Борис Шустов - Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра
Глава 5
Метеороиды
Не зная правильной орбиты,
Вразброд, поодиночке, зря
Летят из тьмы метеориты
И круто падают, горя.
Куски тяжелого металла,
Откуда их приносит к нам?
Какая сила разметала
Их по космическим углам?
5.1. Метеороиды, метеоры, метеориты
Как отмечалось в предыдущих главах, в состав Солнечной системы, кроме восьми планет, их спутников, астероидов и комет, входит огромное количество мелких твердых тел различных размеров. Врываясь в атмосферу Земли с космическими скоростями, такие тела создают явления метеора — светящегося следа сгорающей в атмосфере метеорной частицы. Совокупность таких тел принято называть метеорным или метеороидным веществом. Размеры метеорных тел (метеороидов) находятся в широких пределах — от долей микрона до нескольких десятков метров. Наиболее яркие метеоры, звездная величина которых меньше звездной величины Венеры (-4m), называются болидами (рис. 5.1). Естественно, что при прочих равных условиях болиды образуются более массивными телами, чем просто метеоры. Очень слабые (телескопические) метеоры вызываются самыми мелкими телами. Оптическое излучение может вообще не наблюдаться, а регистрируется радиолокационное эхо от метеорного следа (радиометеор). Весь комплекс метеорных тел подразделяется на два класса: спорадические метеороидные (метеорные) тела и метеороидные (метеорные) рои, которые, проникая в атмосферу Земли, порождают соответственно метеоры и метеорные потоки.
Метеоры, которые наблюдаются каждую ночь и движутся по всевозможным направлениям, называются случайными или спорадическими. Радиантом спорадического метеора называется воображаемая точка пересечения направления его движения в атмосфере Земли с небесной сферой. Такой радиант достаточно надежно определяется из наблюдений одиночного метеора из двух различных пунктов. Спорадические метеоры в пространстве независимы друг от друга, поэтому их радианты в первом приближении достаточно равномерно покрывают всю небесную сферу. От спорадических отличаются метеоры, которые появляются в определенное время года и вызываются метеороидами, движущимися в пространстве целыми группами по почти параллельным траекториям. Такие метеоры принято называть поточными, а явление взаимодействия подобной группы метеороидов с атмосферой Земли — метеорным потоком.
Рис. 5.1. Падение болида Пикскилл (Peekskill fireball). Снимок получен S. Eichmiller (http://aquarid.physics.uwo.ca/?pbrown/Videos/peekskill.htm)
Метеорные потоки — одно из интереснейших явлений, наблюдаемых в атмосфере Земли. Они наблюдаются, когда Земля на своем пути пересекает движущееся скопление (рой) мелких метеороидов. Обычно через несколько дней она выходит из скопления. Толщину роя можно определить по времени наблюдаемости метеорного потока — она (толщина) характеризует длину пути, проходимого Землей сквозь рой. Например, поток Персеиды наблюдается в течение 10 дней и, следовательно, толщина роя достигает 26 млн км. Поэтому метеорные потоки, создавая весьма эффектные явления, дают значительно меньший вклад в общее число метеоров в земной атмосфере (поток метеорного вещества на Землю составляет примерно около 100 000 т в сутки), нежели вклад спорадических метеоров, активность которых в течение года не прекращается.
Видимые траектории метеоров потока, спроектированные на небесную сферу, пересекаются в некоторой малой окрестности, называемой радиантом метеорного потока (рис. 5.2). Порождающие метеорный поток метеорные тела являются элементами метеороидного роя и движутся в межпланетном пространстве по весьма схожим орбитам.
Рис. 5.2. Слева: вид траектории, спроектированной на небесную сферу и на карту. M — стрелка в центре — след метеора в атмосфере; A, B, C — наблюдатели на поверхности Земли, расположенные в одной плоскости с метеорным следом; полукруг — сечение небесной сферы этой плоскостью; стрелки на полукруге — видимые следы на небесной сфере для каждого из наблюдателей; P — полюс мира. Справа: к понятию «радиант потока»
Наблюдаются потоки, интенсивность которых из года в год слабо меняется, что свидетельствует о весьма равномерном распределении метеорных тел вдоль всей орбиты метеорного роя (Персеиды, Геминиды и др.). В других потоках метеорные тела сосредоточены в некоторой части орбиты, что создает определенную периодичность в интенсивности действия этих потоков (Леониды и Дракониды). Земля встречается с таким участком через определенное количество лет, и в такой момент обычно отмечается весьма высокая интенсивность метеорных потоков (до 1000 метеоров и более в час на одного наблюдателя). Наиболее сильные метеорные потоки называют метеорными ливнями или дождями (рис. 5.3). Широко известны метеорные дожди Леониды в 1833, 1866, 1966 гг., Андромедиды в 1872, 1885 гг., Дракониды в 1933, 1946, 1985 гг. и др. (рис. 5.4).
Метеорный дождь, произошедший в ноябре 1799 г., был подробно описан известным немецким ученым и путешественником А. Гумбольдтом, находившимся в это время в Южной Америке. После расспросов индейцев-старожилов он установил, что такие дожди наблюдались раз в 33–34 года. По предложению Гумбольта в ноябре 1833 г. было организовано массовое наблюдение этого потока — метеорного ливня Леониды, нашедшего свое отражение даже в искусстве, а 1833 г. считается годом рождения метеорной астрономии. В этих наблюдениях участвовал также профессор Йельского колледжа в НьюХейвене (США) Д. Олмстед, который и ввел понятие радианта метеорного потока как точки пересечения продолжений метеорных следов на небесной сфере. Он установил, что радиант метеорного дождя 1833 г. находится в созвездии Льва (Leo). С тех пор метеорные потоки называют по имени созвездия, в котором находится радиант метеорного потока.
По определению Международного астрономического союза (МАС), термин «метеороид» означает движущийся в межпланетном пространстве твердый объект, который по размеру значительно меньше астероида, но значительно больше атома. Для определенности будем считать, что массы метеороидов могут находиться в диапазоне от 10-18 до 108 г.
Метеороид, долетевший до поверхности Земли, называется метеоритом. Следует отметить, что несколько метеорных потоков с разными радиантами, наблюдающиеся в разное время года, могут иметь генетическую связь. Примером служит метеорный рой Квадрантиды. Подробное исследование эволюции орбиты этого роя показывает, что он имеет сложную форму и пересечение его с Землей, возможно, порождает и другие метеорные потоки, одним из которых является поток Аквариды, а другим — дневные Ариетиды. Данные о главных метеорных потоках приведены в табл. 5.1. На рис. 5.5 показаны орбиты некоторых из них.
Рис. 5.3. «Огненный дождь» у берегов Флориды 12 ноября 1799 г. [Клейн, 1898]
Рис. 5.4. Радианты метеорных потоков Леониды, Дракониды, Квандрантиды и Южные Тауриды
Помимо главных метеорных потоков выделяют также дополнительные метеорные потоки и так называемые малые метеорные рои. Количество метеоров, обнаруженных в малых метеорных роях, может составлять несколько единиц и, в общем, они могут рассматриваться как флуктуации спорадического фона.
На рис. 5.6 представлены распределения 184 радиантов наиболее крупных метеорных потоков, согласно данным IMO (Международной метеорной организации, http://www.imo.net/calendar/) и DMS (Голландского метеорного общества, http://www.dmsweb.org). Это наиболее достоверные и хорошо изученные радианты на сегодняшний день: для этих потоков известны все параметры, и именно на них ориентируется подавляющее большинство наблюдателей. В ряде случаев наблюдаемые характеристики этих потоков были получены на большом массиве визуальных и телевизионных наблюдений, хотя определение принадлежности наблюдавшихся метеоров к этим потокам имеет несколько субъективно-интуитивный характер. В частности, это касается отнесения существенной части метеоров, не отождествленных с потоками, к спорадическим. Поэтому даже крупные метеорные потоки требуют дополнительной проверки, которая возможна только благодаря круглогодичному мониторингу с нескольких пунктов наблюдений.
Таблица 5.1. Главные метеорные потоки
Для исследования потока метеороидов через околоземное пространство как с целью пополнения уже накопленных о них сведений, так и для поиска неизвестных прежде метеорных потоков в ИНАСАН проводится круглогодичный телевизионный мониторинг метеорных потоков. Одна из задач этого мониторинга сводится к построению Верифицированного каталога метеорных потоков (ВКМП), включающего в себя как крупные, так и малые метеорные потоки.
