АКУСТИЧЕСКИМ ЖУРНАЛ, 2014, том 60, № 2, с. 152-159
НЕЛИНЕЙНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ АКУСТИКА
УДК 596.551:510.5.35
ОЦЕНКА МОЩНОСТИ ВЗРЫВА ЧЕЛЯБИНСКОГО МЕТЕОРОИДА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ, СЕЙСМИЧЕСКИХ И ИНФРАЗВУКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
© 2014 г. В. М. Краснов*, Я. В. Дробжева*, Н. М. Салихов**, Б. Т. Жумабаев**, В. Б. Лазуркина***
*Российский государственный гидрометеорологический университет 195196Санкт-Петербург, просп. Малоохтинский 98 **Институт ионосферы Казахстан, 050020Алматы, Каменское плато ***Библиотека Российской Академии наук 199034 Санкт-Петербург, ВО, Биржевая линия 1 E-mail: ydrobzheva@mail.ru Поступила в редакцию 01.07.2013 г.
На основе модельных расчетов и результатов оптических, сейсмических и инфразвуковых наблюдений оценена мощность взрыва Челябинского метеороида. Определена мощность взрыва в 1—3 кт ТНТ.
Ключевые слова: взрыв метеороида, сейсмическая волна, световая вспышка, ударная волна. DOI: 10.7868/S0320791914020117
ВВЕДЕНИЕ
Оценка мощности взрывов небесных тел при их входе в атмосферу с точки зрения разрушительных последствий представляет несомненный интерес. Кроме того, наблюдение взрыва крупных небесных тел в атмосфере дает возможность проверить эффективность существующих систем контроля, и в этом плане Челябинский метеороид предоставил уникальную возможность. Целью настоящей работы является оценить мощность взрыва Челябинского метеороида и параметры ударной волны на основе комплексного анализа данных оптических, сейсмических и инфразвуковых наблюдений.
РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ, ИНФРАЗВУКОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ
Для оценки мощности взрыва по характеристикам ударных или инфразвуковых волн, прежде всего, необходимо знать место и время взрыва. В интернете и печати приводятся самые разные оценки этих параметров. Приведем данные наиболее авторитетных источников.
1. По данным ГУ МЧС России по Челябинской области, 15 февраля 2013 г. в 3:20 GMT в небе над городом был замечен объект, а через две минуты произошло три хлопка. Ударная волна кос-
нулась Челябинска и ближайших территорий, вследствие чего во многих домах выбиты стекла. 2. Европейское космическое агентство [1] предполагает, что метеороид вошел в атмосферу под углом 20° к горизонту со скоростью 64000 км/час (17.8 км/с) и взорвался над Челябинском около 3:20 GMT на высоте 15—25 км, мощность взрыва составила около 500 кт. Направление движения: с северо-востока на юго-запад.
3. По уточненным оценкам NASA [2] от 21 марта 2013 г., в 3:20:20 UTC метеороид вошел в земную атмосферу около Казахстанско-Российской границы. При падении через верхнюю атмосферу он перемещался на северо-запад в Россию. По мере полета в атмосфере, благодаря трению, скорость полета замедлялась и происходил его нагрев. Перед ним возникла ударная волна, в которой атмосферный газ оказался сильно сжат и разогрет. Воздействие части этой энергии привело к абляции и разрушению тела метеороида, что еще больше увеличило торможение тела атмосферой и увеличило абляцию. Тело разрушилось, когда разность давлений на фронте и на противоположной стороне тела метеороида превысила порог прочности. Это разрушение (взрыв) сопровождался вспышкой яркости излучения в течение 5 с. Максимум яркости наблюдался в 03:20:33 UTC на высоте 23.3 км южнее города Челябинска. Примерный эффективный диаметр метеороида равен 18 м, а его масса 11000 тонн. Общая выделенная энергия эквивалентна 440 кт тринитротолуола
(ТНТ). При этом отмечается, что оценки выделенной энергии, диаметра и массы выполнены приблизительно. Расчеты проведены на основе оптических наблюдений яркости болида с помощью пространственно разнесенной аппаратуры, установленной на геостационарных спутниках, и эмпирической формулы, связывающей яркость болида с выделившейся энергией, по методике, описанной в [3]. При этом указаны координаты 54.8° N, 61.1° E. Скорость движения метеороида во время взрыва составляла 18.6 км/с. Определены следующие компоненты скорости Vx = 12.8 км/с, Vy = —13.3 км/с, Vz = —2.4 км/с. Компоненты скорости даны в геоцентрической системе координат, связанной с Землей. Ось z направлена вдоль оси вращения Земли по направлению к астрономическому Северному полюсу, ось x лежит в плоскости земного экватора и направлена вдоль первого меридиана, а ось y образует правостороннюю систему координат.
4. По совместной оценке экспертов Института астрономии РАН (ИНАСАН) и Института динамики геосфер РАН от 5 марта 2013 г. [4], взрыв вошедшего в атмосферу тела произошел на высоте 23 км. Тело вошло в атмосферу под углом менее 20° к горизонту со скоростью ~18—20 км/с. До входа в атмосферу оно не было обнаружено никакими средствами наблюдений России и других стран, и все оценки размеров, а также энергии тела (100—500 кт ТНТ) получены косвенно — по результатам воздействия (взрыва). Подчеркивается, что все полученные на данный момент оценки параметров тела, вызвавшего Челябинское явление, являются предварительными и будут уточняться и пересматриваться по мере сбора информации и ее анализа.
5. Семнадцать инфразвуковых станций сети CTBTO зарегистрировали распространение акустических волн от взрыва Челябинского метеороида. Время взрыва на основе этих измерений определено как 3:22 GMT [5], что отличается почти на 1.5 мин от оценки времени взрыва, полученной NASA.
6. Наиболее близкими к месту взрыва метеороида (на расстояниях от 520 км до 1800 км) находились сейсмические и инфразвуковые станции Казахстанского Национального Центра данных. По их сообщению [6], датированному 25.02.2013 13:34:19, зарегистрировано колебание земной поверхности после взрыва метеороида, источник которого находился в точке с координатами 55.0229° N, 61.0922° E. Точное время начала сейсмического события 15.02.2013, t0 = 03:22:04 GMT, значения mb = 3.9, mpv = 3.5, K = 8.7. В то же время, по данным интерактивного сейсмического бюллетеня, сейсмическое событие произошло в 03:21:52.6 в точке с координатами 54.5503° N, 62.2593° E, К = 8.4. В последующем координаты сейсмического источника были уточнены. При использовании данных только казахстанских сейсмических станций по-
лучено: 54.7222 с.ш., 61.5721 в.д. С учетом данных казахстанских, одной российской (Арти) и киргизских станций — 54.8404 с.ш., 61.7699 в.д. При этом эллипс ошибок характеризуется областью 41 км на 17 км. Азимут большой оси 154°. Время удара о Землю по результатам сейсмической обработки = 03.21.55.7 (ошибка 4.8 с).
7. Национальный центр информации по землетрясениям геологической службы США определил координаты взрыва как 55.150° N 61.410° Е [7]. Время сейсмического источника определено приближенно: 03:20:26.0 иТС, тЬ = 4.0.
8. Российские сейсмические станции зафиксировали сопутствующее взрыву землетрясение с магнитудой 3.2 в районе с эпицентром 54.766 с.ш., 61.301 в.д, оценочное время события — 03:20:32.
9. Важным источником информации явились записи видеокамер Челябинска и окрестных населенных пунктов. Однако время регистрации событий по этим записям вызывает сомнения. В то же время, камера на привокзальной площади Челябинска зарегистрировала максимальную яркость вспышки так же, как и аппаратура спутника --3:20:33. Неоспоримым также является
факт — длительность вспышки света в течение нескольких секунд. К большому сожалению, среди многочисленных записей не удалось найти такую, на которой была бы зарегистрирована вспышка света и приход ударной волны на поверхность земли. Другими словами, на основе оптических записей невозможно сделать вывод о задержке распространения ударной волны от точки взрыва метеороида до земной поверхности.
На рис. 1 схематично показано расположение эпицентров источника сейсмических волн и взрыва в атмосфере по сообщению различных служб. Видно, что координаты события, определенные различными службами сейсмическим методом, имеют разброс в пределах ~ 90 км. Причиной этого могут быть ошибки определения координат. В частности, в [6] сообщается: "Обработка записей была непростой, так как колебания от болида были практически в то же время, что и колебания от далекого землетрясения из района о. Тонга в Тихом океане с магнитудой 6.0. Удалось уверенно выделить только группу поперечных и поверхностных волн".
ОЦЕНКА МОЩНОСТИ ВЗРЫВА
Знание времени взрыва и его высоты, а также времени возникновения сейсмического источника позволяет оценить время распространения волн с высоты к = 23.3 км вертикально вниз на земную поверхность. В частности, если за момент наиболее мощного взрыва принять момент наибольшей вспышки 3:20:33, то запаздывание по времени возникновения сейсмического источника равно: по первому сообщению Центра данных
Широта, град 51.2
55.0
54.8
54.6
54.4
Челябинск 1 2
3
Коркино 7
4 ' 5 9
О
8
О
60.8 61.2
61.6 62.0 62.4 Долгота, град
больше поперечных размеров тела метеороида и длины генерируемых акустических волн. Таким образом, можно считать, что источник излучения акустических волн является распределенным по пространству зарядом. Расчет времени распространения звуковой волны, независимо от параметров взрыва, проводится по формуле:
ta =
С dz
J Ф),
(1)
Рис. 1. Карта-схема расположения эпицентра землетрясения по сообщениям различных служб. Цифрами обозначено: 1 — координаты Челябинска; 2 — координаты эпицентра источника сейсмических волн по данным геологической службы США; 3 — координаты эпицентра источника сейсмических волн по данным Казахстанского Национального Центра данных, опубликованные 25.02.2013; 4 — координаты взрыва по данным NASA; 5 — координаты эпицентра по данным Российских сейсмических станций; 6 — координаты эпицентра источника сейсмических волн по данным интерактивного бюллетеня Казахстанского Национального Центра данных; 7 — координаты городского округа Коркино (54.950686 с.ш., 61.332201 в.д.); 8 — уточненные расчеты координат по данным казахстанских сейсмических станций; 9 — уточненные координаты по совместному анализу данных: казахстанских сейсмических станций, российской (Арти) и киргизких станций. Перекрестие показывает эллипс ошибок определения координат п. 9.
НЯЦ РК — ^ = 91 с, по данным интерактивного бюллетеня НЯЦ — 4 = 79 с, по уточн
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.