Частицы которые сгорают в атмосфере. Метеоры, метеориты и болиды

При входе метеороидного тела в земную атмосферу происходит много интересных явлений, о которых мы только упомянем. Скорость любого космического тела всегда превышает 11,2 км/с и может достигать в земных окрестностях 40 км/с при ее произвольном направлении. Линейная скорость движения Земли при движении вокруг Солнца в среднем составляет 30 км/с, поэтому максимальная скорость столкновения метеороида с земной атмосферой может достигать примерно 70 км/с (на встречных траекториях).

Вначале тело вступает во взаимодействие с очень разреженной верхней атмосферой, где расстояния между молекулами газа больше его диаметра. Очевидно, взаимодействия с молекулами верхней атмосферы практически не влияют на скорость и состояние достаточно массивного тела. Но если масса тела мала (сравнима с массой молекулы или на 2-3 порядка ее превышает), то оно может полностью затормозиться уже в верхних слоях атмосферы и будет медленно оседать к земной поверхности под действием силы тяжести. Оказывается, что таким путем, то есть в виде пыли, на Землю выпадает львиная часть твердого космического вещества. Уже подсчитано, что ежедневно на Землю поступает от 100 до 1000 т внеземного вещества, но только 1% от этого количества представлено большими обломками, имеющими возможность долететь до ее поверхности.

На движущееся достаточно большое тело действуют три основные силы: торможения, гравитации и выталкивания (Архимедова сила), которые и определяют его траекторию движения. Эффективное торможение наиболее крупных объектов начинается только в плотных слоях атмосферы, на высотах менее 100 км.

Движение метеороида, как и любого твердого тела в газовой среде с высокой скоростью, характеризуется числом Маха - отношением скорости тела к скорости звука. Это число на разных высотах полета метеороида бывает разным, но часто превышающим 50. Перед метеороидом образуется ударная волна в виде сильно сжатых и разогретых атмосферных газов. Поверхность самого тела в результате взаимодействия с ними наг

Если масса тела не слишком мала и не очень велика, а его скорость находится в диапазоне от 11 км/с до 22 км/с (это возможно на "догоняющих" Землю траекториях), то оно успевает затормозиться в атмосфере еще не сгорев. После чего метеороид движется с такой скоростью, при которой абляция уже не эффективна, и может в неизменном виде долететь до земной поверхности. Если масса тела не очень велика, то продолжается дальнейшее уменьшение его скорости до тех пор, пока сила сопротивления воздуха не сравняется с силой тяжести, и начинается его почти вертикальное падение со скоростью 50-150 м/с. С такими скоростями на Землю упало большинство метеоритов. При большой массе метеороид не успевает ни сгореть, ни сильно затормозиться и сталкивается с поверхностью с космической скоростью. В этом случае происходит взрыв, вызванный переходом большой кинетической энергии тела в тепловую, механическую и другие виды энергии, а на земной поверхности образуется взрывной кратер. В результате значительная часть метеорита и подверженной удару земной поверхности плавится и испаряется.

Метеоро́ид (метеорное тело) - небесное тело, промежуточное по размеру между межпланетной пылью и астероидом.

Здесь надо немного разобраться с терминологией. Влетая с огромной скоростью в атмосферу Земли, из-за трения он сильно нагревается и сгорает, превращаясь в светящийся метеор , или болид, который можно увидеть как падающую звезду . Видимый след метеороида, вошедшего в атмосферу Земли, называется метеором , а метеороид, упавший на поверхность Земли, - метеоритом .
В Солнечной системе полным-полно этих мелких космических обломков, которые называются метеороидами. Это могут быть пылинки от комет, крупные каменные глыбы или даже фрагменты разбитых астероидов.
Согласно официальному определению Международной метеорной организации (IMO), метеороид - это твёрдый объект, движущийся в межпланетном пространстве, размером значительно меньше астероида, но значительно больше атома . Британское королевское астрономическое общество выдвинуло другую формулировку, согласно которой метеороид - это тело диаметром от 100 мкм до 10 м.

– это не объект, а явление , т.е. светящийся след метеороида. Независимо от того, улетит ли он из атмосферы обратно в космическое пространство, сгорит ли в атмосфере или упадет на Землю метеоритом, - это явление называется метеором.
Отличительными характеристиками метеора, помимо массы и размера, являются его скорость, высота воспламенения, длина трека (видимый путь), яркость свечения и химический состав (влияет на цвет горения).
Часто метеоры группируются в метеорные потоки - постоянные массы метеоров, появляющиеся в определённое время года, в определённой стороне неба. Известны метеорные потоки Леониды, Квадрантиды и Персеиды. Все метеорные потоки порождаются кометами в результате разрушения в процессе таяния при прохождении внутренней части Солнечной системы.

След метеора обычно исчезает за считанные секунды, но иногда может оставаться на минуты и передвигаться под действием ветра на высоте возникновения метеора. Иногда Земля пересекает орбиты метеороидов. Тогда, проходя сквозь земную атмосферу и разогреваясь, они вспыхивают яркими полосками света, которые и называют метеорами, или падающими звездами.
В ясную ночь можно увидеть несколько метеоров за час. А когда Земля проходит через поток пылинок, оставленных пролетевшей кометой, каждый час можно видеть десятки метеоров.
Куски метеороидов, уцелевшие после прохождения через атмосферу в качестве метеоров и упавшие на землю в виде обуглившихся камней, иногда находят. Обычно они темного цвета и очень тяжелы. Иногда кажутся ржавыми. Случается, что метеориты пробивают крыши домов или падают возле дома. Но опасность попасть под удар метеорита для человека ничтожно мала. Единственный задокументированный случай попадания метеорита в человека произошёл 30 ноября 1954 г. в штате Алабама. Метеорит весом около 4 кг пробил крышу дома и рикошетом ударил Анну Элизабет Ходжес по руке и бедру. Женщина получила ушибы.
Помимо визуальных и фотографических методов изучения метеоров в последнее время развились электронно-оптический, спектрометрический и особенно радиолокационный, основанный на свойстве метеорного следа рассеивать радиоволны. Радиометеорное зондирование и изучение перемещения метеорных следов позволяет получить важные сведения о состоянии и динамике атмосферы на высотах около 100 км. Возможно создание метеорных каналов радиосвязи.

Тело космического происхождения, упавшее на поверхность крупного небесного объекта.
Большинство найденных метеоритов имеют вес от нескольких граммов до нескольких килограммов. Крупнейший из найденных метеоритов - Гоба (вес около 60 тонн). Считается, что в сутки на Землю падает 5-6 т метеоритов, или 2 тысячи тонн в год.
В Российской академии наук сейчас есть специальный комитет, который руководит сбором, изучением и хранением метеоритов. При комитете есть большая метеоритная коллекция.
На месте падения крупного метеорита может образоваться кратер (астроблема). Один из самых известных кратеров в мире - Аризонский . Предполагается, что наибольший метеоритный кратер на Земле - кратер Земли Уилкса в Антарктиде (диаметр около 500 км).

Как это происходит

Метеорное тело входит в атмосферу Земли на скорости от 11 до 72 км/с. На такой скорости начинается его разогрев и свечение. За счёт абляции (обгорания и сдувания набегающим потоком частиц вещества метеорного тела) масса тела, долетевшего до поверхности, может быть меньше, а в некоторых случаях значительно меньше его массы на входе в атмосферу. Например, небольшое тело, вошедшее в атмосферу Земли на скорости 25 км/с и более, сгорает почти без остатка. При такой скорости вхождения в атмосферу из десятков и сотен тонн начальной массы до поверхности долетает всего несколько килограммов или даже граммов вещества. Следы сгорания метеорного тела в атмосфере можно найти на протяжении почти всей траектории его падения.
Если метеорное тело не сгорело в атмосфере, то по мере торможения оно теряет горизонтальную составляющую скорости. Это приводит к изменению траектории падения. По мере торможения свечение метеорного тела падает, оно остывает (часто свидетельствуют, что метеорит при падении был тёплый, а не горячий).
Кроме того, может произойти разрушение метеорного тела на фрагменты, что приводит к выпадению метеоритного дождя.

Крупные метеориты, обнаруженные на территории России

Тунгусский метеорит (на данный момент неясно именно метеоритное происхождение тунгусского феномена). Упал 30 июня 1908 г. в бассейне реки Подкаменная Тунгуска в Сибири. Общая энергия оценивается в 40-50 мегатонн тротилового эквивалента.
Царёвский метеорит (метеоритный дождь). Упал 6 декабря 1922 г. вблизи села Царев Волгоградской области. Это каменный метеорит. Общая масса собранных осколков 1,6 тонны на площади около 15 кв. км. Вес самого большого упавшего фрагмента составил 284 кг.

Сихотэ-Алинский метеорит (общая масса осколков 30 тонн, энергия оценивается в 20 килотонн). Это был железный метеорит. Упал в Уссурийской тайге 12 февраля 1947 г.
Витимский болид . Упал в районе посёлков Мама и Витимский Мамско-Чуйского района Иркутской области в ночь с 24 на 25 сентября 2002 г. Общая энергия взрыва метеорита, по-видимому, сравнительно невелика (200 тонн тротилового эквивалента, при начальной энергии 2,3 килотонны), максимальная начальная масса (до сгорания в атмосфере) 160 тонн, а конечная масса осколков порядка нескольких сотен килограммов.
Хоть метеориты падают на Землю часто, но находка метеорита - довольно редкое явление. Лаборатория метеоритики сообщает: «Всего на территории РФ за 250 лет было найдено только 125 метеоритов».

В этой статье речь пойдет о тех метеорах и метеоритах, которые, влетая в земную атмосферу, либо очень быстро сгорают на больших высотах, образуя кратковременный след на ночном небе называемым звездопадом, либо, сталкиваясь с землей, взрываются как, например, Тунгусский. При этом ни те ни другие, как известно и принято считать, не оставляют твердых продуктов сгорания.

Метеоры сгорают при малейшем соприкосновении с атмосферой. Их сгорание уже заканчивается на высоте 80 км. Концентрация кислорода на этой высоте низка и составляет 0,004 г/м 3 , а разреженная атмосфера имеет давление Р = 0,000012 кг/м 2 и не может обеспечить достаточного трения для мгновенного нагрева всего объема тела метеора до температуры достаточной для его сгорания. Ведь не прогретое тело не сможет воспламениться. Почему же все-таки происходит воспламенение на больших высотах и такое быстрое и ровное сгорание метеоров? Какие условия необходимы для этого?

Одним из условий воспламенения и быстрого сгорания метеора должно являться наличие достаточно высокой температуры его тела перед входом в атмосферу. Для этого оно должно быть заранее хорошо прогрето по всему объему солнцем. Тогда, чтобы в условиях космоса из-за разности температур света и тени, весь объем метеора смог прогреться, а при соприкосновении с атмосферой успел бы еще и быстро распространить по всему телу дополнительное тепло от трения, вещество метеора должно обладать высокой теплопроводностью.

Следующим условием сгорания метеора, оставляющего ровный огненный след, должно являться сохранение прочности тела при сгорании. Поскольку, влетев в атмосферу, хотя и разреженную, метеор все-таки испытывает нагрузки от встречного потока и если его тело размягчится от температуры, то его просто разнесет потоком на отдельные части и мы наблюдали бы разлетающийся сноп вспышек типа фейерверка.

Далее. Поскольку горят многие вещества как металлы, так и неметаллы, рассуждения о составе вещества метеора начнем с самого первого элемента периодической системы, водорода. Допустим, что это тело состоит из твердого водорода или твердых его соединений, например, водяного льда. Прогревшись до высоких температур, это тело, просто испарится до начала воспламенения еще в космосе. Если все же допустить, что содержащее водород тело воспламенилось и сгорело в атмосфере, то оно обязательно оставит после себя белый след паров воды, как результат процесса сгорания водорода в кислороде. Тогда мы могли бы видеть белый след "звездопада" днем, при определенном освещении солнцем. Таким образом, эти метеоры не могут состоять или содержать в себе водород в больших количествах. А лед в открытом космосе вообще существовать не может поскольку согласно термодинамическим свойствам воды при космическом давлении в Р = 0,001 м. вод. ст. температура кипения близка к абсолютному нулю это -273° С, такой температуры в Солнечной системе нет. Если лед и попадет в открытый космос в Солнечной системе, то он тут же испарится от тепла мощного факела - Солнца. Далее допускаем, что наши метеоры состоят из металлов или из их сплавов. Металлы обладают хорошей теплопроводностью, что отвечает вышеизложенным требованиям. Но металлы при нагреве теряют свою прочность, да и горят с образованием окисей, закисей, т.е. твердых шлаков достаточно тяжелых, которые при падении обязательно были бы зафиксированы людьми на земле, как град, например. Но еще нигде не было отмечено такого активного явления, чтобы даже после мощного "звездопада" где-то выпал шлаковый град, а ведь к нам влетает каждый день более 3 тыс. т. вещества. Хотя отдельные осколки металлических и неметаллических метеоритов все же находят, но это большая редкость и при ежедневном явлении "звездопада" эти находки ничтожны. Таким образом, наши метеоры так же не содержат металлы.

Какое же вещество может отвечать всем этим требованиям? А именно:
1. Иметь высокую теплопроводность;
2. Сохранять прочность при высоких температурах;
3. Активно вступать в реакцию с разреженной атмосферой на больших высотах;
4. Сгорая не образовывать твердых шлаков;

Такое вещество есть – это углерод. Причем находящийся в самой твердой кристаллической фазе называемой алмазом. Именно алмаз отвечает всем этим требованиям. Если углерод будет находиться в любой другой своей фазе, то он не будет отвечать второму нашему требованию, а именно сохранять прочность при высоких температурах. Именно алмаз путают астрономы со льдом при наблюдении "звездопада".

Далее, для того чтобы сгореть в концентрации кислорода менее 0,004 г/м 3 телу массой 1 гр. нужно пролететь порядка 13000 км., пролетает же около 40 км. Скорее всего, светящийся след от метеора это результат не сгорания его в кислороде атмосферы, а результат реакции восстановления углерода с водородом, при которой также образуются газы. На данных высотах присутствуют в небольших количествах СН 4 , С 2 Н 2 , С 6 Н 6 , также на этих высотах присутствуют и СО, СО 2 , это свидетельствует о том, что углерод на этих высотах и сгорает и восстанавливается, сами эти газы подняться с поверхности Земли на эти высоты не могут.

Что касается Тунгусского метеорита и метеорита упавшего осенью 2002 года в Иркутской области России в долине реки Витим, то эти метеориты также, скорее всего, представляют собой алмазы только огромных размеров. Из-за своей большой массы эти метеориты не успели сгореть полностью в атмосфере. Долетев до земли и не разрушившись от потока воздуха, ударившись о твердую поверхность с очень большой силой, эта глыба алмаза рассыпалась на мелкие кусочки. Известно, что алмаз твердый, но хрупкий материал, который плохо работает на удар. Поскольку алмаз обладает высокой теплопроводностью, то все тело метеорита до удара было прогрето до температуры сгорания. Рассыпавшись на мелкие кусочки и отскочив от Земли, каждый осколок соприкоснувшись с кислородом воздуха, тут же сгорел, выделив при этом одновременно определенное количество энергии. А попросту произошел мощный взрыв. Ведь взрыв это не результат сильного механического удара, как почему-то принято считать в астрономии, а результат активной химической реакции и не важно где он произошел на Земле, на Юпитере, лишь бы было с чем реагировать. Весь сгоревший углерод образовал углекислый газ, который растворился в атмосфере. Поэтому и не находят в этих местах метеорных остатков. Вполне возможно, что в районе взрыва этих метеоритов могут быть обнаружены останки животных погибших не только от ударной волны, но и от удушья угарным газом. Да и людям посещать эти места сразу после взрыва не безопасно т.к. в низинах может остаться угарный газ. Эта гипотеза Тунгусского метеорита дает объяснение практически всем аномалиям наблюдавшимися после взрыва. Если же этот метеорит попадет в водоем, то вода не даст полностью сгореть всем осколкам, и мы можем иметь еще одно месторождение алмазов. Все месторождения алмазов, кстати, находятся в тонком поверхностном слое Земли, практически только на её поверхности. Наличие углерода в метеоритах подтверждает и метеоритный дождь, произошедший 8 октября 1871 года в Чикаго, когда воспламенялись, по непонятной причине, дома и даже расплавился металлический стапель. Когда тысячами умирали люди от удушья, находящиеся достаточно далеко от пожаров.

Падая на планеты или спутники планет, на которых нет атмосферы и активных газов, не "сгоревшие" осколки этих метеоритов частично покроют поверхность этих планет или спутников. Может быть, поэтому наш естественный спутник Луна так хорошо отражает свет от Солнца, ведь алмаз, обладает еще и большим коэффициентом преломления. А лучевые системы лунных кратеров, например, Тихо, Коперник, состоят явно из россыпей прозрачного материала и уж точно не изо льда, поскольку температура на освещенной поверхности Луны +120° С.

Алмазы также обладают свойством флуоресценции при облучении их коротковолновым электромагнитным облучением. Может это свойство, даст объяснение о происхождении хвостов у комет при приближении к Солнцу, мощном источнике коротковолновых излучений?

Главная » Глаголы » Частицы которые сгорают в атмосфере. Метеоры, метеориты и болиды