Следует заметить, что представления о хрупкой структуре и малой плотности большинства метеороидов пока признаются не всеми. Англичанами Дж. Джонсом, Т. Кайзером, советским исследователем В. Н. Лебедипцом и другими было показано, что проявление дробления может быть вызвано особенностями разрушения железных и каменных частиц, обусловленными неоднородностью их
состава я другими причинами. Так, например, увеличение поверхности испарения может происходить не за счет дробления тела, а вследствие сноса большого количества капель расплавленного вещества, что также будет приводить к ускорению разрушения тела и ускорению траекторий метеоров,
Для решения общей фундаментальной проблемы о происхождении и эволюции Солнечной системы очопь важно получить полное представление о химическом составе всех ее обитателей. Пока еще нет возможности доставить образцы метеорного вещества на анализ в физическую или химическую лабораторию. Точно так же нет в этих лабораториях образцов солнечного и звездного вещества. Но паука знает достаточно много о звездном и особенно солнечном веществе. Мало того, некоторые химические элементы (например, гелий) были обнаружены вначале на Солнце и лишь затем на Земле.
Метод, с помощью которого удается познакомиться с химическим составом небесных тел, удаленных от нас на миллиарды километров, подарил нам И. Ньютон. Он первым обратил внимание, что если луч света пропустить через призму, то свет разложится в спектр на семь цветов радуги. Помните, как в школьные годы нас учили запоминать последовательность цветов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Первые буквы слов указывают порядок цветов в спекгре: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Впоследствии стало ясно, что свет разного цвета испускают нагретые тела различной температуры.
Если излучающее тело твердое и непрозрачное, то спектр будет непрерывным и цвета будут постепенно переходить друг в друга. Если излучает высокотемпературный газ, то спектр будет состоять из отдельных ярких линий. Если же излучает твердое тело, окруженное оболочкой более холодного газа, то на фоне непрерывного спектра, идущего от тела, будут видны темные линии поглощения этого газа.
Примечательная особенность спектральных линий состоит в том, что их взаимное расположение в спектре строго фиксировано. Каждая линия соответствует определенному энергетическому переходу атома определенного вещества, и, следовательно, по расположению линий можно точно определить, какому именно химическому элементу они принадлежат. Правда, процедура измерения и отождествления линий в спектрах - задача сложная и
трудная. Во-первых, это связано с обилиэм линии различных элементов. Так, число спектральных л^ший у викеля составляет 505, у кобальта - 920, а у железа - 3045. Разумеется, не все линии каждого эломенга присутствуют в спектре, по все-таки их бывает достаточно много. Во-вторых, линии так тесно располагаются друг к ДРУГУ> что порой их удается разделить лишь с большим трудом.
Лучи свота, разложенные в спектр, несут нам в зашифрованном виде сведения и о таких важных параметрах светящегося метеорного облака, как температура, давление и количественное содержание различных химических элементов. Американскому астрофизику А. Адлеру принадлежит остроумное сравнение спектров с отпечатками пальцев. Правда, отпечатки пальцев дают ценную информацию, если только при их снятии не злоупотреблять мастикой (иначе вместо тонкого характерного рисунка получатся грубые невыразительные пятна). Роль мастики в метеорном спектре играет свет. При по-лучепии спектра обычным (немгновенным) способом избежать избытка "световой мастики" не удается. Порожденная излучением коротко- и долгоживущих метеорпьтх следов, она накапливается на фотоэмульсии, искажая истинный рисунок спектра.
Следовательно, мгновенные спектры, в которых лишняя "мастика" остается "за кадром", имеют решающее преимущество перед обычным. К сожалению, как ужо говорилось, их получение сопряжено с большими техническими и методическими трудностями, обусловленными случайным характером появления метеоров в различных областях неба.
К настоящему времени в спектрах метеоров отождествлены линии атомов и ионов, принадлежащих водороду, натрию, магнию, кремнию, кальцию, хрому, марганцу, железу, никелю. Как мы увидим дальше, эти элементы обнаружены в метеоритах при лабораторном анализе.
Хотя в исследованиях физических характеристик и химического состава метеороидов имеются определенные успехи, полученные результаты еще недостаточно падежны. И здесь определенную пользу могут принести эксперименты по созданию искусственных метеоров путем запуска с ракеты твердых тел ("метеороидов") с известными массой, плотностью и химическим составом. Несмотря на то что постановка таких экспериментов требу
ет высокого инженерного искусства, несколько успешных попыток было осуществлено. Правда, "метеороиды", сотворенные в лабораториях на Земле, были сплошь стальные, железные п алюминиевые, да и выстролплались они со скоростями, не превышающими 16 км/с. Поэтому полученные пока результаты не имеют решающего значения.
Следующие шаги в этом направдепии будут, по-видимому, связаны с запусками рыхлых и хрупких частиц, имеющих сложный химический состав, но такие эксио-рименты требуют привлечения еще более сложного оборудования и разработки тонкой методики.
Дуют ли ветры на больших высотах?
Еще в середине 30-х годов советские исследователи В. В. Федынский и К. П. Станюкович предприняли попытку получить данные о плотности, давлении и температуре верхних слоев атмосферы на основании фотографических наблюдений метеоров. Затеи такого рода работы были развернуты в США Ф. Уиплом и Л. Як-кия, причем наряду с определением указанных параметров изучались их изменения в зависимости от времени года. Много полезных сведений было получено с помощью различных методов и наблюдений в периоды широких научных исследований по программам Международного геофизического года, Международного года Солнца, Международного года спокойного Солнца, в которых активное участие приняли коллективы советских ученых, возглавляемые И. С. Астаповичем, П. Б. Бабаджановым, О. И. Бельковичем, Л. А. Катасевым, Б. Л. Кащеевым, Н. П. Коноплевой, К. В. Костылевым, Е. Н. Крамером, В. Н. Лебединцом, В. В. Сидоровым, В. В. Федынским, Е. И. Фиалко, В. П. Цесевичем.
Последние 20 лет в связи с задачей исследования скорости и направления ветра в верхней атмосфере наибольшее распространение получили методы зондирования атмосферы с помощью геофизических ракет и регистрации смещения (дрейфа) метеорных следов радиолокационными средствами. Если области атмосферы, расположенные на высотах, значительно превышающих 110 км, достаточно активно исследуются с помощью спутников, то метеорная зона оказывается для подобных исследований малодоступной: спутники на орбитах высотой 60- 110 км не летают.
В области пюке 80 км хорошо зарекомопдовал себя ракетный метод. Например, только одной глобальной сетью станций метеорологического ракетного аопдироаа-нпя США осуществлены десятки тысяч ракетных "ии^т-тов" в атмосферу. Что касается интервала высот 80- 110 км, то необходимое количество данных можно получить только по радпопаблюдсниям метеорных следов. Эта область атмосферы представляет огромный пптерйс, поскольку вследствие поглощепия солнечного излучсппя там наблюдается резкое увеличение температуры с высотой, приводящее к внезапным "порывам" ветра, достигающим иногда сотен метров в секунду.
Уже к 1970 году действующая радиометеорпая геофизическая сеть насчитывала двадцать три станции, расположенные в различных странах в полосе от 80" с. ш. до 60° к), ш. В числе восьми станций Советского Союза активно работала в Восточной Африке советская экваториальная метеорная экспедиция (1968-1970 гг.), оргапя-зеванная В. В. Федынским, П. Б. Бабаджановым и Б. Л. Кащеевым.
Необходимость экспедиции диктовалась отсутствием метеорных радиолокационных станций в экваториальном поясе от 38° с. ш. до 35° ю. ш. и, следовательно, существенным пробелом в знаниях об атмосферных процессах в экваториальной зоне. За два года регулярной деятельности экспедиции удалось получить данные о скорости п направлениях преобладающих движений в верхней атмосфере, выявить особенности поведения верхпеатмосфер-ного ветра в зависимости от сезона и от времени суток.
Сделать это было непросто. Неприятным сюрпризом явилось очень частое возникновение в ионосфере областей с повышенной пространственной плотностью электронов. Такие псевдометооры запутывали истинную картину, внося в работу участников экспедиции дополнительные трудности. Тем не менее полученные результаты явились значительным вкладом в создание наблюдательной основы для построения модели общей циркуляции верхней атмосферы.
Неоценимую помощь участникам экспедиции оказал Семен Петрович Дюкарев, страстный поклонник и тонкий цепитель астрономической науки, в то время работавший послом Советского Союза в Республике Сомали. Не ограничиваясь общедоступной* популярной информацией о предмете своего замечательного хобби, он уже много лет посвящает свой досуг любительским наблюдениям,
устремляя миниатюрный телескоп то в небо Восточвоп Азии, то Африки, то Южной Дмерпкп, то родпого Подмосковья.
В настоящее время на больтаинстве этих станций по-дутся исследования в соотвегствии с Международной программой "Глобмет" (глобальные метеорные исследования), включающей в себя организацию широкой сеги метеорных радиолокационных станций но всему земному шару.
Популярности радиометодов способствует то обстоятельство, что в их основе лежат простые физические
представления, а также обилие дешевых источников информации - метеорных следов. Кроме того, эти методы сравнительно легко поддаются автоматизации при сочетании радиолокатора с электронной вычислительной машиной, что способствует получению многочисленных и надежных данных.
Так, в Харьковском институте радиоэлектроники разработана и успешно эксплуатируется оригинальная многофункциональная автоматизированная радиолокационная система. За 10 лет регулярных радионаблюдений
метеоров получены более 200 тысяч орбит мелких мето-орпых тел. Это исключительно ценный материал для решения многих астрономических и геофизических задач,
В марте - апреле 1989 года автор этих строк тто приглашению Корпеллского университета штата Нью-Йорк участвовал в оптических наблюдениях метеоров п болидов на знаменитой обсерватории Аресибо (остроп Пуэрто-Рико) (рис. 16) в рамках междупародНого проекта ДИДД (Аресибо Инициатива в исследовании Динамики Атмосферы) .
Совместпая работа с такими признанпьтмп овчорптета-ми в исследовании средней и верхней атмосферы как Роберт Роупер (Технологический институт в Атланте, штат Джорджия), Джон Метыоз (Пенсильванский упипорситет в Филадельфии, штат Пенсильвания), Колип Хайнс (обсерватория Аресибо Корнеллского университета), Алан Питерсон (Уайтворз колледж, штат Башпттоп) и другими учеными из разных стран прошла успогппо.
Решению организационных проблем немало способствовали директор обсерватории Аресибо М. Девис) заместитель председателя Междуведомственного геофизического комитета АН СССР В. А. Нечитайленко и директор института астрофизики АН ТаджССР М. П. Максумов.
В лесистых горах острова Пуэрто-Рико родился замечательный пример международного научного сотрудничества, пример атмосферы искренности и единомыслия, высокого профессионализма и доверительной этики, взаимодействия и большой дружбы. Этот международный "подряд" действовал настолько слаженно и творчески вдохновенно, что само небо, вначале хмурое и "неулыбчивое", задрапированное в серые печальные облачные доспехи, не выдержало и подарило те самые ясные ночи, которые так необходимы при любых оптических наблюдениях.
Сейчас результаты "перевариваются" в машинном "котле" проекта АЙДА и скоро станут достоянием специалистов, а может быть, в популярном изложении ц вашим достоянием, дорогие юные читатели.
А что "говорят" космические аппараты?
С появлением автоматических и пилотируемых космических аппаратов изучение метеороидов приобрело практическое значение. Хотя число метеороидов быстро убывает с ростом их массы, вероятность повреж
ненных гелием. Пробой в стенке приводил к падению давления в камере, что также нарушало контакт в цепи.
Результаты экспериментов показали, что пробивная способность космических пылевых частиц ниже, чем расчетная: факт, интерпретируемый в пользу рыхлой структуры и малой плотности частиц. Кстати, проведение эксперимента совпало с - действием потоков Геминид и Квадрантид (группа звезд, расположенных на стыке созвездий Волопаса, Геркулеса и Дракона, раньше называлась Стенной Квадрант; отсюда название потока), но число пробоев не увеличивалось по сравнению со временем, когда потоки отсутствовали, что соответствует данным радиолокационных наблюдений о незначительном количестве мелких тел в некоторых метеорных роях.
Исключительный интерес представляют полеты автоматических межпланетных станций к большим планетам, поскольку с их помощью удается прозондировать области пространства, расположенные вдали от орбиты Земли. Уже полет к Юпитеру станции "Пионер-10" принес богатые результаты: при пересечении ею пояса астероидов не было отмечено повышения концентрации мельчайших частиц размерами от 1,5 мм до 10 мкм, по за
депня аппарата в случае мотсоропдпого удара пе ракпа пулю. Несколько раньше мы уже касались вопроса о разрушительной силе подобных "снарядов". Правда, по имеющимся оценкам столкновение корабля с метеороп-дом, обладающим, например, энергией, эквивалентной энергии взрыва 100 г тринитротолуола, может произойти приблизительно раз в 300 лет. Встреча с более мелкой частицей, способной пробить отверстие в незащищенной специальным экраном оболочке корабля, может происходить каждые 1,5 года (подобные экраны защищают основные узлы и отсеки орбитальных космических станций).
Однако мельчайшие частицы и пыль будут непрорьтп-но бомбардировать корабль. Их воздействие не приводит к заметному износу металлических поверхностей, но подвергает эрозии оптику и различную "нежную" оснастку корабля. Такая непрерывная атака создает и благоприятные возможности для исследования метеорного вещества прямыми методами: с помощью специальных датчиков, установленных на космических аппаратах, можно регистрировать удары метеороидов. Важность таких экспериментов обусловлена двумя причинами. Во-первых, можно получить информацию о пылевой составляющей метеорного комплекса, недоступную другим методам; во-вторых, получить сведения о метеорных роях и ассоциациях, пути которых в пространстве не пересекают орбиту Земли.
Специальные устройства для регистрации соударении с метеорными частицами неоднократно устанавливались на различных космических аппаратах. Производились п целевые запуски искусственных спутников Земли, предназначенные для оценки степени метеорной опасности и исследования метеорного вещества вблизи Земли. Так, например, на борту ИСЗ "Эксплорер-16" было установлено несколько стальных экранов толщиной от 25 до 150 мкм. Регистрация пробоя метеороидом осуществлялась с помощью тонких золотых сеток, размещенных на внутренних стенках экранов, так что каждая сетка составляла единую электрическую цепь. При пробое экра-па метеороидом и разрушения сетки цепь разрывалась, что по телеметрии и регистрировалось наземной приемной станцией.
На этом же спутнике устанавливались 150 полуцп-линдрических герметичных камер, изготовленных из медно-бериллиевои фольги различной толщины, напол
метно увеличилось число более крупных тел - размером 1,5-15 см, которые наблюдались с помощью оптического телескопа, установлевного на борту этой станции.
Проскочив благополучно (вопреки ожиданиям) пояс астероидов, "Пионер-10" устремился за пределы Солпея-ной системы. 13 июня 1983 года "Пионер-10" пересек орбиту Нептуна и взял курс в направлении упоминавшейся нами звезды Барпарда. И как, вероятно) знает читатель, первый автоматический курьер, отправленный в Галактику, песет на своем борту стальное письмо, содержащее закодированные сведения о пашей цивилизации.
По иному маршруту был отправлен "Пионер-11", успешно совершивший "нырок" в самую гущу знаменитых колец Сатурна и приславший сообщение, что они состоят из осколков льда сантиметровых размеров. Кстати, кольца Юпитера состоят из несметного числа мелких твердых частиц, среди которых могут быть и ледяные.
От яркого болида к метеоритному дождю
В Москве на улице Марии Ульяновой находится Комитет по метеоритам Академии наук СССР, в котором висит картина "Падение Сихотэ-Алинского метеорита". Ее написал художник П. И. Медведев, по счастливой случайности оказавшийся очевидцем уникального явления. 12 февраля 1947 года он увидел необычайно яркий болид, пронесшийся по небу и скрывшийся за горизонтом. День был солнечный, но болид светил ярче Солнца. Через несколько минут после исчезновения болида послышались звуки, напоминающие орудийную канонаду. Несколько часов на месте траектории болида был виден его след.
П. И. Медведев был потрясен увиденным и, что называется "не сходя с места", восстановил полет болида на известном теперь холсте. И сегодня каждый из нас, посмотрев картину, может, пусть в малой степени, почувствовать себя свидетелем грандиозного небесного явления. Явления, известного сейчас как падение Сихотэ-Алин-ского метеорита - самого крупного железного метеорита, полет которого в атмосфере происходил на глазах уг многих очевидцев.
Метеорит выпал в отрогах Сихотэ-Алинского хребта в Приморском Крае в виде обильного "железного дождя". За все время исследований района падения было найдено на поверхности и извлечено из грунта множество оскол
J Of 1
ков гигаптского тела, имевших массу от долей грамма до нескольких топп. Общая масса доставленного в Москву метеоритного вещества превысила 37 т, причем предполагается, что много вещества осталось в тайге. Несмотря на то что метеорит был железный, он многократно дробился в атмосфере, породив великое множество осколков. Когда вы пытаетесь бросить ком сухого рыхлого снега, то он, не долетая до цели, рассыпается в полеге. На него действует сила сопротивления воздуха. Cnxolo-Алинский метеорит во много раз прочнее снежного кома, однако вследствие громадной скорости движения метеорита в атмосфере сила сопротивления воздуха, давящая на метеорит, достигает огромных значений.
Многочисленные осколки, собранные в месте падения, представляли собой не просто части одного целого, но и содержали в себе информацию о критических стадиях разрушения метеорита. Анализируя формы различных осколков, Е. Л. Кринов выделил три стадии дробления метеорита. На первой стадии громадное метеорное тело, сохранявшее космическую скорость, раскололось на осколки, которые в дальнейшем взаимодействовали с атмосферой, сплавляясь и покрываясь корой плавлеппл (при этом сгладились все острые углы и выступы осколков) . На второй дробились наиболее крупные осколки, на поверхности которых при дальнейшем полете к Земле сохранились следы оплавления (но углы и выступы сгладиться не успели). На третьей стадии, наступившей на высоте, где скорость метеорита значительно уменьшилась, осколки после дробления даже не сплавились, сохранив поверхности разломов в практически нетронутом атмосферой виде.
По оценкам тело, проникшее 12 февраля 1947 года в атмосферу Земли, имело начальную массу не менее 40 т. Какова же его природа?
Совокупность многих, косвенных данных указывает, что Сихотэ-Алинский метеорит является осколком астероида. Биография подавляющего большинства найденных на Земле метеоритов менее определенна. Ведь отсутствуют сведения об орбитах этих метеоритов до их падения на Землю. Восстановить путь вокруг Солнца космических тел, выпавших на нашу планету десятки, сотни, тысячи и миллионы лет назад, не представляется возможным.
Единственный наиболее надежный здесь путь - это фотографирование атмосферной траектории метеорита с
порождающих их тел (рис. 18). После удачи с метеоритом Пшибрам казалось, что специализированные болидные сети могут дать в этом смысле богатсйтпп материал.
Болидов, действительно, было сфотографировано много - только одной Прорийной сетью несколько тысяч. Однако из числа выпавших после пих метеоритов удалось найти лишь три: Лост-Ситп в США, Иннисфри в
Канаде и Хохленлагенбек в ГДР. Определение их орбит показало, что эти метеориты, так же как и метеорит Пшибрам, пришли к нам из пояса астероидов. Почему же при таком обилии болидов метеоритов оказалось ничтожное количество?
Еще в 1946 году известный советский исследователь Б. Ю. Левин, исследуя особенности взаимодействия метеорных тел с атмосферой, пришел к заключению, что только те тела могут выпадать на поверхность Земли в виде метеоритов, скорость входа которых не слишком превышает 20 км/с. Тела, врезающиеся в атмосферу с большей скоростью, подвергаются такой тепловой и ударной нагрузке, что неминуемо полностью разрушаются независимо от их механической прочности.
двух или более удаленных друг от друга пунктов. Впер-пые, случаЁпо, это удалось сделать чехословацким астрономам 7 апреля 1959 года. Болид, порожденный метео-роидом, был сфототрафирован метеорным патрулем Онд-жеевской обсерватории и корреспондирующими станциями. В результате детальной обработки снимков было установлено, что космическое тело, породившее болид, не могло полностью разрушиться в атмосфере и остатки его должны выпасть на поверхность Земли. Определив район падения, астрономы организовали поиск и действительно нашли в местечке Пшибрам несколько обломков каменного метеорита. Расчеты показали, что метеорит Пшибрам (метеориты получают названия по месту их падения) имел типично астероидную орбиту.
Это случайное фотографирование атмосферной траектории метеорита стимулировало разработку аппаратуры для подобпото рода наблюдений. Поскольку болид - очень яркий метеор, а мы знаем, что число метеоров о увеличением их яркости резко убывает, необходимо постоянно держать под контролем все небо, чтобы не упустить ни одного болида. 3. Цеплеха остроумно решил ату проблему, сконструировав небольшие и сравнительно дешевые камеры, главным элементом которых слуткило выпуклое алюминированное зеркало, отражающее изображение всего неба в объектив фотоаппарата.
Такие камеры были рассеяны на территории Чехословакии в среднем на расстоянии 100 км друг от друга. Недостатком этих камер являлась малая светосила, позволявшая фотографировать только болиды ярче -б". Впоследствии эта часть камер была заменена на новые миниатюрные камеры, оснащенные светосильными объективами "Рыбий глаз", имеющими поле зрения 180°. Этп камеры охватывают все небо единым взглядом и пе требуют применения выпуклого зеркала (рис. 17). Количество станций было увеличено, часть из них была размещена па территории ГДР и ФРГ. Эта система станций получила название Европейской болидной сети. Разворачивались болидные сети и в других странах: СССР, США, Канаде, Великобритании. В США сеть болидных камер была размещена па равнинах прерий и названа Прерий-ной сетью.
Задача, которую ставили перед собой ученые, заключалась в фотографировании траекторий болидов с нескольких пунктов и в нахождении по ним районов выпадения метеоритов с дальнейшим определением орбит
Показательны в этом отиошенпи все три упоминап-птихся выше метеорита. По оценкам начальная масса Инписфри составляла 15 кг, а Лост-Сити - от нескольких десятков до сотен килограммов. Оба тела вошли в атмосферу со скоростью 14 км/с и "сумели" сохранишь относительно большое количество массы: ,4,6 и 17 кг соответственно. Начальная масса метеорита Пшибрам оценена в несколько тонн, но до поверхности Земли "добралось" только 9,5 кг. Скорость входа метеорита имела почти критическое значение (20,8 км/с), так что еще чуть-чуть, и падение метеорита могло и не состояться.
Попытки пычислигь траектории метеоритов до их падения на Землю предпринимались и до того. как были найдены метеориты Пшибрам, Лост-Сити и Иннисфри. Путем опроса десятков, а порой и сотен очевидцев устанавливались время пролета метеорита в атмосфере, его угловая и линейная скорости, направление движения. Б. Ю. Левин и его ученица А. Н. Симоненко нашли интересную возможность уточнить элементы орбит многих метеоритов. Они исходили из соображения, что интервал возможных скоростей входа метеоритообразующих тел не очень велик: от 11,2 до 22 км/с. Приписывая этим телам все значения скоростей интервала, Б. Ю. Левин и А. Н. Симоненко получили для каждого метеорита сравнительно узкий "пучок" возможных орбит. В результате им удалось показать, что из пестрого многообразия астероидов наиболее щедрыми поставщиками метеоритов являются астероиды групп Амура и Аполлона. (В отличие от семейств группы астероидов это не "родственники", имеющие общую родословную, а случайные близкие "соседи".)
С 15 июля по 21 августа 1988 года на высокогорной обсерватории Санглок Института астрофизики Академии наук Таджикской ССР царило великое напряжение, вызванное сближением астероида Торо с Землей.
состава я другими причинами. Так, например, увеличение поверхности испарения может происходить не за счет дробления тела, а вследствие сноса большого количества капель расплавленного вещества, что также будет приводить к ускорению разрушения тела и ускорению траекторий метеоров,
Для решения общей фундаментальной проблемы о происхождении и эволюции Солнечной системы очопь важно получить полное представление о химическом составе всех ее обитателей. Пока еще нет возможности доставить образцы метеорного вещества на анализ в физическую или химическую лабораторию. Точно так же нет в этих лабораториях образцов солнечного и звездного вещества. Но паука знает достаточно много о звездном и особенно солнечном веществе. Мало того, некоторые химические элементы (например, гелий) были обнаружены вначале на Солнце и лишь затем на Земле.
Метод, с помощью которого удается познакомиться с химическим составом небесных тел, удаленных от нас на миллиарды километров, подарил нам И. Ньютон. Он первым обратил внимание, что если луч света пропустить через призму, то свет разложится в спектр на семь цветов радуги. Помните, как в школьные годы нас учили запоминать последовательность цветов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Первые буквы слов указывают порядок цветов в спекгре: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Впоследствии стало ясно, что свет разного цвета испускают нагретые тела различной температуры.
Если излучающее тело твердое и непрозрачное, то спектр будет непрерывным и цвета будут постепенно переходить друг в друга. Если излучает высокотемпературный газ, то спектр будет состоять из отдельных ярких линий. Если же излучает твердое тело, окруженное оболочкой более холодного газа, то на фоне непрерывного спектра, идущего от тела, будут видны темные линии поглощения этого газа.
Примечательная особенность спектральных линий состоит в том, что их взаимное расположение в спектре строго фиксировано. Каждая линия соответствует определенному энергетическому переходу атома определенного вещества, и, следовательно, по расположению линий можно точно определить, какому именно химическому элементу они принадлежат. Правда, процедура измерения и отождествления линий в спектрах - задача сложная и
трудная. Во-первых, это связано с обилиэм линии различных элементов. Так, число спектральных л^ший у викеля составляет 505, у кобальта - 920, а у железа - 3045. Разумеется, не все линии каждого эломенга присутствуют в спектре, по все-таки их бывает достаточно много. Во-вторых, линии так тесно располагаются друг к ДРУГУ> что порой их удается разделить лишь с большим трудом.
Лучи свота, разложенные в спектр, несут нам в зашифрованном виде сведения и о таких важных параметрах светящегося метеорного облака, как температура, давление и количественное содержание различных химических элементов. Американскому астрофизику А. Адлеру принадлежит остроумное сравнение спектров с отпечатками пальцев. Правда, отпечатки пальцев дают ценную информацию, если только при их снятии не злоупотреблять мастикой (иначе вместо тонкого характерного рисунка получатся грубые невыразительные пятна). Роль мастики в метеорном спектре играет свет. При по-лучепии спектра обычным (немгновенным) способом избежать избытка "световой мастики" не удается. Порожденная излучением коротко- и долгоживущих метеорпьтх следов, она накапливается на фотоэмульсии, искажая истинный рисунок спектра.
Следовательно, мгновенные спектры, в которых лишняя "мастика" остается "за кадром", имеют решающее преимущество перед обычным. К сожалению, как ужо говорилось, их получение сопряжено с большими техническими и методическими трудностями, обусловленными случайным характером появления метеоров в различных областях неба.
К настоящему времени в спектрах метеоров отождествлены линии атомов и ионов, принадлежащих водороду, натрию, магнию, кремнию, кальцию, хрому, марганцу, железу, никелю. Как мы увидим дальше, эти элементы обнаружены в метеоритах при лабораторном анализе.
Хотя в исследованиях физических характеристик и химического состава метеороидов имеются определенные успехи, полученные результаты еще недостаточно падежны. И здесь определенную пользу могут принести эксперименты по созданию искусственных метеоров путем запуска с ракеты твердых тел ("метеороидов") с известными массой, плотностью и химическим составом. Несмотря на то что постановка таких экспериментов требу
ет высокого инженерного искусства, несколько успешных попыток было осуществлено. Правда, "метеороиды", сотворенные в лабораториях на Земле, были сплошь стальные, железные п алюминиевые, да и выстролплались они со скоростями, не превышающими 16 км/с. Поэтому полученные пока результаты не имеют решающего значения.
Следующие шаги в этом направдепии будут, по-видимому, связаны с запусками рыхлых и хрупких частиц, имеющих сложный химический состав, но такие эксио-рименты требуют привлечения еще более сложного оборудования и разработки тонкой методики.
Дуют ли ветры на больших высотах?
Еще в середине 30-х годов советские исследователи В. В. Федынский и К. П. Станюкович предприняли попытку получить данные о плотности, давлении и температуре верхних слоев атмосферы на основании фотографических наблюдений метеоров. Затеи такого рода работы были развернуты в США Ф. Уиплом и Л. Як-кия, причем наряду с определением указанных параметров изучались их изменения в зависимости от времени года. Много полезных сведений было получено с помощью различных методов и наблюдений в периоды широких научных исследований по программам Международного геофизического года, Международного года Солнца, Международного года спокойного Солнца, в которых активное участие приняли коллективы советских ученых, возглавляемые И. С. Астаповичем, П. Б. Бабаджановым, О. И. Бельковичем, Л. А. Катасевым, Б. Л. Кащеевым, Н. П. Коноплевой, К. В. Костылевым, Е. Н. Крамером, В. Н. Лебединцом, В. В. Сидоровым, В. В. Федынским, Е. И. Фиалко, В. П. Цесевичем.
Последние 20 лет в связи с задачей исследования скорости и направления ветра в верхней атмосфере наибольшее распространение получили методы зондирования атмосферы с помощью геофизических ракет и регистрации смещения (дрейфа) метеорных следов радиолокационными средствами. Если области атмосферы, расположенные на высотах, значительно превышающих 110 км, достаточно активно исследуются с помощью спутников, то метеорная зона оказывается для подобных исследований малодоступной: спутники на орбитах высотой 60- 110 км не летают.
В области пюке 80 км хорошо зарекомопдовал себя ракетный метод. Например, только одной глобальной сетью станций метеорологического ракетного аопдироаа-нпя США осуществлены десятки тысяч ракетных "ии^т-тов" в атмосферу. Что касается интервала высот 80- 110 км, то необходимое количество данных можно получить только по радпопаблюдсниям метеорных следов. Эта область атмосферы представляет огромный пптерйс, поскольку вследствие поглощепия солнечного излучсппя там наблюдается резкое увеличение температуры с высотой, приводящее к внезапным "порывам" ветра, достигающим иногда сотен метров в секунду.
Уже к 1970 году действующая радиометеорпая геофизическая сеть насчитывала двадцать три станции, расположенные в различных странах в полосе от 80" с. ш. до 60° к), ш. В числе восьми станций Советского Союза активно работала в Восточной Африке советская экваториальная метеорная экспедиция (1968-1970 гг.), оргапя-зеванная В. В. Федынским, П. Б. Бабаджановым и Б. Л. Кащеевым.
Необходимость экспедиции диктовалась отсутствием метеорных радиолокационных станций в экваториальном поясе от 38° с. ш. до 35° ю. ш. и, следовательно, существенным пробелом в знаниях об атмосферных процессах в экваториальной зоне. За два года регулярной деятельности экспедиции удалось получить данные о скорости п направлениях преобладающих движений в верхней атмосфере, выявить особенности поведения верхпеатмосфер-ного ветра в зависимости от сезона и от времени суток.
Сделать это было непросто. Неприятным сюрпризом явилось очень частое возникновение в ионосфере областей с повышенной пространственной плотностью электронов. Такие псевдометооры запутывали истинную картину, внося в работу участников экспедиции дополнительные трудности. Тем не менее полученные результаты явились значительным вкладом в создание наблюдательной основы для построения модели общей циркуляции верхней атмосферы.
Неоценимую помощь участникам экспедиции оказал Семен Петрович Дюкарев, страстный поклонник и тонкий цепитель астрономической науки, в то время работавший послом Советского Союза в Республике Сомали. Не ограничиваясь общедоступной* популярной информацией о предмете своего замечательного хобби, он уже много лет посвящает свой досуг любительским наблюдениям,
устремляя миниатюрный телескоп то в небо Восточвоп Азии, то Африки, то Южной Дмерпкп, то родпого Подмосковья.
В настоящее время на больтаинстве этих станций по-дутся исследования в соотвегствии с Международной программой "Глобмет" (глобальные метеорные исследования), включающей в себя организацию широкой сеги метеорных радиолокационных станций но всему земному шару.
Популярности радиометодов способствует то обстоятельство, что в их основе лежат простые физические
представления, а также обилие дешевых источников информации - метеорных следов. Кроме того, эти методы сравнительно легко поддаются автоматизации при сочетании радиолокатора с электронной вычислительной машиной, что способствует получению многочисленных и надежных данных.
Так, в Харьковском институте радиоэлектроники разработана и успешно эксплуатируется оригинальная многофункциональная автоматизированная радиолокационная система. За 10 лет регулярных радионаблюдений
метеоров получены более 200 тысяч орбит мелких мето-орпых тел. Это исключительно ценный материал для решения многих астрономических и геофизических задач,
В марте - апреле 1989 года автор этих строк тто приглашению Корпеллского университета штата Нью-Йорк участвовал в оптических наблюдениях метеоров п болидов на знаменитой обсерватории Аресибо (остроп Пуэрто-Рико) (рис. 16) в рамках междупародНого проекта ДИДД (Аресибо Инициатива в исследовании Динамики Атмосферы) .
Совместпая работа с такими признанпьтмп овчорптета-ми в исследовании средней и верхней атмосферы как Роберт Роупер (Технологический институт в Атланте, штат Джорджия), Джон Метыоз (Пенсильванский упипорситет в Филадельфии, штат Пенсильвания), Колип Хайнс (обсерватория Аресибо Корнеллского университета), Алан Питерсон (Уайтворз колледж, штат Башпттоп) и другими учеными из разных стран прошла успогппо.
Решению организационных проблем немало способствовали директор обсерватории Аресибо М. Девис) заместитель председателя Междуведомственного геофизического комитета АН СССР В. А. Нечитайленко и директор института астрофизики АН ТаджССР М. П. Максумов.
В лесистых горах острова Пуэрто-Рико родился замечательный пример международного научного сотрудничества, пример атмосферы искренности и единомыслия, высокого профессионализма и доверительной этики, взаимодействия и большой дружбы. Этот международный "подряд" действовал настолько слаженно и творчески вдохновенно, что само небо, вначале хмурое и "неулыбчивое", задрапированное в серые печальные облачные доспехи, не выдержало и подарило те самые ясные ночи, которые так необходимы при любых оптических наблюдениях.
Сейчас результаты "перевариваются" в машинном "котле" проекта АЙДА и скоро станут достоянием специалистов, а может быть, в популярном изложении ц вашим достоянием, дорогие юные читатели.
А что "говорят" космические аппараты?
С появлением автоматических и пилотируемых космических аппаратов изучение метеороидов приобрело практическое значение. Хотя число метеороидов быстро убывает с ростом их массы, вероятность повреж
ненных гелием. Пробой в стенке приводил к падению давления в камере, что также нарушало контакт в цепи.
Результаты экспериментов показали, что пробивная способность космических пылевых частиц ниже, чем расчетная: факт, интерпретируемый в пользу рыхлой структуры и малой плотности частиц. Кстати, проведение эксперимента совпало с - действием потоков Геминид и Квадрантид (группа звезд, расположенных на стыке созвездий Волопаса, Геркулеса и Дракона, раньше называлась Стенной Квадрант; отсюда название потока), но число пробоев не увеличивалось по сравнению со временем, когда потоки отсутствовали, что соответствует данным радиолокационных наблюдений о незначительном количестве мелких тел в некоторых метеорных роях.
Исключительный интерес представляют полеты автоматических межпланетных станций к большим планетам, поскольку с их помощью удается прозондировать области пространства, расположенные вдали от орбиты Земли. Уже полет к Юпитеру станции "Пионер-10" принес богатые результаты: при пересечении ею пояса астероидов не было отмечено повышения концентрации мельчайших частиц размерами от 1,5 мм до 10 мкм, по за
депня аппарата в случае мотсоропдпого удара пе ракпа пулю. Несколько раньше мы уже касались вопроса о разрушительной силе подобных "снарядов". Правда, по имеющимся оценкам столкновение корабля с метеороп-дом, обладающим, например, энергией, эквивалентной энергии взрыва 100 г тринитротолуола, может произойти приблизительно раз в 300 лет. Встреча с более мелкой частицей, способной пробить отверстие в незащищенной специальным экраном оболочке корабля, может происходить каждые 1,5 года (подобные экраны защищают основные узлы и отсеки орбитальных космических станций).
Однако мельчайшие частицы и пыль будут непрорьтп-но бомбардировать корабль. Их воздействие не приводит к заметному износу металлических поверхностей, но подвергает эрозии оптику и различную "нежную" оснастку корабля. Такая непрерывная атака создает и благоприятные возможности для исследования метеорного вещества прямыми методами: с помощью специальных датчиков, установленных на космических аппаратах, можно регистрировать удары метеороидов. Важность таких экспериментов обусловлена двумя причинами. Во-первых, можно получить информацию о пылевой составляющей метеорного комплекса, недоступную другим методам; во-вторых, получить сведения о метеорных роях и ассоциациях, пути которых в пространстве не пересекают орбиту Земли.
Специальные устройства для регистрации соударении с метеорными частицами неоднократно устанавливались на различных космических аппаратах. Производились п целевые запуски искусственных спутников Земли, предназначенные для оценки степени метеорной опасности и исследования метеорного вещества вблизи Земли. Так, например, на борту ИСЗ "Эксплорер-16" было установлено несколько стальных экранов толщиной от 25 до 150 мкм. Регистрация пробоя метеороидом осуществлялась с помощью тонких золотых сеток, размещенных на внутренних стенках экранов, так что каждая сетка составляла единую электрическую цепь. При пробое экра-па метеороидом и разрушения сетки цепь разрывалась, что по телеметрии и регистрировалось наземной приемной станцией.
На этом же спутнике устанавливались 150 полуцп-линдрических герметичных камер, изготовленных из медно-бериллиевои фольги различной толщины, напол
метно увеличилось число более крупных тел - размером 1,5-15 см, которые наблюдались с помощью оптического телескопа, установлевного на борту этой станции.
Проскочив благополучно (вопреки ожиданиям) пояс астероидов, "Пионер-10" устремился за пределы Солпея-ной системы. 13 июня 1983 года "Пионер-10" пересек орбиту Нептуна и взял курс в направлении упоминавшейся нами звезды Барпарда. И как, вероятно) знает читатель, первый автоматический курьер, отправленный в Галактику, песет на своем борту стальное письмо, содержащее закодированные сведения о пашей цивилизации.
По иному маршруту был отправлен "Пионер-11", успешно совершивший "нырок" в самую гущу знаменитых колец Сатурна и приславший сообщение, что они состоят из осколков льда сантиметровых размеров. Кстати, кольца Юпитера состоят из несметного числа мелких твердых частиц, среди которых могут быть и ледяные.
От яркого болида к метеоритному дождю
В Москве на улице Марии Ульяновой находится Комитет по метеоритам Академии наук СССР, в котором висит картина "Падение Сихотэ-Алинского метеорита". Ее написал художник П. И. Медведев, по счастливой случайности оказавшийся очевидцем уникального явления. 12 февраля 1947 года он увидел необычайно яркий болид, пронесшийся по небу и скрывшийся за горизонтом. День был солнечный, но болид светил ярче Солнца. Через несколько минут после исчезновения болида послышались звуки, напоминающие орудийную канонаду. Несколько часов на месте траектории болида был виден его след.
П. И. Медведев был потрясен увиденным и, что называется "не сходя с места", восстановил полет болида на известном теперь холсте. И сегодня каждый из нас, посмотрев картину, может, пусть в малой степени, почувствовать себя свидетелем грандиозного небесного явления. Явления, известного сейчас как падение Сихотэ-Алин-ского метеорита - самого крупного железного метеорита, полет которого в атмосфере происходил на глазах уг многих очевидцев.
Метеорит выпал в отрогах Сихотэ-Алинского хребта в Приморском Крае в виде обильного "железного дождя". За все время исследований района падения было найдено на поверхности и извлечено из грунта множество оскол
J Of 1
ков гигаптского тела, имевших массу от долей грамма до нескольких топп. Общая масса доставленного в Москву метеоритного вещества превысила 37 т, причем предполагается, что много вещества осталось в тайге. Несмотря на то что метеорит был железный, он многократно дробился в атмосфере, породив великое множество осколков. Когда вы пытаетесь бросить ком сухого рыхлого снега, то он, не долетая до цели, рассыпается в полеге. На него действует сила сопротивления воздуха. Cnxolo-Алинский метеорит во много раз прочнее снежного кома, однако вследствие громадной скорости движения метеорита в атмосфере сила сопротивления воздуха, давящая на метеорит, достигает огромных значений.
Многочисленные осколки, собранные в месте падения, представляли собой не просто части одного целого, но и содержали в себе информацию о критических стадиях разрушения метеорита. Анализируя формы различных осколков, Е. Л. Кринов выделил три стадии дробления метеорита. На первой стадии громадное метеорное тело, сохранявшее космическую скорость, раскололось на осколки, которые в дальнейшем взаимодействовали с атмосферой, сплавляясь и покрываясь корой плавлеппл (при этом сгладились все острые углы и выступы осколков) . На второй дробились наиболее крупные осколки, на поверхности которых при дальнейшем полете к Земле сохранились следы оплавления (но углы и выступы сгладиться не успели). На третьей стадии, наступившей на высоте, где скорость метеорита значительно уменьшилась, осколки после дробления даже не сплавились, сохранив поверхности разломов в практически нетронутом атмосферой виде.
По оценкам тело, проникшее 12 февраля 1947 года в атмосферу Земли, имело начальную массу не менее 40 т. Какова же его природа?
Совокупность многих, косвенных данных указывает, что Сихотэ-Алинский метеорит является осколком астероида. Биография подавляющего большинства найденных на Земле метеоритов менее определенна. Ведь отсутствуют сведения об орбитах этих метеоритов до их падения на Землю. Восстановить путь вокруг Солнца космических тел, выпавших на нашу планету десятки, сотни, тысячи и миллионы лет назад, не представляется возможным.
Единственный наиболее надежный здесь путь - это фотографирование атмосферной траектории метеорита с
порождающих их тел (рис. 18). После удачи с метеоритом Пшибрам казалось, что специализированные болидные сети могут дать в этом смысле богатсйтпп материал.
Болидов, действительно, было сфотографировано много - только одной Прорийной сетью несколько тысяч. Однако из числа выпавших после пих метеоритов удалось найти лишь три: Лост-Ситп в США, Иннисфри в
Канаде и Хохленлагенбек в ГДР. Определение их орбит показало, что эти метеориты, так же как и метеорит Пшибрам, пришли к нам из пояса астероидов. Почему же при таком обилии болидов метеоритов оказалось ничтожное количество?
Еще в 1946 году известный советский исследователь Б. Ю. Левин, исследуя особенности взаимодействия метеорных тел с атмосферой, пришел к заключению, что только те тела могут выпадать на поверхность Земли в виде метеоритов, скорость входа которых не слишком превышает 20 км/с. Тела, врезающиеся в атмосферу с большей скоростью, подвергаются такой тепловой и ударной нагрузке, что неминуемо полностью разрушаются независимо от их механической прочности.
двух или более удаленных друг от друга пунктов. Впер-пые, случаЁпо, это удалось сделать чехословацким астрономам 7 апреля 1959 года. Болид, порожденный метео-роидом, был сфототрафирован метеорным патрулем Онд-жеевской обсерватории и корреспондирующими станциями. В результате детальной обработки снимков было установлено, что космическое тело, породившее болид, не могло полностью разрушиться в атмосфере и остатки его должны выпасть на поверхность Земли. Определив район падения, астрономы организовали поиск и действительно нашли в местечке Пшибрам несколько обломков каменного метеорита. Расчеты показали, что метеорит Пшибрам (метеориты получают названия по месту их падения) имел типично астероидную орбиту.
Это случайное фотографирование атмосферной траектории метеорита стимулировало разработку аппаратуры для подобпото рода наблюдений. Поскольку болид - очень яркий метеор, а мы знаем, что число метеоров о увеличением их яркости резко убывает, необходимо постоянно держать под контролем все небо, чтобы не упустить ни одного болида. 3. Цеплеха остроумно решил ату проблему, сконструировав небольшие и сравнительно дешевые камеры, главным элементом которых слуткило выпуклое алюминированное зеркало, отражающее изображение всего неба в объектив фотоаппарата.
Такие камеры были рассеяны на территории Чехословакии в среднем на расстоянии 100 км друг от друга. Недостатком этих камер являлась малая светосила, позволявшая фотографировать только болиды ярче -б". Впоследствии эта часть камер была заменена на новые миниатюрные камеры, оснащенные светосильными объективами "Рыбий глаз", имеющими поле зрения 180°. Этп камеры охватывают все небо единым взглядом и пе требуют применения выпуклого зеркала (рис. 17). Количество станций было увеличено, часть из них была размещена па территории ГДР и ФРГ. Эта система станций получила название Европейской болидной сети. Разворачивались болидные сети и в других странах: СССР, США, Канаде, Великобритании. В США сеть болидных камер была размещена па равнинах прерий и названа Прерий-ной сетью.
Задача, которую ставили перед собой ученые, заключалась в фотографировании траекторий болидов с нескольких пунктов и в нахождении по ним районов выпадения метеоритов с дальнейшим определением орбит
Показательны в этом отиошенпи все три упоминап-птихся выше метеорита. По оценкам начальная масса Инписфри составляла 15 кг, а Лост-Сити - от нескольких десятков до сотен килограммов. Оба тела вошли в атмосферу со скоростью 14 км/с и "сумели" сохранишь относительно большое количество массы: ,4,6 и 17 кг соответственно. Начальная масса метеорита Пшибрам оценена в несколько тонн, но до поверхности Земли "добралось" только 9,5 кг. Скорость входа метеорита имела почти критическое значение (20,8 км/с), так что еще чуть-чуть, и падение метеорита могло и не состояться.
Попытки пычислигь траектории метеоритов до их падения на Землю предпринимались и до того. как были найдены метеориты Пшибрам, Лост-Сити и Иннисфри. Путем опроса десятков, а порой и сотен очевидцев устанавливались время пролета метеорита в атмосфере, его угловая и линейная скорости, направление движения. Б. Ю. Левин и его ученица А. Н. Симоненко нашли интересную возможность уточнить элементы орбит многих метеоритов. Они исходили из соображения, что интервал возможных скоростей входа метеоритообразующих тел не очень велик: от 11,2 до 22 км/с. Приписывая этим телам все значения скоростей интервала, Б. Ю. Левин и А. Н. Симоненко получили для каждого метеорита сравнительно узкий "пучок" возможных орбит. В результате им удалось показать, что из пестрого многообразия астероидов наиболее щедрыми поставщиками метеоритов являются астероиды групп Амура и Аполлона. (В отличие от семейств группы астероидов это не "родственники", имеющие общую родословную, а случайные близкие "соседи".)
С 15 июля по 21 августа 1988 года на высокогорной обсерватории Санглок Института астрофизики Академии наук Таджикской ССР царило великое напряжение, вызванное сближением астероида Торо с Землей.