АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2008, том 42, № 5, с. 397-417
УДК 523.682
АНАЛИЗ АТМОСФЕРНЫХ ТРАЕКТОРИЙ ДЛЯ ПАДЕНИЙ ПРЖИБРАМ, ЛОСТ СИТИ, ИННИСФРИ, НОЙШВАНШТАЙН
© 2008 г. М. И. Грицевич
Институт механики МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва Поступила в редакцию 10.12.2007 г.
До сих пор удалось найти всего лишь несколько метеоритов, полет которых в атмосфере успели зарегистрировать камеры специальных болидных сетей, поэтому более детальный анализ инструментально зафиксированных падений представляется весьма актуальным. Помимо качественных фотографических снимков движения в атмосфере для таких болидов достоверно известны значения плотности, а также форма частей метеорных тел, достигших поверхности Земли. В данной работе построены новые модели входа в атмосферу для болидов Иннисфри, Лост Сити и Пржибрам. Получены значения баллистического коэффициента и параметра уноса массы, обеспечивающие наилучшую аппроксимацию наблюдений светящегося участка траектории аналитическим решением уравнений метеорной физики. С учетом последних результатов численных экспериментов по сверхзвуковому обтеканию тел различных форм вычислена внеатмосферная масса тел, также получены динамические оценки массы в других точках траектории. В частности, значения оставшейся массы болидов в нижней части анализируемых траекторий хорошо согласуются с общей массой найденного метеоритного вещества во всех рассмотренных случаях. Кроме того, в работе предложена новая аналитическая формула для вычисления ускорений метеорных тел, позволяющая сравнить полученные теоретические зависимости скорости и высоты от времени с данными наблюдений.
PACS: 96.30.Za; 94.20.Xa
ВВЕДЕНИЕ
Метеориты, в зависимости от способа их обнаружения, делят на две группы: падения и находки. Падениями называют метеориты, наблюдавшиеся при падении и подобранные через некоторое время после него. Подавляющая часть метеоритов - это находки, т.е. метеориты, найденные случайно. Уникальные представители первой группы вызывают особый интерес в тех редких случаях, когда их движение в атмосфере было зафиксировано инструментально.
Впервые наблюдения с двух станций начали в Гарвардской обсерватории, США (Harvard Meteor Project) в 1936 г. и под руководством F.L. Whipple регулярно проводили до 1951 г. (Jacchia, Whipple, 1956). С 1951 г. аналогичная работа выполнялась в Чехословакии (Ceplecha, 1961), где 7 апреля 1959 г. камеры метеорного патруля Астрономического института Академии наук зафиксировали яркий болид Пржибрам (CZ 19590407). Экстраполяция наблюдаемого участка траектории на поверхность Земли привела к обнаружению четырех фрагментов метеоритного тела общей массой 5.8 кг. Атмосферная траектория и орбита в Солнечной системе этого метеорита были точно вычислены. После этого, специально для фотографической регистрации ярких метеоров, было решено создать сеть станций на среднем западе США. Работой системы, состоящей из 16 станций, руководила
Смитсониановская астрофизическая обсерватория (Мак-Кроски и др., 1978, 1979). За все время работы, с 1963 по 1975 г., Прерийная сеть зарегистрировала более 2700 базисных метеоров, из которых на поверхности Земли обнаружили только Лост Сити (PN 40590), полет которого был сфотографирован 3 января 1970 г.
Достаточно подробное описание Канадской сети MORP (Meteorite Observation and Recovery Project) дано в работе (Halliday и др., 1978). С 1971 по 1985 гг. шестьдесят камер, установленных на 12 станциях этой сети, следили за небом, собирая информацию о притоке метеорного вещества. Более тысячи ярких болидов были зарегистрированы с двух и более различных станций. Успех по обнаружению выпавших метеоритов с помощью существующих методов обработки данных пришелся на Канадскую наблюдательную сеть лишь при регистрации болида Иннисфри (MORP 285) 6 февраля 1977 г. - спустя 12 дней авторами (Halliday и др., 1977) был найден первый фрагмент метеорита. А между тем основной целью болидных сетей было снабжение точными данными об атмосферной траектории, благодаря которым вероятное место выпадения метеорита на поверхности может быть вычислено с большей достоверностью и гораздо быстрее, чем путем сбора и анализа показаний случайных очевидцев (Halliday и др., 1978).
(a)
Sternwarte Gahnberg
Рис. 1. Регистрация болидов в атмосфере Земли специальными фотографическими камерами: (а) - траектория болида Нойшванштайн, снимок австрийской станции ОаИпЬе^ Европейской сети; (б) - полет Ин-нисфри, сфотографированный МОЯР станцией в VegrevШe (Ыа1Шау и др., 1978).
Одновременно с Прерийной сетью США с 1963 г. развивалась Чешская болидная сеть, превратившаяся позже в Европейскую сеть из 43 станций на территориях Чехии, Словакии, Германии, Бельгии, Нидерландов, Австрии и Швейцарии. Сеть действует по настоящее время. Очень яркий болид (БК 060402) был сфотографирован камерами Европейской сети 6 апреля 2002 г. (рис. 1а). Спустя три месяца был обнаружен метеорит, получивший название Нойшванштайн (8ригпу и др., 2002, 2003). Таким образом, за все время это четвертый метеорит, полет которого в атмосфере Земли
успели запечатлеть специальные фотографические камеры.
Отметим, что несколько болидов, после которых также были найдены метеориты, были сняты видеокамерами случайных наблюдателей: Пикскилл, США, 1992 (Brown и др., 1994), Морав-ка, Чехия, 2000 (Borovicka и др., 2003), Вильябето де ла Пенья, Испания, 2004 (Llorca и др., 2005).
В настоящее время развивается спутниковая система наблюдений, оснащенная инфракрасными и оптическими датчиками, регистрирующими яркие вспышки в атмосфере. Серьезным недостатком этой системы является отсутствие динамических данных о движущихся болидах. Спутниковой сетью было отмечено падение метеоритов Сэнт Роберт, Канада, 1994 (Brown и др., 1996), Юанченг, Китай, 1997 (Wacker и др., 1998), Тэгиш Лэйк, Канада, 2000 (Brown и др., 2002), Парк Фо-рест, США, 2003 (Simon и др., 2004) и др. Болиды Моравка, Сэнт Роберт, Тэгиш Лэйк, Парк Фо-рест, кроме того, наблюдались большим количеством очевидцев. В табл. 1 приведена общая информация для 9 метеоритов, падения которых инструментально зафиксированы с достаточной для определения орбит точностью.
Существующие методы интерпретации фотографических наблюдений, примененные, в том числе, и к исследуемым здесь падениям, тоже можно условно разделить на две группы. К первой относятся фотометрические методы, использующие светимость болида. Наиболее популярен метод определения фотометрической начальной массы Mph по формуле:
>0
Mph = -f —¿dt, (1)
p jtV
>1
где I - светимость метеора, V - скорость, т - коэффициент эффективности излучения, а интеграл берется по всему видимому участку атмосферной траектории: от времени погасания tj до времени появления метеора t0. Одним из аргументов в пользу применимости формулы (1) считается качественное свойство метеорных спектров, состоящее в преобладании линий элементов, входящих в состав большинства метеоритов. Отсюда делается вывод, что преобладающий вклад в свечение метеора при его движении в атмосфере с большой скоростью дает излучение паров материала тела, возникающих вследствие испарения его поверхности. При этом игнорируются другие возможные источники излучения, в частности, излучение атмосферного газа ударного слоя около обтекаемого тела.
Формулы для вычисления коэффициентов эффективности излучения т базируются преимущественно на очень старых вычислениях (Öpik,
1933; 1955) с экспериментальной калибровкой для масс порядка 1 г (Ауеге и др., 1970), где по наблюдаемым кривым блеска искусственных метеоров из никеля и железа искали линейную зависимость т от V. С другой стороны, физически понятно, что коэффициент эффективности излучения должен существенно зависеть от нескольких других параметров - плотности атмосферы, размеров тела, его химического состава (в случае, когда вклад излучения паров материала тела ощутим) и др.
Поскольку запуск новых искусственных метеоров с заранее известной массой потребовал бы больших материальных затрат, в литературе по физике метеоров широкое распространение получила так называемая "калибровка" величины коэффициента эффективности излучения т. Так, при моделировании траекторий болида Иннисфри (На1Шау и др. 1978, 1981) было обнаружено, что величина т меняется вдоль траектории более чем на порядок, предположили существование возможной связи между значениями коэффициента эффективности излучения и массой тела и предложили некоторую новую, по сравнению с (Ауеге и др., 1970), формулу т = т (V, М). Также было обнаружено, что значения т являются большими, чем традиционно используемые при вычислении массы метеорного тела. Исследование величины т для Лост Сити (Сер1ееИа, 1996) снова дало противоречивый результат. В настоящее время при оценке массы фотометрическим методом популярны значения т, полученные на основе анализа данных наблюдений Прерийной и Европейской болидных сетей, калиброванных по падению метеорита Лост Сити (Сер1ееИа, 1996; Се-р1ееИа, ИеУеПе, 2005). В зависимости от скорости движения болида (V < 25.372 км/с, V > 25.372 км/с) предложены различные полуэмпирические формулы для вычисления т по величинам скорости, массы тела, а также плотности атмосферы, отнесенной к значению плотности атмосферы в точке максимальной яркости болида (Сер1ееИа, ИеУеПе, 2005).
В работах (Грицевич, Стулов, 2006; Грицевич, 20086) при помощи различных динамических подходов показано, что основная часть светящегося сектора траекторий крупных болидов находится в условиях обтекания в режиме сплошной среды, а условие свободно-молекулярного обтекания, необходимое для корректной интерпретации светимости, находится вне его пределов. Поэтому физико-механические параметры крупных болидов, полученные на основе вычисленной фотометрическим методом массы, крайне не надежны. Наглядным примером здесь служит исследуемый ниже болид Пржибрам. Наибольший найденный фрагмент, Луги, был приписан второй по яркости траектории, в результате чего полагали, что в области падения должен быть найден метеорит весом примерно 100 кг, соответствующий наиболее яркой траектории (Сер1ееИа, 1960). Вероятность
Таблица 1. Падения
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.