Физик и академик Российской академии космонавтики Иван Мурзинов о Тунгусском метеорите
Утром 30 июня 1908 года высоко в небе близ реки Подкаменная Тунгуска в Западной Сибири произошел грандиозный взрыв. Это явление вошло в историю естествознания как падение Тунгусского метеорита.
О своих исследованиях феномена Тунгусского метеорита в беседе с журналистом Николаем ДРОЖКИНЫМ рассказывает лауреат Государственной премии СССР, специалист в области газодинамики, теплообмена и теплозащиты летательных аппаратов, кандидат физико-математических наук, академик Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Иван МУРЗИНОВ.
– Иван Никитьевич, падение Тунгусского метеорита – событие более чем вековой давности, однако интерес к этой теме сохраняется и привлекает ученых самых разных специальностей. В чем дело?
– Проблема Тунгусского метеорита не случайно остается актуальной. Главная причина в том, что до сегодняшнего дня на многие вопросы нет ответа, хотя публикаций несметное количество. Примерно 30% исследователей считают, что это был метеорит астероидного происхождения, столько же говорят, что Земля встретилась с кометой, а еще 40% выдвигают самые разнообразные гипотезы, в том числе фантастические. К сожалению, пока нет единой точки зрения на это уникальное явление.
Но в последнее время появился еще один фактор. Во всем мире была осознана угрожающая человечеству опасность, связанная с падением на Землю космических тел, – разрушительные ударные волны, тепловое излучение, пожары, возмущения атмосферы, а с падением на Землю – сейсмические волны, кратерообразование, цунами…
Опасность многократно усиливается при падении космических тел в расположения АЭС, хранилищ радиоактивных отходов, гидросооружений, химических заводов и других объектов.
Сегодня принято считать, что столкновение Земли с космическим телом диаметром более 10 километров угрожает существованию человеческой цивилизации. Но и тела даметром в несколько десятков метров могут причинять большой урон. Напомню, что 15 февраля 2013 года в результате падения Челябинского метеорита диаметром около 20 метров ранено более 1600 человек, а материальный ущерб составил около миллиарда рублей.
Поэтому проблеме метеоритной безопасности уделяется серьезное внимание. Но, чтобы успешно противостоять метеорной опасности, надо хорошо понимать весь комплекс физических процессов, сопутствующих падению космических тел. Именно поэтому важно всестороннее исследование и изучение всех факторов уникальных по масштабам падений Тунгусского и Челябинского метеоритов.
– Напомните, пожалуйста, основные факты, связанные с Тунгусским феноменом.
– Начну с определений. Приняты такие термины: «метеороид», «метеор», «болид», «метеорит». Метеороид – малое космическое тело, вторгающееся в атмосферу Земли со скоростью от 11 до 73 километров в секунду. Метеор – явление вспышки и свечения метеороида в атмосфере. Исключительно яркие метеоры называют болидами. Метеорит – найденное на Земле упавшее космическое тело.
Так вот, утром 30 июня 1908 года на обширном пространстве над Восточной Сибирью наблюдался полет ослепительно-яркого болида и его грандиозный взрыв высоко в небе близ реки Подкаменная Тунгуска. В данном случае «взрыв» – это интенсивное выделение в атмосфере кинетической энергии метеороида вследствие его фрагментации и торможения осколков.
В результате взрыва, звук которого был слышен на расстоянии более 1000 километров от эпицентра, на площади более 2000 квадратных километров были сплошь повалены вековые деревья, а в пятне диаметром 20 километров бушевал лесной пожар.
Иван Мурзинов
Вызванное взрывной волной землетрясение магнитудой до 5 баллов отмечалось на площади свыше 3 миллионов квадратных километров, а воздушная ударная волна обогнула земной шар.
С полетом Тунгусского метеорита связан ряд аномальных явлений: локальная магнитная буря, зафиксированная почти за 1000 километров от эпицентра, в Иркутске; шипяще-свистящие звуки, слышимые одновременно с полетом метеорита, когда акустические и ударные волны еще не дошли до наблюдателя; в ночь с 30 июня на 1 июля 1908 года в Центральной Сибири, европейской части России и Западной Европе севернее линии Ташкент–Симферополь–Бордо, а по долготе от Атлантики до Красноярска темнота практически не наступала, высоко в небе наблюдались светящиеся облака.
Академик Российской академии медицинских наук Николай Васильев, который десятки лет проводил исследования по Тунгусскому метеориту, в своей монографии отмечал: «…сегодня можно с полной ответственностью утверждать, что космическое вещество, которое можно было бы гарантированно отождествить с веществом Тунгусского метеорита, пока не найдено».
И это одна из основных загадок Тунгусского метеорита, так как, по разным литературным источникам, его масса – около миллиона тонн! А то, что Тунгусский болид назван метеоритом, – лишь дань истории.
– А какие были организованы поиски и исследования Тунгусского метеорита?
– Пионером, энтузиастом и организатором поиска метеорита стал Леонид Алексеевич Кулик, ленинградский метеоритолог, автор многочисленных публикаций и руководитель экспедиций в 1927–1939 годах к месту катастрофы. Он впервые обнаружил и исследовал эпицентр взрыва, пятно повала и ожога деревьев, привлек внимание научной общественности к этой проблеме.
Первая послевоенная научная экспедиция к месту событий была организована в 1958 году Комитетом по метеоритам АН СССР, тогда же в Томске была создана «Комплексная самодеятельная экспедиция по изучению Тунгусского метеорита», которая позже стала ядром Комиссии по метеоритам и космической пыли Сибирского отделения Академии наук СССР.
Выдвинуто более сотни самых разнообразных теорий, гипотез, версий. Обзор их можно найти в монографии А.И. Войцеховского и В.А. Ромейко «Тунгусский метеорит», 2008 год. Но тунгусское явление так многогранно, что ни одна из гипотез не отвечает на все вопросы.
– В чем суть вашей гипотезы?
– Совсем коротко отправную точку гипотезы можно изложить одним предложением: не все метеороиды, входящие в атмосферу Земли, падают на ее поверхность. Некоторые из них – пролетные, то есть они, пронизывая атмосферу, снова улетают в космос. Пролетные траектории известны из наблюдений некоторых болидов.
Будет ли траектория пролетной или крупный метеороид упадет на Землю, определяется главным образом углом его входа в атмосферу на высоте 100 километров. Исследования показали, что существует критический угол в 9 градусов. При значениях больших все метеороиды будут падать на Землю. При значениях меньших в зависимости от баллистического коэффициента и скорости метеороида возможны траектории и пролетные, и пересекающиеся с поверхностью Земли.
После входа в атмосферу полет крупных метеороидов продолжается практически с постоянной скоростью до высот 30 километров, так как сопротивление разреженной верхней атмосферы мало. Но давление воздуха на лобовой поверхности быстро возрастает. Так, при скорости входа метеороида в атмосферу 20 километров в секунду это давление достигает 30 атмосфер на высоте 35 километров и 70 атмосфер – на высоте 30 км.
Исследования метеороидов показывают, что они обладают незначительной прочностью и при достижении пороговых значений давления разрушаются на множество осколков разного размера. Мелкие фракции метеороида имеют суммарно большее сопротивление и интенсивно тормозятся, отдавая свою кинетическую энергию воздуху. А явление высвобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий интервал времени есть взрыв.
Кинетическая энергия метеороида огромна. Так, при скорости метеороида 20 километров в секунду каждый килограмм его массы обладает энергией, эквивалентной 50 килограммов тротила. По разным литературным источникам, масса Тунгусского метеорита оценивается до 1 миллиона тонн, а мощность взрыва эквивалентна более 1000 атомных бомб, сброшенных на японские города Хиросима и Нагасаки.
– Что можно сказать о показаниях очевидцев Тунгусского явления? Позволяют ли они определить параметры траектории?
– В результате опросов, которые проводились с большим временным интервалом, собран огромный фактический материал, часто противоречивый, но другого нет. Приведем очень важную, по нашему мнению, выдержку из газеты «Сибирь» от 2 июля 1908 года: «…17 июля утром (старый стиль) в начале 9-го часа у нас наблюдалось какое-то необычное явление природы.
В селении Нижне-Карелинском крестьяне увидели на северо-западе довольно высоко над горизонтом какое-то чрезвычайно сильно (нельзя было смотреть) светящееся бело-голубоватым светом тело, двигавшееся в течение 10 минут сверху вниз. Тело представлялось в виде «трубы», то есть цилиндрическим… Небо было безоблачно, только невысоко над горизонтом в той же стороне, в которой наблюдалось светящееся тело, было заметно маленькое темное облачко.
Было жарко и сухо. Приблизившись к Земле (лесу), блестящее тело как бы расплылось, на месте же его образовался громадный клуб дыма и послышался чрезвычайно сильный стук, как бы от больших падающих камней или пушечной пальбы. Все постройки дрожали. В то же время из облачка стало вырываться пламя неопределенной формы. Все жители селения в паническом страхе сбежались на улицы…»
– И какую же информацию можно извлечь из этой заметки?
– Селение Нижне-Карелинское находится на расстоянии 465 километров от эпицентра взрыва. Значит, из-за кривизны поверхности Земли жители могли видеть только то, что находилось выше 17 километров над эпицентром. Они наблюдали явление взрыва и его последствия довольно высоко над горизонтом. Это опровергает принятую в литературе высоту взрыва в 7–10 километров.
Громадный клуб дыма говорит о том, что от излучения огненного облака загорелся лес. А упомянутое маленькое облачко – не что иное, как оставшиеся после взрыва части улетавшего Тунгусского метеорита. То есть он не перестал существовать, но улетел дальше!
– А как вы объясняете аномальные явления, связанных с полетом метеорита?
– В ночь с 30 июня на 1 июля 1908 года в Западной Сибири, европейской части России и Западной Европе ночная темнота практически не наступила, высоко в небе наблюдались светящиеся облака. Похожая ситуация возникала и после извержения вулкана Кракатау, когда в атмосферу было выброшено огромное количество пепла.
Конечно, высотный взрыв Тунгусского метеорита мог привести к основательному запылению верхних слоев атмосферы. Мелкие фракции ветром могло разнести за 15–20 часов на большие расстояния, но только не в Западную Европу, слишком далеко. Белая ночь после взрыва не наблюдалась в северо-восточной Сибири. Это дает основание полагать, что на больших высотах в северном полушарии господствовал северо-восточный ветер.
А теперь взглянем на гипотетическую траекторию полета метеорита (или его фрагментов) за эпицентром взрыва. Метеорит за считаные минуты достиг Атлантики, оставляя за собой пылевой шлейф и создавая условия для белой ночи на обширной территории Евразии.
По поводу белой ночи датский астроном Кооль уже 4 июля 1908 года, по горячим следам, писал: «…желательно было бы узнать, не появлялся в последнее время в Дании или где-нибудь в другом месте очень большой метеорит».
Остановимся еще на двух тунгусских аномалиях, не получивших пока однозначного объяснения.
Через несколько минут после пролета метеорита магнитометры в Иркутске (примерно в 900 километрах от эпицентра) зафиксировали локальную магнитную бурю, продолжавшуюся несколько часов. Магнитные бури возникают при резком изменении потока заряженных частиц к Земле от Солнца вследствие его вращения и нестационарных ядерных процессов в нем.
За летящим в атмосфере Тунгусским метеоритом образуется высокотемпературный след с исключительно большой плотностью заряженных частиц. Расчеты показывают, что поток этих частиц через сечения следа даже превосходит поток частиц от Солнца через площадь сечения Земли. Поэтому неудивительно, что Тунгусский метеорит вызвал локальную магнитную бурю. Кстати, локальные магнитные бури фиксируются при запусках ракет с полигона Байконур на расстоянии около 800 километров. Связано это с выбросом в атмосферу двигательной установкой ракеты большого количества заряженных частиц.
– Многие очевидцы отмечали, что Тунгусский метеорит был электрофонным…
– Так называют яркие болиды, издающие шипяще-свистящие звуки, слышимые одновременно с их полетом, когда акустические и ударные волны еще не могли дойти до наблюдателя. Такие явления были известны давно, но удовлетворительного объяснения этого феномена до сих пор нет. Одной из первых гипотез физики электрофонных болидов было предположение астронома И.С. Астаповича, согласно которому звук порождался истечением с земных предметов статического электричества, наведенного пролетом метеороида. Другие исследователи связывали это явление с электромагнитными возмущениями без четкого объяснения их связи со звуковыми волнами.
Электрофонными являются около трети всех болидов, наиболее ярких и долгоживущих. Такие болиды излучают значительную тепловую энергию, в основном в инфракрасном диапазоне длин волн, которая поглощается поверхностью Земли. Различные участки поверхности – лес, вода, поле – имеют отличающиеся физические характеристики и нагреваются до разных температур, передавая тепло приземному слою воздуха, что создает определенные перепады давления. Возникает ветер, создающий шипяще-свистящие звуки.
– Исходя из вышеизложенного и известных фактов, какой вам представляется картина тунгусского явления?
– Утром 30 июня 1908 года гигантский каменный метеороид астероидного происхождения вошел в атмосферу Земли со скоростью порядка 20 километров в секунду по очень пологой траектории. Угол его входа в атмосферу на высоте 100 километров находился в диапазоне 7–9 градусов.
Пролетев около 1000 километров, метеороид был разрушен высоким давлением и взорвался на высоте 30–40 километров. Радиационным излучением ядра взрыва подожжен лес. Ударными волнами осуществлен сплошной повал леса в пятне диаметром около 60 километров и вызвано землетрясение магнитудой до 5 баллов.
Мелкие осколки Тунгусского метеорита с характерным размером до 0,2 метра сгорели (испарились) в эпицентре взрыва. Осколки покрупнее, учитывая высоту взрыва и малый угол наклона траектории, улетели в тайгу на сотни и тысячи километров в соответствии с их баллистическими коэффициентами. Наиболее крупные фрагменты метеорита могли упасть в Атлантический океан и даже снова уйти в космос.
Засорение верхней атмосферы продуктами взрыва и движущимися вдоль траектории осколками привело к оптическим аномалиям на обширной территории Евразии. След метеорита с высоким уровнем заряженных частиц вызвал локальную магнитную бурю. Радиационное излучение и неравномерный нагрев приземного слоя воздуха сделали этот болид электрофонным.