Как что-то настолько маленькое становится таким ярким? Здесь необходимо учесть два фактора. Первый вам может быть знаком: при сжатии воздух нагревается. Вспомните, каким горячим становится велосипедный насос после того, как вы накачали колеса, – сжимаемый внутри насоса воздух нагревается и передает тепло металлу. Вы можете даже обжечься, используя насос, если не будете осмотрительны. Чем сильнее сжимается газ, тем сильнее он разогревается. Второй фактор – это фантастическая скорость, с которой движутся метеороиды. Большинство прилетающих к нам имеют скорость от 15 км/с до 35 км/с, но некоторые мчатся на скорости до 95 км/с! Это гораздо, гораздо быстрее, чем выпущенная из винтовки пуля.
Когда объект, движущийся так быстро, входит в нашу атмосферу, его скорость преобразуется в энергию, которая, в свою очередь, передается окружающему объект воздуху. Проносясь сквозь верхние слои атмосферы, метеороид неистово врезается в воздух – камень, летящий со скоростью 50 Махов, будет очень сильно его сжимать. Воздух сдавливается так быстро и с таким высоким давлением, что температура его повышается до нескольких тысяч градусов, и он начинает светиться.
Легко представить, что весь этот горячий воздух похож на доменную печь. Метеороид, движущийся всего в нескольких сантиметрах за таким спрессованным воздухом, ощущает этот жар. Долго в таких условиях не продержаться, и, если камешек маленький, он обычно сгорает всего за несколько секунд. Яркая вспышка, светящийся след, остающийся пару мгновений на небе, и вот камешка уже нет, а его ничтожно малая масса прибавилась к массе Земли.
Пораженному наблюдателю кажется, что метеор промчался прямо у него над головой, но на самом деле все происходит на высоте не менее 80 км. Воздух на такой высоте очень разреженный, но тем не менее достаточно плотный, чтобы тормозить маленькие твердые частицы. Но что, если такая частица будет больше горошины, виноградины или арбуза? Что, если она будет размером, скажем, с диван, автомобиль или автобус?
С большими объектами дела обстоят совсем иначе. Если «камешек» насчитывает несколько метров в поперечнике, то вместо того, чтобы просто сгореть, такая глыба космического мусора сжимается давлением воздуха как в тисках – это давление может достигать 18 т/м
2
блинообразованиемСогласно определению, это взрыв.
Итак, метеороиды средних размеров взрываются в атмосфере. Повторюсь, обычно это происходит на довольно большой высоте, которая зависит от того, насколько метеороид прочный. Те, что состоят из металлов, способны выдерживать более сильные воздействия и проникать глубже в атмосферу, но, возможно, все равно взорвутся далеко от поверхности Земли. Энергия, выделяющаяся в этих процессах, впечатляет: камень диаметром всего 1 м может взорваться с мощностью, эквивалентной сотням тонн тринитротолуола. Собственно, из отчетов военных следует, что подобные взрывы попадающих в атмосферу крупных каменных тел они регистрируют в среднем один раз в месяц!
Если метеороиды взрываются в атмосфере на столь большой высоте, вы, наверное, думаете, что объекты таких размеров не несут для нас угрозы?
Ну, не совсем так. При определенных условиях летящий к земле камень, возможно, расколется, но некоторые куски могут пережить полет. Если до взрыва основная масса достаточно замедлится, тогда меньшие фрагменты могут замедлиться еще больше, не рассыпавшись в прах. Эти фрагменты могут добраться до поверхности. Металлические метеороиды имеют еще более прочное строение и также могут уцелеть, долетев прямиком до земли. Если им это удается и они врезаются в землю, их называют метеоритами[1].
Скорость удара о землю небольших метеороидов, уцелевших в атмосфере, обычно не слишком велика. Фактически их скорость полностью гасится воздухом, и они падают с так называемой конечной скоростью. Это как если бы их сбросили с высокого здания или воздушного шара, так что скорость их удара составляет, может быть, 160 км/ч или 300 км/ч. Да, страшно, но не очень.
Тем не менее желания оказаться на пути летящего так быстро камня не возникает. Сравните: скорость таких камней при ударе о землю выше, чем даже скорость подачи профессионального бейсболиста. В ноябре 1954 г. женщина по имени Энн Ходжес из Силакоги в Алабаме пострадала от удара метеорита. Он был довольно маленьким, размером с кирпич, и массой чуть больше 3,5 кг. Пробив крышу дома, он отскочил от деревянного корпуса радиоприемника и врезался в прилегшую вздремнуть на диван женщину, довольно бесцеремонно нарушив ее сон. Удар пришелся на руку и бок женщины. Она не умерла, но ее синяки были одними из самых ужасных в истории медицины.
Вполне возможно, это был самый ранний задокументированный случай ущерба собственности человека от падения метеорита. Но не последний. С появлением видеокамеры все больше и больше потрясающих метеоров стали неизбежно попадать в объектив.
2 октября 1992 г. метеороид размером со школьный автобус вошел в атмосферу Земли. Летя на северо-восток над территорией США, он превратился в огромный огненный шар, и его наблюдали тысячи людей – по счастливому совпадению это случилось в пятницу вечером в футбольный сезон, поэтому у многих были включены видеокамеры, и мы имеем прекрасные записи метеора. В стремительном полете камень раскололся, и один из фрагментов размером примерно с футбольный мяч упал на багажник автомобиля одной девушки в Пикскилле, штат Нью-Йорк, оставив в нем дыру, которая, и это неудивительно, выглядела, как если бы на машину с большой высоты упал камень. Можете представить, как сложно было владелице получить страховку за повреждение.
Несмотря на эти и другие истории, в конечном счете поверхность Земли большая, а метеориты маленькие. Шансы на то, что один из них попадет в кого-то, очень невелики, а шансы, что он кого-то убьет, еще меньше.
Все-таки большинство метеоритов маленькие. Но не все.
Поверхностный удар
30 июня 1908 г. в одном и том же месте в одно и то же время оказались Земля и довольно небольшой и непрочный камень.
Вероятно, этот камень имел 50 м или около того в поперечнике. Его орбита пересекала орбиту Земли, и со временем они неизбежно должны были встретиться в точке пересечения.
Он появился над Сибирью, в удаленном регионе около реки Подкаменная Тунгуска. В тот день он вошел в атмосферу Земли над Россией, двигаясь на северо-запад. Метеороид погружался все глубже в воздух, испытывая огромные нагрузки от увеличивающегося давления. Он раскололся на части, и каждая часть раскололась на части, и этот каскад разрушений передал огромную энергию окружающему воздуху. Объект взорвался, выделив от 3 до 20 мегатонн энергии: это «от 3 до 20 мегатонн» в тротиловом эквиваленте в сотни раз больше, чем бомба, сброшенная на Хиросиму 37 лет спустя.
Вспышку увидели сотни свидетелей (в Советском Союзе даже выпустили марку с ее изображением), а взрыв зарегистрировали сейсмографы, отслеживающие землетрясения. Людей сбивало с ног на расстоянии сотен километров.
Несмотря на то что это было поразительное событие и ажиотаж, который оно вызвало, на подготовку научной экспедиции ушли годы. Это невероятно труднодоступные места: зимой там, прямо скажем, практически не выжить (это же Сибирь), а летом район Тунгуски превращается в болото с полчищами комаров. В конце концов экспедиция добралась до места, и утомленным путникам открылась невиданная картина.
Приближаясь к зоне взрыва, участники экспедиции были поражены, увидев на сотнях квадратных километров деревья, разбросанные как зубочистки. Более того, стволы лежали параллельно друг другу. Идя по следу, ученые пришли на место, где все деревья были повалены радиально, как спицы велосипедного колеса. Еще интересней был тот факт, что в эпицентре взрыва деревья по-прежнему стояли, хотя и лишились всех ветвей и листьев. Сложно представить, что почувствовали люди, увидев такое жуткое зрелище.
Ударный кратер так никогда и не обнаружили, не нашли (пока) и каких-либо фрагментов, однозначно указывающих на метеорит. Он взорвался в нескольких километрах над поверхностью Земли и полностью испарился. А деревья повалило взрывной волной. Деревья в центре по-прежнему стояли, потому что взрывная волна обрушилась на них вертикально; чтобы повалить дерево, сила должна быть приложена сбоку. Воздушные взрывы при испытаниях ядерного оружия в 1950-х гг. и 1960-х гг. давали такую же картину.
Хотя из-за удаленности взрыва его было сложно изучать, это также означало, что погибло всего несколько человек. Если бы взрыв произошел над Москвой или Лондоном, в течение нескольких минут погибли бы миллионы, так что, несомненно, это очень серьезная угроза. Тем не менее непосредственное воздействие взрыва ограничилось только той местностью. Вероятно, на расстоянии нескольких десятков километров от него никто не пострадал.
Но ведь не все падающие объекты имеют всего 50 м в поперечнике… и не все удары локальны.
Докучливый астероид
Тогда – 65 млн лет назад – день у динозавров совсем не задался.
Вообще-то недавние находки свидетельствуют о том, что у них не задалась пара миллионов лет. Имеются свидетельства о том, что климат Земли изменялся и многие виды уже находились в упадке. Существует множество доказательств того, что по геологическим меркам огромное число видов действительно вымерло практически в одночасье. Сейчас уже считается научно доказанным, что причиной этого стало столкновение с астероидом диаметром полтора километра, и при таких размерах термин «метеороид» будет совершенно неподходящим.
Несомненно, судя по результатам, он должен был быть большим. Разум отказывается представить опустошительные последствия, когда скала размером больше Эвереста промчалась сквозь атмосферу и ударилась о землю на скорости 15 км/с. Только представьте: когда астероид коснулся земли, его противоположная сторона еще не погрузилась в нижние слои атмосферы.
Точное значение энергии удара определить сложно, но она должна была составлять сотни миллионов мегатонн – это гораздо, гораздо больше, чем при взрыве самой большой атомной бомбы в истории. По сути, даже если взорвать все существующее на Земле ядерное оружие одновременно, детонация от удара убийцы динозавров была бы в миллион раз мощнее… и вся сконцентрирована в одной точке.
У динозавров выдался очень, очень плохой день.
Массивный удар запустил цепочку жутких событий, каждое из которых привело к разрушениям невообразимых масштабов.
Стремительно несущийся к земле астероид должен был породить массивную ударную волну, раскаляющую атмосферу на много километров вокруг. Яркий, как Солнце, он поджигал все, над чем пролетал, еще до удара о землю. А если чему-то и повезло пережить тот страшный жар, оно ощутило бы на себе силу гигантской ударной волны от астероида, прорывающегося со сверхзвуковой скоростью сквозь воздух.
Из-за больших размеров астероид едва ли замедлил свой полет или потерял какую-либо массу перед ударом о землю. Сейчас ученым известно, что место падения находится около полуострова Юкатан в Мексике. Он упал в океан, что неудивительно, так как вода покрывает 71 % поверхности Земли. Огромная часть Мексиканского залива, должно быть, мгновенно испарилась, когда при ударе гигантская энергия полета астероида преобразовалась в тепло. Залив относительно неглубокий, поэтому вода не сильно замедлила бы астероид перед ударом о континентальный шельф. Только скальные породы смогли прервать этот полет, и оставшаяся энергия мгновенно преобразовалась в тепло.
В этот момент то, что еще мгновение назад казалось жутким сценарием, превращается в совершеннейший апокалипсис, потому что одновременно происходит несколько событий. При ударе о земную кору все те миллионы мегатонн энергии высвободились в виде взрыва – расплавленные скальные породы и превратившаяся в пар морская вода разлетелись во все стороны. Шлейф пара и скальных частиц взмыл в небо на несколько километров, яркий и раскаленный, как Солнце. Само столкновение породило огромную подземную ударную волну, поражающую все вокруг на сотни километров от места падения, по сравнению с которой меркнут любые природные землетрясения.
За сотрясением земли последовала воздушная ударная волна, звуковой удар эпических масштабов. Все живое в радиусе 1000 км, не погибшее при первичном ударе, наверняка оглохло от этого раската.
Но те, кто находился рядом с Мексиканским заливом, в любом случае долго не протянули бы. Упав в воду, астероид вытеснил огромный объем океана как за счет ударной волны, так и за счет простого испарения от тепла. В результате возникло цунами, но цунами грандиозных масштабов.
В декабре 2004 г. землетрясение вызвало цунами высотой в несколько метров, двигавшееся не быстрей автомобиля, но приведшее к гибели четверти миллиона человек. Цунами от удара астероида было высотой в сотни метров и двигалось со скоростью почти 1000 км/ч.
Через несколько минут ревущая гора из миллиардов тонн морской воды обрушилась на побережье Техаса, оставляя за собой безжизненное пространство. Цунами прошло на несколько километров вглубь материка, убивая все живое на своем пути, с неистовством, с которым не сравнятся никакие опустошения от торнадо, урагана или землетрясения.
Но на этом апокалипсис не закончился. При ударе астероид пробил дыру в земной коре. От мощного столкновения расплавленные скальные породы взлетели на воздух со скоростью несколько километров в секунду. На таких скоростях каменные обломки взмывали в небо, выходя из атмосферы по баллистическим траекториям, как межконтинентальные ракеты. Возвращаясь на землю, эти выброшенные камни раскалялись и загорались, повторяя исходное событие в меньших масштабах, но миллионы раз. Пылающие скальные породы обрушивались ливнем с неба на тысячи километров вокруг места падения, вызывая во всем мире лесные пожары, которые разгорались все больше, окутывая Землю плотным облаком черного дыма.
По сути, огнем была охвачена вся планета.
Тем временем в эпицентре само место падения представляло невиданную на Земле картину. В земной коре образовался кратер диаметром 300 км и глубиной 30 км, а температура в нем достигала более 3000 °C. Устремляющаяся в него вода мгновенно испарялась, приводя к еще большим разрушениям, если таковые вообще были возможны.
На Земле не осталось непострадавших уголков. Повсюду полыхали пожары. Огнем был охвачен весь мир, сквозь темнеющую атмосферу проникало очень мало солнечного света. Со временем Земля остыла так сильно, что наступил ледниковый период, во время которого вымерли даже невероятно стойкие растения и животные, пережившие исходную атаку.
Совершенно случайно астероид попал на Земле в место, богатое известняком и другими минералами. Ударная волна от столкновения (а также от повторного входа в атмосферу выброшенных взрывом камней) привела к образованию из этих веществ нитратов, которые затем в воздухе преобразовались в азотную кислоту, дождем пролившуюся на планетe. Кроме того, при ударе из самого астероида высвободились хлор и другие химические вещества; катапультированные в верхние слои атмосферы, они смогли разрушить озоновый слой. Это уничтожило не только растительную жизнь, но и водные организмы. Пищевая цепочка на всей планете прервалась на самом фундаментальном уровне, и, когда пламя пожаров наконец утихло, до 75 % всей жизни на Земле было уничтожено.