АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, том 47, № 4, с. 262-277
УДК 523.6
АСТРОНОМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЧЕЛЯБИНСКОГО СОБЫТИЯ 15 ФЕВРАЛЯ 2013 г.
© 2013 г. В. В. Емельяненко1, О. П. Попова2, Н. Н. Чугай1, М. А. Шеляков1, Ю. В. Пахомов1, Б. М. Шустов1, В. В. Шувалов2, Е. Е. Бирюков3, Ю. С. Рыбнов2, М. Я. Маров4, Л. В. Рыхлова1, С. А. Нароенков1, А. П. Карташова1, В. А. Харламов2, И. А. Трубецкая2
Институт астрономии РАН, Москва 2Институт динамики геосфер РАН, Москва 3Южно-Уральский государственный университет, Челябинск 4Институт Геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, Москва Поступила в редакцию 01.04.2013 г.
Пронализированы разнообразные наблюдательные данные, включающие инфразвуковые, сейсмические, оптические (спутниковые) регистрации, а также наземные видеорегистрации, фотографии и свидетельские показания очевидцев Челябинского события 15 февраля 2013 г. Большой наблюдательный материал является основой для проведенных к настоящему времени исследований физических свойств объекта, результаты которых обсуждаются в работе. Построена кривая блеска, которая показывает множественность вспышек болида. Получены оценки энергии взрыва метеороида при его разрушении в атмосфере на высоте ~23 км с образованием мощной ударной волны (300—500 кт ТНТ). Показано, что диаметр объекта, соответствующий данному диапазону энергии, находится в пределах от 16 до 19 м. Приведены оценки траектории движения космического тела. Сделан предварительный вывод о принадлежности Челябинского метеорита к семейству астероидов Аполлона.
Б01: 10.7868/80320930X13040130
1. ВВЕДЕНИЕ
Общая картина Челябинского события хорошо установлена. Утром 15 февраля, примерно в 9:20 местного времени в районе г. Челябинска
(Россия) в атмосферу Земли под углом менее 20° к горизонту вошло космическое тело размером
16—19 м. Сближение с Землей объекта достаточно внушительных размеров прошло незамеченным всеми существующими средствами космического и наземного наблюдения за небесными телами. И только после его вторжения в атмосферу это событие стало явлением, привлекшим внимание всего человечества. При взаимодействии с атмосферой появилось сильное свечение (явление, называемое болидом). Через несколько секунд начался значительный рост яркости, максимальная вспышка имела место примерно через 11—12 с после появления метеора. По сообщениям очевидцев, в момент вспышки (взрыва) свечение было много ярче солнечного, ощущался жар. И до вспышки, и после нее в небе был хорошо виден след от болида. Через несколько минут (по данным видеорегистраций от 77 с до 3 мин и более, в зависимости от расстояния) пришла взрывная (ударная) волна. По сообщению МЧС, разрушения от взрывной волны были зафиксированы в Челябинске и 10 районах области. Самые боль-
шие разрушения имели место в Челябинске, Кор-кино, Копейске и поселке Роза. За медицинской помощью обратились более 1500 человек, госпитализировано около 100 человек. Большинство из них пострадало от выбитых стекол. Двое пострадавших были помещены в реанимацию. По числу пострадавших падение этого метеорита не имеет аналогов.
На большой территории было найдено множество мелких (не более 2 см) фрагментов метеорита, т.е. остатков небесного тела, долетевших до поверхности планеты. По первым сообщениям члена комитета РАН по метеоритам В.И. Грохов-ского, частицы вещества, найденные в первые дни после падения экспедицией Уральского федерального университета (УрФУ) в районе озера Чебаркуль, имеют метеоритную природу и относятся к классу обыкновенных хондритов. Последующие экспедиции, организованные ГЕОХИ РАН, УрФУ, ЧелГУ, ИНАСАН, тоже позволили собрать много образцов метеорита. Анализ, проведенный специалистами лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН, показал, что по химическому составу он принадлежит группе ЬЬ хондритов.
Представленная выше картина близка к классическому описанию входа крупных небесных тел в земную атмосферу. Вообще говоря, событие,
1E+5 1E+4 1000 100
-•—Observed NEA >
-k— LINEAR, Stuart and Binzel, 1994
Spacewatch, Rabinowitz et al., 2000 Y NEAT, Rabinowitz et al., 2000 + Terrestrial bolides, Brown et al., 2002>
1E-10
DP, km
0.0001 0.001 0.01 0.1
п
Н ~ 18 16 14 12 Рис. 1. Частота столкновения с Землей тел различных размеров.
100\ 1000
B
произошедшее в небе над Челябинском, — нередкое астрономическое явление. На рис. 1 (взят из работы (Ivanov, Hartmann, 2007)) показано распределение частоты P столкновений с Землей небесных тел размером D. Для диапазона размеров 1—30 м приведена аппроксимационная формула P = 8 х 10-8D-295 год-1, где D измеряется в километрах. Это означает, что для указанных выше размеров Челябинского метеороида частота столкновений оценивается как один раз в 60-100 лет соответственно.
Среди имеющихся данных о подобных событиях можно упомянуть болиды 3 августа 1963 г. (в районе островов Принца Эдуарда, Южная Африка) с оценкой энергии в 260-1000 кт ТНТ (Silber и др., 2009), болид Маршаловых островов (1 февраля 1994 г.) с оценкой энергии в 40 кт ТНТ (Попова, Немчинов, 2005) и недавний индонезийский болид (8 октября 2009 г.) с оценкой энергии в 50 кт ТНТ (Silber и др., 2011). На территории России последний раз похожее явление наблюдалось в 2002 г. (Витимский болид 24.09.2002 г., энергия около 2.4 кт ТНТ) (Адушкин и др., 2004). И все же Челябинское событие следует признать уникальным. Впервые в истории человечества столкновение с крупным небесным телом было столь детально задокументировано. Это позволило
провести всесторонний научный анализ произошедшего события. В данной работе представлены первые результаты такого анализа, выполненного экспертами из ряда академических институтов. Конечно, представленная работа не является исчерпывающей по всем направлениям исследований. Более глубокий анализ многих сторон явления еще предстоит провести. Тем не менее мы считаем, что для комплексного представления о Челябинском событии эта статья будет полезной для многих специалистов различного профиля и даже для продвинутых любителей.
В разделе 2 приводится описание наблюдательных данных, основанных на оптических, ин-фразвуковых и сейсмических регистрациях. В разделе 3 дано описание большого количества видео- и фотоматериалов, запечатлевших прохождение космического тела в атмосфере Земли. В разделе 4 обсуждаются разнообразные свидетельства очевидцев Челябинского явления. В разделе 5 описано построение кривой блеска Челябинского болида. Оценки энергии космического тела представлены в разделе 6. В разделе 7 даны предварительные результаты определения траектории и параметров объекта.
Рис. 2. Места, откуда были сделаны видеозаписи, запечатлевшие вспышку и момент прихода ударной волны.
2. ИНФРАЗВУКОВЫЕ, СЕЙСМИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ РЕГИСТРАЦИИ
Вход и разрушение крупных космических тел в атмосфере — это источник светового излучения, акустических, инфразвуковых и сейсмических возмущений. Основным источником возмущений атмосферы является ударная волна. Звуковые возмущения (20 Гц—20 кГц) в основном распространяются на небольшие расстояния, не превышающие 2—2.5 высоты разрушения болида (зона прямой слышимости). Инфразвуковые волны являются частью акустических волн в спектральном интервале между 20 Гц и выше предельной акустической частоты (3 х 10-3 Гц). Затухание инфразвуковых волн в атмосфере очень слабо, поэтому инфразвук, вызванный болидами (и другими источниками), может быть зарегистрирован на весьма больших расстояниях. Инфразвуковые возмущения распространяются в атмосферных волноводах, сформированных на различных высотах градиентами температуры, скорости и направления ветра, на расстояния, достигающие нескольких тысяч километров. Ударная волна, распространяющаяся вниз, достигая поверхности Земли, возбуждает сейсмические волны, которые регистрируются на расстояниях в сотни километров и более.
Событие 15.02.2013 г. (Челябинский болид) выделяется в ряду других входов метеороидов прежде всего наличием большой области разрушений (выбитые стекла, сорванные подвесные потолки, выломанные оконные петли и т.д.), но, кроме того, большим количеством разнообразных данных, в том числе инструментальных — огромным числом видео- и фоторегистраций, ре-
гистрацией излучения спутниковой системой наблюдения, большим числом зарегистрированных инфразвуковых и сейсмических сигналов, спутниковой и наземной регистрацией пылевого следа в атмосфере, наличием протяженного поля рассеяния метеоритов.
Излучение Челябинского болида было очень ярким, он относится к суперболидам, т.е. болидам ярче —17 зв. величины. Такие болиды регистрируются датчиками, расположенными на геостационарных спутниках Министерства обороны США (Та^аГегп и др., 1994). Эта спутниковая наблюдательная сеть предназначена для контроля за ядерными испытаниями, а наблюдения болидов — побочный продукт этой системы наблюдений. В среднем регистрируется около 30 световых вспышек на высотах 30—45 км в год на всем земном шаре. Длительность вспышек 1—3 с, энергия в излучении в среднем эквивалентна энергии порядка 0.01—1 кт ТНТ. Полные данные оптических наблюдений за 1994—1996 гг. (51 событие) были проанализированы в (№т1сЫтоу и др., 1997). Эти данные позволили оценить кинетическую энергию метеороидов, внедряющихся в атмосферу Земли (от 0.06 до 40 кт ТНТ). К сожалению, полная информация о событиях, регистрируемых со спутников, сейчас недоступна для независимого научного анализа. В некоторых случаях (Витим-ский болид, астероид 2008 ТС3) становилась доступна частичная информация. Для Челябинского события были опубликованы координаты места максимальной яркости (54.8° N 61.1° Е), соответствующая высота и скорость (23.3 км и 18.6 км/с), а чуть позднее и величина излученной
энергии (см. раздел 6) (http://neo.jpl.nasa.gov/ fireballs/). Координаты места максимальной яркости практически находятся на траектории Челябинского метеороида, определенной по нескольким видеозаписям (Borovicka и др., 2013).
Среди доступных для анализа данных спутниковой системы наблюдений максимальная кинетическая энергия метеороида составляла около ~40 кт (Попова, Немчинов, 2005), что заметно меньше большин
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.