Метеоры. Падающие звезды


Метеорный поток и метеоры одиночки

Метеороид

Среднее количество метеоров, наблюдаемых невооруженным глазом в течение часа, обычно лежит в пределах от 6 до 16, но иногда оно может достигать 50-100.

Это происходит при встрече Земли с потоком метеороидов, — такой рой возникает в результате выброса метеорных тел из ядра кометы, которое, как известно, представляет собой конгломерат замерзших газов и твердых частиц.

Происходит такой выброс сравнительно недалеко от Солнца, на расстоянии менее удвоенного отрезка Солнце – Земля: получив некоторое ускорение в процессе выброса, метеороиды переходят на орбиты, которые слегка отличаются от орбиты самой кометы.

Происходит также некоторое рассеивание роя вдоль его средней орбиты, а в итоге через несколько десятков оборотов образуется замкнутое эллиптическое кольцо, в котором приблизительно равномерно расположены метеороиды. Раз в году это кольцо пересекается с Землей и поэтому ежегодно, в определенное время, наблюдается интенсивный метеорный поток.

Если же метеорный поток относительно молод, то основная масса метеорного вещества еще не успела равномерно распределиться по всей орбите, и сосредоточена в каком-нибудь небольшом ее участке. Земля и встречается с таким участком уже, конечно, не ежегодно, но зато каждая встреча сопровождается чрезвычайно интенсивным метеорным потоком — 1000 и более метеоров за минуту.

Это уже так называемые метеорные дожди, к их числу относятся Андромедиды (метеорные дожди в 1872 и 1885 годах), Дракониды (1933, 1946 годы), Леониды (1789, 1833, 1866, 1966 годы).

Спорадические метеороиды

Фотографические и радиолокационные наблюдения метеоров позволили определить орбиты нескольких сот метеорных потоков.

Установлена несомненная связь некоторых роев с известными и «ныне здравствующими» кометами, у других же комета-родоначальница либо уже распалась.

Например, комета Биэлы, родоначальница метеорного потока Андромедид, либо под влиянием больших планет резко изменила свою орбиту.

Даже в таких крупных роях, как Персеиды и Геминиды, метеороиды расположены не так густо, как кажется: одно метеорное тело, порождающее метеор, видимый невооруженным глазом, отстоит от другого такого тела на сотни километров. А тот факт, что при встрече Земли с метеорным роем наблюдается много метеоров, объясняется огромными скоростями всех участников космического «дорожного движения» — самой Земли и метеорных тел.

В то же время для компактных метеорных потоков, порождающих метеорные дожди (Леониды 1966 года — 15 000 метеоров в час!), расстояние между метеороидами – 20- 30 км.

За последние 30 лет на основе фотографических, а также радиолокационных наблюдений был выявлен ряд новых метеорных потоков — метеорные ассоциации. Они не имеют четко выраженного максимума активности: скорости и элементы орбит метеороидов, в пределах ассоциации, различаются значительно больше, чем в метеорном потоке.

Любой «организованный» ансамбль метеорных частиц с общими кинематическими особенностями непрерывно разрушается. Известны примеры раздвоения метеорного роя, когда две его части оказываются по разную сторону эклиптики.

С другой стороны, большие планеты, особенно Юпитер и Сатурн, своим притяжением могут изменить орбиты метеорных потоков так, что они сближаются с орбитой Земли. Вопросы эволюции малых тел Солнечной системы находятся в стадии интенсивного изучения, но уже сейчас ясно, что в результате распада метеорных роев образуются спорадические метеороиды.

А метеорные ассоциации — это, по-видимому, промежуточная стадия между упорядоченным потоком и спорадическим фоном, эти ассоциации так же, как и рои, рождены кометами.

Часть спорадических метеоров относится к довольно размытым метеорным потокам — ассоциациям и, следовательно, также связана с кометами, другие же по своим кинематическим характеристикам (размеры, форма и положение орбит в пространстве) близки к астероидам и образовались в результате их столкновений.

Большой интерес представляет пространственная структура метеорных потоков. Об их поперечном сечении можно судить по продолжительности самого метеорного потока: для одних роев он длится довольно долго, а для других, имеющих компактную центральную часть,- проходит сравнительно быстро.

Так, например, для того, чтобы пересечь рой Персеид, Земле необходим почти месяц, и это означает, что поперечник роя около 80 миллионов км. А на пересечение роя Квадрантид уходит всего около десяти часов, его «толщина» около 1 миллиона км.

Естественно, что встреча метеорных тел  происходит не только с Землей, но и с другими планетами Солнечной системы. Для планет и их спутников, незащищенных или слабо защищенных атмосферой, встреча с метеорными телами приводит к разрушительным последствиям, в частности к образованию многочисленных кратеров и воронок.

Это подтверждают фотографии поверхностей Луны, Марса, Меркурия, полученные с близких расстояний советскими и американскими автоматическими межпланетными станциями.

Метеорная геофизическая служба

Еще сравнительно недавно сведения о метеорной зоне атмосферы основывались главным образом на данных, полученных из наблюдений метеоров.

Теперь же из теоретических расчетов и многочисленных экспериментальных данных получены результаты, довольно удовлетворительно характеризующие плотность и другие важнейшие параметры атмосферы на всех высотах.

А это позволяет решить обратные задачи метеорной физики — уточнить физическую теорию метеоров и структуру самих метеорных тел.

Более того, на основе систематических наблюдений метеоров уже можно определять сезонные и суточные изменения физических параметров атмосферы в неустойчивой метеорной зоне, определять зависимость этих изменений от места наблюдения.

Это один из важных практических вкладов метеорной астрономии в решение важных прикладных задач, в данном случае в изучение климата и прогнозирование погоды.

Радиолокационные станции метеорного наблюдения в Душанбе, Казани, Москве, Фрунзе, Харькове и других городах страны регулярно следят за дрейфом метеорных следов, собирают важную информацию об особенностях циркуляции земной атмосферы.

Они показывают, что в средних широтах на высотах 70-130 км регулярный ветер практически горизонтален, хотя и существуют локализованные во времени и пространстве вертикальные атмосферные движения. Подтверждается также регулярный характер суточных и сезонных изменений скорости ветра, причем на разных высотах эти изменения имеют большое сходство, а преобладающее направление воздушных масс — с Запада на Восток.

С высотой скорость ветра возрастает — в интервале высот 90-120 км скорость увеличивается в среднем на 2 м/сек. при подъеме на 1 км. Многолетние радиолокационные наблюдения дрейфа метеорных следов над  Душанбе наглядно подтверждают теоретические предположения о том, что вдоль местной вертикали скорость ветра пропорциональна квадрату температуры атмосферы.

Такая простая зависимость скорости ветра от температуры справедлива для высот 20-140 км. Ниже 20 км картина осложняется влиянием подстилающей поверхности, облачных массивов и вертикальных потоков воздуха, а выше 140 км необходимо учитывать влияние магнитного поля Земли, солнечных корпускулярных потоков и других факторов.

Длительные наблюдения метеоров позволили обнаружить четкую зависимость энергии ветровых движений от солнечной активности. В годы максимальной активности средняя скорость ветра максимальна, в годы минимальной активности — минимальна.

В течение одиннадцатилетнего цикла 1964-1974 годов средняя скорость ветра изменялась в два раза. Это можно объяснить увеличением потока коротковолнового солнечного излучения в годы максимальной активности, что приводит к повышению температуры в тех слоях верхней атмосферы, где это излучение поглощается.

Циркуляция земной атмосферы на больших высотах — мощный процесс, имеющий сложный характер. Он, безусловно, влияет на процессы в нижней атмосфере.

Приток метеорного вещества на землю

Чем больше масса вторгающегося в земную атмосферу метеороида, тем (при прочих равных условиях) ярче порождаемый им метеор. На основе подсчета полного числа метеоров, наблюдаемых за сутки в атмосфере Земли, можно оценить суммарную массу метеорного вещества, выпадающего на Землю ежесуточно, и даже относительную массу метеороидов различной яркости.

При этих подсчетах было выяснено, что с уменьшением блеска метеоров на одну звездную величину их количество оказывается почти в 2,5 раза больше.

В околоземной области плотность метеорного вещества около 0,5 • 10 -22 г/см3, а на Землю в сутки выпадает, главным образом в виде пыли, от нескольких десятков до ста тонн метеорного вещества. Это только на первый взгляд очень много — такая масса не могла существенно изменить облик нашей Земли даже за миллиарды лет ее существования.

Вместе с тем приток метеорного вещества оказывает значительное влияние на газовый, ионный и аэрозольный состав верхних слоев атмосферы, способствует образованию так называемых серебристых облаков, некоторых слоев ионосферы, а также участвует в других процессах в верхней атмосфере.

Метеорная радиосвязь

Отражение радиоволн метрового диапазона метеорными следами позволило создать системы дальней радиосвязи на ультракоротких волнах, которые, как известно, относятся к радиоволнам ближнего действия. Над земной поверхностью УКВ распространяются лишь на расстояние прямой видимости, а ионосферу просто «протыкают», в отличие от коротких волн, которые отражаются от нее, как от зеркала, и именно поэтому проходят тысячи километров.

Для УКВ роль такого зеркала могут играть метеорные следы. При двухсторонней метеорной радиосвязи передатчики обоих корреспондентов облучают некоторую зону на высоте появления метеоров — обычно это 100 км над поверхностью Земли. На эту же зону направлены и приемные антенны.

В момент появления «зеркала», то есть появления определенного ионизированного метеорного следа, радиосигнал проходит от передатчиков к приемникам и электронные автоматы включают аппаратуру передачи и приема информации, скажем, телеграфную аппаратуру.

Во время паузы, когда нужного метеора нет, информация в канал связи не поступает, она накапливается в особых электронных блоках, ждет момента, когда метеор появится и можно будет дать следующую «очередь». Необходимость следить за появлением метеоров и вести передачу короткими «очередями» — это, конечно, недостаток.

Но он перекрывается многими достоинствами метеорной связи, например, такими: она сравнительно мало подвержена влиянию помех и ионосферных возмущений и удовлетворяется относительно небольшой мощностью передатчиков, обычно 0,5-2 кВт. Даже в условиях сильной конкуренции с другими видами радиосвязи, в частности спутниковой, метеорная связь продолжает развиваться.

Метеорная опасность

Данные о пространственной плотности метеорного вещества, а также о процентном содержании в межпланетном пространстве метеороидов различной массы, позволяют оценить так называемую метеорную опасность для космических летательных аппаратов.

Сразу же заметим, что вероятность встречи космического корабля со случайным метеороидом тем больше, чем меньше размеры этого метеороида, так как число мельчайших метеорных частиц во много раз превышает число более крупных частиц.

Соответствующие расчеты, полученные по данным о притоке метеорного вещества, и специальные эксперименты показывают, что в космосе столкновение поверхности в 1 м2 с частицей крупнее 1 мм может произойти в среднем один раз в несколько десятков лет. Соударение мельчайших частиц микронного размера происходит в миллионы и десятки миллионов раз чаще, реально можно ожидать, что космический корабль будет получать от таких частиц примерно 1 удар в секунду.

От этой «бомбардировки» не будет серьезного износа металлической оболочки космического аппарата, но незащищенные оптические поверхности, скажем, линзы телескопов или других приборов, под действием метеорного «пескоструйного эффекта», под действием метеорной «эрозии» через несколько лет могут оказаться значительно стертыми.

Крупные метеорные рои в очень малой степени могут увеличить метеорную опасность: появление метеорных потоков влияет на численность мелких метеорных тел значительно слабее, чем на численность крупных, а доля крупных метеорных тел в потоке сравнительно невелика.

Все эти, в общем-то, успокаивающие факты никак не означают, что метеорной опасностью можно раз и навсегда пренебречь, что можно забыть о ней. Совсем, наоборот, по мере увеличения протяженности космических трасс и продолжительности полетов наверняка нужно будет все более глубоко исследовать метеорные явления, с тем, чтобы найти гарантию полной метеорной безопасности.

Здесь было рассказано, да и то, конечно, фрагментарно, лишь о некоторых аспектах исследований «падающих звезд» — метеороидов, о практическом использовании этих работ. Многие закономерности движения и физические свойства метеорных тел достаточно хорошо выявлены, а добытые при этом знания находят уже практическое применение.

Но, конечно, предстоит еще много сделать, чтобы четко вылепить роль метеорного вещества в происхождении и эволюции Солнечной системы, чтобы накопить новую информацию о метеорах и метеороидах и использовать ее при решении прикладных задач геофизики, астрономии, метеорологии, радиотехники, космонавтики и других областей.