяснить следы длительностью не более секунды. Более долгие следы возникают из-за сложного взаимодействия метеороида с атомами и молекулами атмосферы. Пылевые частицы вдоль траектории болида могут образовать яркий след, если верхние слои атмосферы, где они рассеяны, освещены Солнцем, когда у наблюдателя внизу глубокие сумерки.

Скорости метеороидов гиперзвуковые. Когда метеороид достигает сравнительно плотных слоев атмосферы, возникает мощная ударная волна, и сильные звуки могут разноситься на десятки и более километров. Эти звуки напоминают раскаты грома или далекую канонаду. Из-за большого расстояния звук приходит на минуту или две позже появления болида. Несколько десятилетий астрономы спорили о реальности аномального звука, который некоторые наблюдатели слышали непосредственно в момент появления болида и описывали, как треск или свист. Исследования показали, что причиной звука являются возмущения электрического поля вблизи болида, под влиянием которых издают звук близкие к наблюдателю объекты – волосы, мех, деревья.

Метеоритная опасность.

Крупные метеороиды могут разрушать космические аппараты, а мелкие пылинки постоянно истачивают их поверхность. Удар даже небольшого метеороида может сообщить спутнику электрический заряд, который выведет из строя электронные системы. Риск в общем-то невелик, но все же запуски космических аппаратов иногда откладывают, если ожидается сильный метеорный поток.

Космос

На Землю периодически падают метеориты. Небесные объекты в большинстве случаев сгорают в атмосфере, но некоторым удается достигнуть поверхности, тем самым привлекая к себе большое количество внимания. Астрономы непрерывно отслеживают все приближающиеся объекты к Земле и собирают о них сведения.

Что такое метеорит

Метеорит – это космическое тело, не сгоревшее в атмосфере планеты и долетевшее до поверхности. Земля находится в постоянном движении, при этом, она периодически пересекает орбиты небольших твердых тел, в результате чего они падают прямо на ее поверхность. В то время, как космическое твердое тело движется в атмосфере Земли, его считают метеором, но когда его часть долетает до поверхности, она становится метеоритом.

Метеориты представляют собой твердые тела, достигающие всего нескольких метров в радиусе и отличающиеся от астероидов своими размерами. За все время существования Земли на ее поверхность упало огромное количество подобных тел. За первый миллиард лет формирования планеты падения метеоритов были особенно частыми. В современное время поток небесных тел стал значительно слабее, в основном он проявляется в виде пылевых частиц, которые быстро сгорают в атмосфере.

Внешние признаки

Метеорит с ярко выраженной корой плавления

Среди основных внешних признаков метеорита стоит отметить:

кору плавления;
регмаглипты;
магнитность.

Дополнительно эти космические тела имеют неправильную форму. Встретить округлый или конусообразный метеорит достаточно сложно. Поверхность представляет собой расплавленный и вновь затвердевший слой вещества метеорита. Этот процесс происходит во время его движения в атмосфере, где он нагревается до температуры примерно в 1800 градусов.

Углубления, которые характерны для поверхности метеорита, называются регмаглипты. Возникают они в результате абляционных процессов, во время движения тела через атмосферу. Магнитными свойствами обладают абсолютно все метеориты.

Что происходит при падении метеоритов на Землю

След от падения метеорита в Челябинске

Практически все космические тела имеют высокую скорость движения (при входе в атмосферу она может достигать 72 км/с). Воспламенение и свечение метеорита происходит из-за его трения о воздух. В большинстве случаев, такие твердые тела полностью сгорают до того момента, как столкнуться с поверхностью Земли. Если метеорит имеет крупные размеры, то постепенно его движение замедляется, а он сам остывает. Дальнейшее развитие событий будет зависеть от начальной развитой скорости, массы тела и угла входа в атмосферу.

Интересный факт: на других планетах можно отчетливо увидеть следы падения метеоритов самых разных размеров.

Метеориты имеют несколько названий и видов, а именно:

сидеролиты;
уранолиты;
аэролиты;
метеорные камни и пр.

Космические тела называются метеорными до того момента, пока не попадут в атмосферу. Их классификация производится по разным астрономическим признакам. Можно определить метеорит, астероид, космическую пыль и прочее. Если объект стремительно пролетает сквозь атмосферу, оставляя за собой яркий след, его можно называть метеором, либо же болидом. Твердое тело, которое падает на поверхность Земли и оставляет глубокий кратер, называется метеоритом. Таким телам дают имена, в зависимости от местности, куда они упали.

Фотография аэролита

Метеориты каменного вида разделяют на несколько подклассов – хондриты и ахондриты. Первые заслужили свое название за счет своего состава: содержат хондры, которые представляют собой силикатные образования. Ахондриты схожи с земными магматическими породами. Эти метеориты лишены хондр, состоят из вещества, образованного после плавления планетных тел. Дополнительно метеориты можно разделить на упавшие и найденные. Каменные разновидности тел могут так и остаться незамеченными, т.к. напоминают земные породы.

Из чего состоят

Поверхность метеорита после взятия образцов на анализ

Основное количество метеоритов представлено каменным видом. В большинстве случаев – это хондриты (процентное соотношение от всех случаев столкновения с поверхностью достигает 92,8%). Среди общего числа падений ахондриты составляют 7,3%, железные – 5,7%, железо-силикатные – 1,5%. Эти перечисленные виды метеоритов признаны дифференцированными. Это значит, что вещество, из которого состоит небесное тело, попало на него в связи со столкновениями с астероидами и прочими планетными объектами.

Интересный факт: не так давно считалось, что метеориты образуются в результате взрыва крупного небесного тела. За основу бралась гипотетическая планета Фаэтон. Однако, анализ показал, что метеориты созданы из разнообразных частей астероидов.

Виды метеоритов

Зачастую человек представляет себе метеорит в виде объекта из железа. Такие тела достаточно массивные, они имеют интересные формы, которые приобретают во время падения и плавления. Несмотря на то, что распространенная ассоциация связана именно с железом, в реальности существует три разновидности метеоритов.

Железный вид

Железный метеорит

Когда-то метеориты из железа были частью ядра планеты или же крупного астероида. Считается, что из последнего образовался Пояс Астероидов, расположенный между Юпитером и Марсом. На Земле такие материалы считаются одними из самых тяжелых, к тому же, они крепко притягиваются к магниту. Метеориты из железа в действительности гораздо массивнее обычных камней. Сравнить вес можно с пушечным ядром или со стальной плитой.

Состав железа в большинстве таких метеоритов достигает 95%, оставшиеся 5% – это никель и прочие микроэлементы. Такие небесные тела делятся на классы по структуре и химическому составу. Принадлежность к определенному типу происходит после изучения основных компонентов сплава – камасита и тэнита. Они имеют интересную и сложную структуру в виде решетки, которая хорошо просматривается в растворе азотной кислоты.

Каменный вид

Каменный метеорит

Одной из самых крупных групп метеоритов являются каменные. Их формирование происходит от астероида или внешней коры планеты. Большинство каменных небесных тел на Земле остаются неопознанными, т.к. имеют большое сходство с привычными для людей породами. Отличить земной материал от метеорита может только опытный человек. Небесное твердое тело отличается черным цветом, который оно приобретает в полете из-за горения.

Каменно-железный вид

Каменно-железный метеорит

Самым редким видом метеоритов является каменно-железный. От общей численности эти небесные тела составляют лишь 2%. Метеориты состоят в равной степени из камней и железа, дополнительно их делят на мезосидериты и палласиты. Каменно-железные небесные объекты были сформированы на границе мантии родительских тел или коры.

Среди частных коллекционеров самыми востребованными экземплярами являются палласиты. Состоят они из матрицы железа и никеля, которая заполнена оливином. Если кристаллы последнего вещества чистые и имеют зеленый оттенок, их расценивают как драгоценные камни – перодоты. Самой маленькой группой каменно-железных метеоритов являются мезосидериты. Такие объекты выглядят достаточно привлекательно, состоят из никеля и силикатов.

Чем метеорит отличается от метеора, болида, кометы и астероида

Фотография кометы NEOWISE

Нередко метеорит могут ошибочно назвать болидом, метеором или астероидом. Чтобы понимать классификацию космических тел, нужно изучить их характеристики.

Метеориты – небесные тела, которые смогли преодолеть атмосферу планеты и упасть на ее поверхность.
Метеоры – небольшие осколки космических тел, не превышающие размером несколько сантиметров. Эти частицы входят в атмосферу на большой скорости и ярко сгорают, имитируя падающую звезду.
Болид – это достаточно яркий метеор. За таким огненным шаром можно видеть след дыма. Полет космического тела сопровождается громким шумом, а завершается нередко взрывом.
Кометы – это тела, состоящие изо льда и газа, которые вращаются вокруг Солнца. Когда комета приближается к Солнцу, у нее появляется хвост, длина которого нередко достигает миллионов километров.
Астероиды – прочие инертные космические тела из камня. Большинство их орбит располагаются между Марсом и Юпитером, а их внешний пояс за орбитой Плутона.

Родительские тела метеоритов

Видманштеттеновы фигуры на срезе метеорита

После изучения химического и других составов метеоритов ученые сделали вывод, что они представляют собой осколки крупных объектов Солнечной системы. Радиус таких родительских тел составляет примерно 200 км. Самые крупнейшие астероиды имеют примерно такой размер. Итог анализа основан на времени остывания метеорита из железа, где получается несколько сплавов с никелем, образующих видманштеттеновы фигуры.

Подразумевается, что каменные метеориты были выбиты из небольших планет, которые не имеют атмосферы и покрыты кратерами, примерно как Луна. Однако, стоит отметить, что метеориты и образцы земного спутника существенно отличаются своим химическим составом. Отсюда можно сделать вывод, что метеориты не прибывали именно с Луны.

Интересный факт: на основе анализа фотографий полета метеоритов ученые сделали вывод, что они пришли из пояса астероидов.

Метеоритные дожди

Изображение метеоритного дождя

В атмосфере Земли метеорит начинает разрушаться. Множество осколков падает на планету, создавая кратеры. Такое явление принято называть метеоритным дождем, которое некоторые путают с метеорным. Разница заключается в том, что метеоры никогда не достигают поверхности Земли, а вот осколки метеорита могут приносить значительный урон.

Органика в составе метеоритов

Метеориты с углеродом в составе нередко покрыты тонкой коркой в виде стекла, которая образуется при воздействии высоких температур во время падения. Такое покрытие служит неплохой защитой от внешней среды и сохраняет состав небесного тела. Во время многолетних исследований химической структуры метеоритов было установлено, что в них содержатся элементы, очень схожие с теми, которые имеют земное происхождение. В качестве примера стоит привести карбоновую кислоту, углеводород, соединения азота. Говорить точно о том, что такие находки подтверждают наличие внеземной жизни нельзя.

Планета движется по орбите и периодически пересекает траекторию движения мелких твердых тел, которые падают на поверхность. Пока подобное тело находится в земной атмосфере, его называют метеором. После падения он становится метеоритом — диаметр может достигать нескольких метров. Сейчас до Земли они долетают только в виде пыли и крохотных частиц.

Общая информация

Долгое время наука не признавала никаких небесных камней. В конце XVIII века Парижская академия приняла постановления, которое считало теорию о метеоритах лженаучной.

Ученые изучили образец хондрита, но не смогли подтвердить его космическую природу.

В 1875 году в Африке в районе озера Чад упал метеорит. Его диаметр был десять метров, но информация о необычном объекте пришла в Великобританию с опозданием. Поэтому экспедиция была отправлена только спустя 15 лет. Ученые добрались до находки, но было уже поздно: тело уничтожили слоны, так как им нравилось точить бивни о камень. Воронка была размыта дождями.

Метеориты изучали российские академики:

В. И. Вернадский;
А. Е. Ферсман;
П. Л. Драверт и многие другие.

Существование небесных камней признали только в середине XIX века. В России создан специальный комитет при Академии наук, который занимается сбором и изучением метеоритов. В 2016 году был создан специальный аппарат, который позволил изучать внутреннюю структуру тела.

В литературе можно найти одно популярное определение метеорита — это твердое тело космического происхождения, которое упало на поверхность крупного небесного объекта. Его размер может быть от нескольких сантиметров до десятков метров. Крупные экземпляры не долетают до поверхности, сгорают в атмосфере и рассыпаются на разные осколки.

Твердое тело врывается в земную атмосферу со скоростью от 11 до 73 км/сек. Из-за трения начинается горение, поэтому поверхность достигает объект, который потерял в массе. Удар происходит на большой скорости и это позволяет выделяться энергий. Часть метеорита и окружающих его горных пород испаряются.

Процесс сопровождается сильным взрывом и образованием кратеров, размеры которых превышают параметры тела. Породы меняют структуру и состав. В случае небольшой скорости падения значительного выделения энергии не будет, поэтому размер кратера будет сопоставим небесному камню. Сам объект после такого может уцелеть и представлять интерес для ученых.

Прохождение твердых тел через атмосферу вызывает метеоритный дождь. При нем на поверхность падает множество мелких осколков. Не стоит путать это явление с метеорным дождем — он способен нанести значительный ущерб.

Основные классификации

В основе группировок лежат разные признаки. По доминирующему составу выделяют три группы — минеральные (каменные), металлические (железные, или сидериты), смешанные (железокаменные). Такое разделение применялось еще в XIX веке, но оно не имеет особого смысла.

Более ценное разделение по химическому составу. По этому критерию можно выделить множество видов метеоритов:

хондриты;
ахондриты;
железокаменные;
железные.

Каждая категория подразделяется на множество подгрупп. Подробное изучение разных типов небесных тел позволило выделить несколько признаков. Первый — это кора плавления, которая покрывает объект в виде тонкой скорлупы. Особенно хорошо ее видно на каменных разновидностях.

Второй признак — это то, как выглядит настоящий метеорит. На его поверхности можно обнаружить характерные ямки. Иногда под воздействием воздуха форма обтачивается и выглядит тело как снаряд.

Не каждый сможет назвать отличия метеорита от окаменелости. Бывает достаточно визуального осмотра — небесное тело черного цвета, выглядит опаленным, словно покрытым плотной пленкой или коркой. Но в большинстве случаев нужны специальные исследования.

Состав и происхождение

Благодаря тому, что были найдены образцы твердых тел, ученые получили материал для изучения. Не удалось обнаружить новых веществ в составе метеоритов. Чаще всего в них находят восемь компонентов — железо, никель, сера, магний, кремний, алюминий, кальций и кислород. Есть и другие вещества, но они находятся в очень малом количестве.

У железных небесных тел интересное строение. Поверхность полируют, делают блестящей, после чего травят слабым раствором кислоты. Сверху проступает необычный узор из полосок и каемок.

Если внимательно посмотреть на разлом каменного небесного тела, то можно заметить необычную структуру. На поверхности видны небольшие шарики — это части никелистого железа.

О происхождение метеоритов ученые спорят до сих пор. Считается, что это осколки больших твердых тел, которые когда-то существовали в Солнечной системе. На Земле неоднократно находили лунные и марсианские осколки. По всей видимости, Луна и Марс когда-то столкнулись с крупными небесными объектами. Метеориты этого вида самые дорогие — их стоимость на аукционах доходит до тысячи долларов за грамм.

Каменные метеориты встречаются чаще всего. Люди не всегда могут отличить их от обычных камней. Объекты, которые упали недавно отличаются красивой глянцевой поверхностью и они притягиваются к магниту. Иногда внутри находятся небольшие вкрапления — хондры. Они являются древнейшей известной материей и она очень ценная для изучения.

Некоторые факты

Ученые примерно подсчитали, что ежесуточно на Землю из космоса падает около 5 тонн небесных тел, за год это цифра составляет около 2000 тонн. Вес каждого экземпляра колеблется от нескольких грамм до сотен килограмм.

Самая большая воронка от падения находится в Антарктиде, кратер называется Земля Уилкса, его диаметр составляет 500 км. Ученые считают, что воронка образовалась больше 200 млн лет назад. Существует теория, которая связывает падение такого крупного объекта с пермско-триасовым вымиранием. Воронку обнаружили только в 1962 году.

Второй по величине кратер находится в Канаде. Самая древняя воронка была обнаружена в ЮАР, в ней был основан город Вредефорт. Предположительно тело упало 4 млрд лет назад.

Самый большой объект космического происхождения, который смогли обнаружить ученые — это метеорит Гоба. Он упал в Намибии 80 тысяч лет назад. Считается, что его масса составляла 90 тонн.

О метеоритах можно рассказать много интересных фактов. Например, каменные небесные тела имеют магнитные свойства — это объясняется тем, что в состав входит никелистое железо.

Подобные твердые тела могут представлять серьезную опасность. В 2013 году над Челябинском разрушится метеорит, и это вызвало серию ударных волн. Во многих здания выпали оконные рамы, разбились стекла, в отдельных местах пострадали входные двери. Нарушилась мобильная связь. Большинство осколков было найдено в районе Чебаркуля. Самый крупный фрагмент весил 654 кг.

Если бы такой метеорит ударился о поверхность — последствия взрыва были очень серьезными и гораздо разрушительными. Поэтому это событие стало известным на весь мир.

Разные специалисты изучали небесные тела. Академик А. Ю. Розанов искал остатки живых организмов в углистых хондритах. Результаты своих наблюдений он изложил в статьях.

В астрономии небесные тела активно изучаются. Ученые всего мира занимаются сбором твердых тел, которые тщательно описываются и хранятся. Материал используют для экспериментов и в качестве экспонатов в музее. Особо крупные экземпляры имеют собственное название.

Не всегда понятна разница между астероидами и метеоритами. Астероид — это каменная глыба неправильной формы, которая вращается на орбите между Марсом и Юпитером.

Сбор метеоритов может быть увлекательным делом для коллекционера. В литературе можно найти описания разных видов — эта информация позволяет сделать поиск интересным мероприятием. Например, после взрыва космического объекта над Чебаркулем, местные жители обнаружили большое количество мелких осколков. Материал скупили коллекционеры.

А теперь, чтобы понять всю сложность механики полета такого тела и ее неоднозначность, нам надо обратиться к астродинамике, и именно к ее инженерной части, которая существует более 60 лет.

Непременным условием попадания метеорита в Землю является непревышение прицельной дальности эффективного радиуса планеты, т.е. линия, по которой направлена входная планетоцентрическая скорость метеорита, должна проходить на таком расстоянии от Земли, чтобы искривление траектории могли привести к встрече. Причем эффективный радиус тем больше, чем меньше планетоцентрическая скорость входа в сферу действия Земли. Согласно работе [6 ], мы можем найти эффективный радиус Земли:

где К = 3,986032 10 3 гравитационный параметр Земли, R=6371 км - радиус Земли, - планетоцентрическая скорость метеорита.

Итак, для реальных скоростей мы имеем следующие значения эффективного радиуса.

Спорадические Тауриды Леониды

min =18 км/с =26км/с =57 km/ c
=7499,5 км =6934,8 км =6492,3 км
r- R=1128 км r- R=563 км r- R=121,3 км

Рассмотрим рис.6.1, из которого совершенно ясно, что пологая траектория падения возможна только при заходе тела с орбиты типа 3 и в любом случае попадание в сферу эффективного радиуса закончится падением на планету.

А теперь рассмотрим сферу гравитационного действия Земли. Планетоцентрическая траектория внутри сферы действия Земли - всегда гипербола, поэтому метеорит после входа в сферу действия должен покинуть ее, если не встретит атмосферу или планету (для нашей планеты сфера действия 0,93 млн. км). Могут сложиться условия, когда, потеряв часть скорости от торможения в атмосфере, метеорит превратится в спутник с большой эллиптической орбитой (рис.6.2). Завершив один оборот, он снова войдет в атмосферу, потеряв часть скорости, снова выйдет на эллиптическую орбиту, уже меньшего размера и несколько иначе расположенную. Апогей приблизится к Земле, перигей приблизится очень слабо, а большая ось орбиты повернется на некоторый угол. Большое количество эллипсов гасит гигантскую скорость первоначального входа в атмосферу. Помимо всего, метеорит - спутник будет подвержен прецессии плоскости орбиты (рис.6.3) и смещению восходящего узла за один виток (рис.6.4), что является следствием несферичности Земли.

Необходимо упомянуть читателю, что визуально спутник виден при прохождении линии разграничения дня и ночи, а таковыми у спутника могут быть всего несколько витков! [8]. И поэтому, если Тунгусский метеорит и вращался на вытянутых эллиптических орбитах, его никто бы и не увидел. В данной статье не рассматривается аэродинамика полета в плотной атмосфере, но необходимо указать на три вида входа с ближних к Земле орбит по Бекеру [5], рис.6.5. На рис.6.6 приведены три формы метеорита, которые дадут траектории согласно рис.6.5. При попадании высокоскоростного тела в эффективную сферу, траектории могут быть существенно сложней и подчиняется гиперзвуковой аэродинамике и значительно менять углы тангажа. В частности имеется описание падения одного из Алтайских метеоритов (1954 г.), где вертикальное падение обычного хондрита над самой Землей изменило траекторию по тангажу на 90°. Поэтому, исходя из характеристик пологих траектории падения, возникших после схода сильно эллиптических орбит, или при попадании скоростных метеоритов в эффективную сферу Земли, при которых от точки входа до падения десятки тысяч километров ничего нельзя сказать о первичной траектории тела. В данном случае конечная видимая часть траектории ничего не говорит о его орбите.

Ceplecha Z. Multiple fall of Pribram meteorites photographed, А stron.Inst. Czech Bull.l2p. 27-47,1961.
Me. Crosky R.E. Boeschenstein H. The Prairie Meteorite Network Smith Astrophys. Obc.Spec.Rept. № 173 23p, 1965.
Бронштэн В. Тунгусский метеорит М. А.Д.Сельянов,: 2000, с, 190-195.
Кринов Е.Л. Тунгусский метеорит. Изд. АН СССР, М.-Л., 1949, с. 32-33
Справочник по геофизике. Наука, М., 1965, с. 490-500.
Дашков А.А. Некоторые требования к системам коррекции межпланетных траекторий. Космические исследования, т.4, №5., 1966, с.28.
Ловелл. Б. Метеорная астрономия. Гос.изд. физ.мат.лит., 1958, с.181.
Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении. Наука, М., 1974, с.87.
Лох У. Динамика и термодинамика спуска в атмосфере планет. Мир, М., 1966,с.18.

Рис. 6.1. Падение метеорита на Землю
1 - атмосфера, 2 — эффективный радиус, 3 - падение метеорита по пологой траектории, имеющее минимальное тормозное ускорение

Рис.6.2. Падение метеорита по тормозным эллипсам

Рис. 6.3. Прецессия плоскости орбиты метеорита спутник

Рис. 6.4. Смещение восходящего узла за один виток

Рис.6.5. Траектория спуска в атмосфере с близкой к планете орбиты зависит от аэродинамических характеристик метеорита

Рис. 6.6. Форма метеоритов, дающих траектории согласно рис.5, (внешний вид и сечение) аэродинамического качества формы: а) - о; б) - до 0,5; в) - около

Читайте также: