Всему виною электроны?
Итак, модель Кэя может объяснить природу звуков, издаваемых крупными метеорами и полярными сияниями. Однако в случае с малыми космическими объектами она не столь безупречна. В ноябре 1998 года астрономы со всего света съехались в Монголию, чтобы наблюдать довольно редкое явление – крупнейший метеорный поток Леониды. В течение двух ночей они зарегистрировали столько метеоров, сколько не увидеть и за четыре года в обычных условиях. За время наблюдений кое-кто расслышал и электрофонные "голоса" метеоров. А один "хлопок" даже удалось записать на пленку.
Все записи метеоров, сделанные ранее, содержали временную задержку между зрительным контактом и звуковым сигналом, похожим на помехи. Однако в данном конкретном случае ученым из Хорватии, сделавшим запись, удалось доказать, что ОНЧ-сигнал, регистрируемый радиоприемником, практически совпадает по времени со звуком, который улавливали микрофоны, и изображением, записанным на видео. Разница, во всяком случае, не превышала сотой доли секунды. Согласитесь, это более чем достаточно, чтобы отмести все обвинения в некорректности эксперимента.
Тем не менее, если верить теории Кэя, то шума не должно было быть вообще. Леониды – небольшие объекты, состоящие из пористого и хрупкого вещества. Масса – с горошину. И сгорают они задолго до того, как войдут в нижние слои атмосферы.
А ведь именно там, благодаря турбулентности плазмы метеорного хвоста, генерируются ОНЧ-волны. Выходит, что только гигантские метеоры, диаметром не менее одного метра, имеют шансы произвести электрофонный эффект.
"Яркость такого метеора должна быть весьма значительной, что никак не соответствует реальным наблюдениям, – полагает Дежан Винкович, астрофизик из Университета штата Кентукки, который сам вел наблюдения в Монголии. – Кроме того, Леониды издают короткие хлопки или щелчки. А по теории Кэя они должны продолжительно шипеть".
Разгадать загадку попытался Мартин Бич, астроном из Университета Регины (Канада). Он изучал шумы Леонид на протяжении последнего десятилетия и не так давно опубликовал статью, в которой дал объяснение странным хлопкам.
В модели, которую он разработал со своим коллегой Луиджи Фоскини, электромагнитный сигнал образуется внезапно, когда быстрый и легкий метеор разрывается на кусочки. Когда это происходит, поясняет Бич, ударная волна накрывает плазменный хвост. В плазме электроны и ионы имеют различную массу. Ударная волна относит более легкие электроны от медленных ионов.
"В результате отделения отрицательно заряженных электронов от положительных ионов образуется пространственный заряд, – объясняет Бич. – Такое положение не может быть стабильным, и заряды сразу возвращаются в исходное состояние. Электрическое поле существует непродолжительное время, однако успевает испустить ОНЧ-импульс, который, достигнув Земли, генерирует звук точно так же, как и сигнал от крупных метеоров…"
Кэй тем временем нашел связь между электрофонными болидами и… атомной бомбой. "По сути, ядерный взрыв – это быстро расширяющаяся плазма, которая сотрясает магнитное поле Земли, благодаря чему генерирует импульс электромагнитного излучения", – объясняет он.
Другие исследователи допускают, что и в том, и другом случае физические процессы могут быть схожими. "Однако, если эффект от атомного взрыва вполне объясним, то в случае с метеорами такой энергии просто взяться неоткуда", – говорят они.
Выходит, нужно признать, что, несмотря на очевидный прогресс, единой теории, которая объясняла бы все эти явления, все еще не существует. Исследователям не хватает данных для продолжения своих изысканий.
Электрофонный эффект
Чтобы собрать побольше сведений, Мартин Бич установил на территории Университета Регины видеокамеры и микрофоны, которые держат под пристальным контролем все небо. "Дальнейший успех будет зависеть от того, сможем ли мы получить надежные данные", – говорит он.
Винкович тоже не сидит сложа руки. В 2000 году ученый организовал глобальный форум под названием Global Electrophonic Fireball Survey для того, чтобы собрать максимум сведений о метеорных шумах со всего мира. Сейчас в его базе данных есть информация о десятках различных случаев. И теперь он рассчитывает подключить различные группы энтузиастов к исследованиям шумов.
А еще он всерьез рассчитывает на помощь искусственных метеоров. Ученый сообразил, что для этого нужно наблюдать за искусственными спутниками Земли, сгорающими в атмосфере. Они должны вести себя подобно метеорам. Удобство же наблюдений в том, что заранее известны не только размеры объекта, его материал, но и время, когда тот или иной спутник начнет падать.
Подобного добра в космосе хватает. В марте 2001 года, например, свели с орбиты станцию "Мир". И при ее падении были зафиксированы какие-то шумы. Кроме этого существуют неподтвержденные данные, что при возвращении на Землю американские "челноки" тоже издают электрофонное потрескивание.
Колин Кэй, в свою очередь, уверен в истинности собственного объяснения электрофонического эффекта. "Думаю, что я открыл новое направление в науке", – гордо заявляет он.
Впрочем, оба ученых соглашаются, что их исследования не позволяют воссоздать полную картину электрофонного эффекта, сообщает журнал "New Scientist". Теория турбулентности плазмы Колина Кэя хорошо работает применительно к крупным метеорам. Модель же взрывов Мартина Бича объясняет эффект звучания легких тел.
Однако существуют сообщения очевидцев, которые ни та, ни другая теория самостоятельно объяснить не в состоянии. Вероятно, истина, как всегда, лежит посередине. Допустим, метеор из потока Леонид разрушается постепенно, а не разрывается на части мгновенно, что для него более типично. В этом случае эффект повторяющихся взрывов может иметь сходство с продолжительным звучанием, которое описывает модель Кэя.
Нашествие пришельцев
Суперболиды оставляют следы
История небесных камней на этом вовсе не заканчивается. Самые крупные из них называют теперь болидами и даже суперболидами. "По пути движения болида на небе остается след в виде дымной полосы, который из прямолинейного под влиянием воздушных течений довольно часто принимает зигзагообразную форму", – сухо констатирует энциклопедия. А потом добавляет, что ночью болид освещает местность на сотни километров вокруг. Когда же он упадет на землю, раздаются похожие на взрывы удары, вызываемые ударными волнами, которые иногда вызывают "значительное сотрясение грунта и зданий".
Обычный метеор на ночном небе возникает внезапно, быстро движется и выглядит как звезда, поэтому раньше метеоры называли "падающими звездами". Крупные метеоры, блеск которых превосходит блеск звезд, называются болидами, а очень яркие (и более редкие) болиды – суперболидами.
Остатки метеорных тел, порождающих суперболиды, могут выпадать на поверхность Земли в виде метеоритов. Падение очень крупных тел приводит к образованию кратеров.
Так пишут в своей статье о суперболидах доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией Института динамики геосфер РАН Иван Васильевич Немчинов и кандидат физико-математических наук, научный сотрудник того же института Ольга Петровна Попова.
Далее они указывают, что после падения таких небесных тел на поверхности Земли, как правило, образуются кратеры. Хорошо известны кратеры на Луне. А вот на нашей планете они заметны куда меньше. Во-первых, атмосфера защищает поверхность Земли от падения не слишком крупных тел, во-вторых, большая часть Земли покрыта морями и океанами, которые скрывают следы падения на своем дне. Наконец, в-третьих, на суше кратеры, особенно мелкие, быстро разрушаются из-за эрозии, а также зарастают деревьями и кустарниками.
Тем не менее на сегодняшний день обнаружено около 120 крупных кратеров диаметром от 1 до 100 км. Большинство из них расположено в геологически стабильных районах Северной Америки, Европы и Австралии.
Кратер Метеор в Аризоне диаметром 1,2 км и глубиной 120 м стал первым, про который ученые точно сказали, что он образовался в результате падения железного метеорита. А в 1920 году были найдены и его осколки.
Самый же крупный цельный метеорит был найден в 1920 году в Юго-Западной Африке. Его назвали Гоба по имени ближайшего к месту находки населенного пункта. А когда до него докопались и обмерили, то оказалось, что в нем около 60 т почти чистого железа!
Не при, тогда уцелеешь…
При полете через атмосферу метеорные тела, как правило, разрушаются. Так, на редкой видеозаписи болида Пикскилл можно увидеть до 70 фрагментов одновременно.
Разрушение происходит из-за того, что летящий на большой скорости метеорит (а она составляет десятки километров в секунду) словно бы натыкается грудью на довольно плотную преграду, какой является наша атмосфера. При торможении о воздух космическое тело сильно нагревается и может разрушиться на несколько крупных фрагментов, которые летят затем по отдельности. А может и раздробиться на облако мелких осколков, объединенных ударной волной и летящих как одно целое. Это облако затем быстро расширяется и тормозится во время полета, вызывая яркую вспышку излучения.
Интересно, что разрушение крупных метеорных тел происходит легче, чем мелких. Чем больше тело, тем больше в нем дефектов, возникших еще при образовании самого метеороида (так называется метеор, еще летящий в космосе) из родительского тела (астероида, планеты, Луны). Лишь некоторые осколки могут достичь Земли, большая же их часть сгорает в атмосфере.
Следует, однако, иметь в виду, что достигать поверхности могут иной раз и огромные метеорные тела (например, комета радиусом 100 м) при вертикальном вхождении в атмосферу.
Традиционный научный подход к описанию метеорных явлений сводится к решению системы уравнений, в которой учитывают торможение небесного тела, его разрушение и интенсивность излучения в зависимости от высоты. Так, в Институте динамики геосфер РАН была разработана модель разрушения и свечения метеорного тела, в которой учитывается как излучение паров вещества, так и ударной волны, возникающей перед телом. С помощью таких теоретических моделей и методик удалось, в частности, воспроизвести общую картину полета и разрушения Сихотэ-Алинского метеороида.
И вот что в итоге выяснилось…
Следствие в горах Сихотэ-Алиня
Утром, в 10.40 по местному времени, 12 февраля 1947 года по небу над отрогами Сихотэ-Алиня пронесся очень яркий болид. Вызвавший его метеороид разрушился во время полета и упал в тайге в виде железного дождя.
Три дня спустя летчики, облетая тайгу, увидели место падения, и им показалось, что это место подверглось бомбардировке. Через месяц сюда добралась группа геологов, которые описали более 30 кратеров диаметром от 7 до 28 м и глубиной до 6 м. Комитет по метеоритам отправил на место события полноценную экспедицию под руководством академика В. Г. Фесенкова всего два месяца спустя. Эта экспедиция и несколько последующих собрали около 27 т метеоритного вещества и опросили более 200 очевидцев.
Собранный уникальный научный материал используется до сих пор, в том числе и для оценки осознанной лишь недавно астероидной опасности. Показания очевидцев позволили астроному Н. Б. Дивари сделать ряд очень интересных выводов. Так, удалось определить направление и угол наклона траектории метеорита, оценить вероятные высоты, на которых произошло разрушение, а также размеры болида и следа.
Метеороид вошел в атмосферу с северо-северо-востока (азимут -14°) под углом примерно 43° к поверхности Земли. По словам очевидцев, он был очень ярким, "ярче Солнца", "резал глаза". Словом, выглядел так, "как будто кусок Солнца отломился и падал на Землю". Большинство свидетелей также показали, что он разрушался во время одной-двух взрывных вспышек. Какое-то время все фрагменты летели как одно целое ("один большой кусок… и возле него много маленьких, сверкающих, как звездочки"). Но в конце траектории падающий метеороид состоял из отдельных фрагментов и за каждым из них тянулся дымный след ("казалось, будто из чего-то поливают", "по форме напоминал метлу").
Информация, собранная по рассказам очевидцев, и анализ кратерного поля позволили оценить скорость исходного метеороида, определить его орбиту и высказать суждение о его происхождении, а также подсчитать его энергию разрушения. Исследователи оценили ее (12–42) х 10 мДж, что вполне сравнимо с энергией ядерного заряда. Болид был довольно прочным телом, имел начальную скорость 12–15 км/с, массу 200–400 т, а его разрушение, вероятно, происходило в два этапа: на высотах 22–28 и 10–16 км. Эти оценки удовлетворительно согласуются с числом и диаметрами наибольших из образовавшихся кратеров, а также с размером поля рассеяния.
Падение метеороида произошло ясным зимним днем. Однако в некоторых местах, по свидетельству очевидцев, в процессе падения перемещались тени. Это свидетельствует о большей интенсивности света от болида, нежели от Солнца. Это свидетельствует, в частности, и о том, что лишь около 1–3 % начальной энергии метеороида выделилось при ударе о Землю – основная часть была передана атмосфере.
"Таким образом, атмосфера защищает Землю даже от таких крупных тел, как Сихотэ-Алинский метеороид, – пишут И. В. Немчинов и О. П. Попова. – Но сумеет ли она уменьшить разрушительное действие еще более крупных тел, которые могут представить опасность, даже если не долетят до поверхности Земли? Метеорное тело, вызвавшее Тунгусское событие, разрушилось в воздухе, но ударная волна от взрыва вызвала полегание леса на большой территории. Если бы падение произошло над крупным городом, например над Москвой, Нью-Йорком или Лондоном, оно с неизбежностью вызвало бы разрушения и человеческие жертвы…"
Впрочем, о Тунгусском феномене мы с вами еще поговорим отдельно. А пока вот еще одно известие на эту тему.
В ночь на 25 сентября 2002 года жители таежного поселка Мама и города Бодайбо, что в Иркутской области, стали свидетелями странного происшествия. Сначала высоко в темном небе как будто взорвалась ракета. После этого в течение двух часов по небосводу словно бы расплескалось некое зарево.
Однако сейсмографы не зафиксировали каких-либо колебаний земной коры, что обычно бывает вследствие падения на нее тяжелых обломков. Да и окрестные ракетчики побожились, что никаких запусков, а тем более аварий у них не было.
И тогда странным случаем занялись сотрудники Института солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН. По словам директора института Гелия Жеребцова, скорее всего, в 64 км от Бодайбо и в 30 км от поселка Мама очевидцы наблюдали некое небесное тело, аналогичное тому, что летом 1908 года нарушило спокойствие обитателей тайги в районе реки Подкаменная Тунгуска.
Некоторые тогда полагали, что над тайгой взорвался инопланетный космический корабль. Нечто подобное предполагают и ныне. "Нас предупредили", – считает местный охотник Николай Переверзев. И добавляет, что те, кто пытался приблизиться к той сопке, на которую грохнулся загадочный снаряд, видели такое, что о том лучше не рассказывать…
Слухи, впрочем, ходят разные. Кто-то, вроде, видел загадочное голубоватое свечение, а кто-то даже "черных людей", которые бродили по тайге, а когда их окликали, проходили сквозь дерево и исчезали. А кто-то даже ощутил такой "неземной ужас", что долго не мог сдвинуться с места.
Ученые в россказни о пришельцах верить не торопятся. Обещают сначала разобраться в происшествии досконально…
Есть ли польза от спутников-шпионов?
Чтобы понять, откуда нам может грозить наибольшая опасность, а также для сбора информации о притоке метеорного вещества на Землю был создан ряд специальных станций наблюдения или болидных сетей в США, Канаде и Европе.
Однако в настоящее время болидная сеть осталась только в Европе, поскольку американцы посчитали эту затею практически бесполезной. И вот почему. Первоначально предполагалось, что оптическая регистрация болидов поможет в поиске упавших тел. Однако, по данным, поступившим с этих сетей, были найдены лишь три небольших метеорита (Пршибрам в Чехии в 1959 г., Лост-Сити в США в 1971 г. и Иннисфри в Канаде в 1978 г.). Позже наблюдались еще два болида, после которых также были найдены метеориты: Пикскилл, пролет которого был заснят на любительские видеокамеры (1992 г.), и Сент-Роберт (1994 г.).
Вот, собственно, и весь урожай. А потому большинство исследователей ныне в основном полагаются на добровольную помощь случайных свидетелей падения небесных тел, а также на наблюдения с помощью искусственных спутников Земли.
В особенности полезными в таких случаях оказались бывшие спутники-шпионы, первоначально предназначавшиеся для того, чтобы отслеживать по вспышкам запуски баллистических ракет. Установленная на них инфракрасная и оптическая аппаратура неоднократно регистрировала яркие вспышки в атмосфере Земли, вызванные суперболидами. Относительно большое число таких высокоорбитальных спутников позволяет контролировать большую часть земной поверхности и вести непрерывное наблюдение, независимо от погодных условий, за всей Землей. (Для сравнения следует отметить, что Европейская болидная сеть охватывает только 0,3 % земной поверхности.)
Инфракрасные датчики спутников регистрируют около 30 ярких вспышек в год. Поначалу, правда, не обходилось без путаницы: какие вспышки вызываются болидами, а какие – испытаниями в атмосфере ядерного оружия и ракет. Но вскоре эксперты научились хорошо отличать одно от другого, и лишней тревоги никто не поднимает.
Стань очевидцем
И все же неоценимую помощь в сборе информации о болидах играют очевидцы. Рассказ человека, своими глазами видевшего нечто, дает много больше, чем сухой отчет со спутника. Так, скажем большую часть данных о болиде, упавшем 9 октября 1997 года в районе г. Эль-Пасо (штат Техас, США), дали все-таки многочисленные очевидцы, а не спутники. Полет болида был также заснят любительскими видеокамерами и позволил по свежим следам отыскать несколько осколков этого небесного тела.
Еще одно событие, вызвавшее большой интерес астрономов, произошло 9 декабря 1997 года. Над огромной ледяной пустыней – Гренландией – ночью (05 ч 50 мин местного времени) пронесся довольно яркий болид. Однако поскольку Гренландия, особенно зимней ночью, почти безлюдна, то очевидцев оказалось немного – капитаны и матросы рыболовецких траулеров и люди, живущие на побережье. А потому и узнать удалось куда меньше.
Информация о таких крупных событиях имеет большую научную ценность, поэтому ее начинают сейчас собирать по всему миру. Существуют планы по организации сети наблюдений за суперболидами, главная цель которой состоит в том, чтобы с помощью добровольцев обеспечить тщательное изучение больших событий, происходящих во всех районах земного шара.
Вот вам несколько практических рекомендаций, что делать в том случае, если вы стали свидетелем подобного события. Прежде всего, стоит немного возгордиться собой. Оказывается, несмотря на то, что ежедневно в атмосфере Земли пролетает около сотни ярких болидов, увидеть его падение вблизи – очень редкая удача. Так как никому не известно, когда и где пролетит яркий болид или упадет метеорит, то не существует никакой специальной службы по их наблюдению. И главная надежда специалистов, занимающихся изучением метеоритов, на получение информации от населения.