Российские ученые дали новое объяснение загадки Тунгусского метеорита

Коллектив российских ученых предложил новое объяснение Тунгусского феномена. По их расчетам, значительные разрушения в районе Подкаменной Тунгуски связаны не с падением космического объекта на Землю, а с ударными волнами, возникшими при сквозном прохождении железного астероида сквозь атмосферу Земли. Это объясняет отсутствие на поверхности Земли метеоритных фрагментов. Результаты исследований опубликованы в цикле статей в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Краткие итоги опубликованы на сайте Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук.

30 июня 1908 года над Сибирью в районе Подкаменной Тунгуски произошло событие, о причинах которого ученые до сих пор спорят. Десятилетия поисков не приносили новых результатов. Тайна Тунгусского явления оставалась неразгаданной, несмотря на десятки предложенных гипотез.

Основываясь на расчетах траектории и массы космического объекта, внешних действующих на него сил и изменений начальной скорости, ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» при участии молодых коллег из нескольких российских академических институтов и университетов представили новое объяснение Тунгусского феномена. Исследователи показали, что разрушения, созданные Тунгусским космическим телом, могли быть вызваны ударной волной. Взрывной удар мог возникнуть при прохождении космического тела через атмосферу Земли при условии, что оно состояло не из льда, как кометные ядра, а из железа.

Примеры крупных космических тел из железа хорошо известны. Например, Аризонский метеорит с начальным размером более 50 метров образовал 50 тысяч лет назад в месте падения кратер диаметром 1200 и глубиной 200 метров.

Чтобы проверить свою теорию и подробнее изучить поведение космических тел при вхождении в атмосферу, ученые создали модель поведения малых астероидов в атмосфере Земли.

«Мы рассчитали траекторные характеристики для космических объектов диаметром от 200 до 50 метров, состоящих из железа, льда или каменных пород, таких как кварц и лунный грунт. Модель показывает, что Тунгусское тело не могло состоять из камня или льда, поскольку низкая прочность этих внутренне неоднородных материалов, в отличие от железа, приводит к быстрому разрушению таких тел в атмосфере в условиях колоссального аэродинамического давления», — рассказал руководитель проекта Сергей Карпов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики им Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, профессор Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ.

Помимо этого, предложенная модель учитывала изменение траектории движения космического тела в зависимости от аэродинамического сопротивления, угла и скорости входа в атмосферу, свойств материала тела и его прохождения через различные слои атмосферы. Основываясь на результатах моделирования, исследователи показали, что Тунгусский феномен был вызван железным астероидом с наиболее вероятным размером от 100 до 200 метров. Этот астероид прошел сквозь атмосферу Земли при минимальной высоте полета 10−15 километров со скоростью около 20 километров в секунду. Он продолжил свое движение по околосолнечной орбите, потеряв около половины своей начальной массы, которая могла превышать три миллиона тонн и, сохранив при этом свою целостность.

Подобный объект мог создать ударную волну, способную вызвать падение деревьев на территории, значительно превышающей полторы тысячи квадратных километров, и не оставить на поверхности Земли никаких следов самого исходного тела. Основной вклад вносила сферическая составляющая этой ударной волны, характерная для взрыва. Расчеты показали, что ее возникновение связано с резким увеличением скорости испарения тела при приближении к эпицентру в верхних слоях тропосферы — для двухсотметрового тела — до 500 тысяч тонн в секунду из-за сильного нагрева его поверхности. Именно эта огромная масса может мгновенно расширяться в виде высокотемпературной плазмы, создавая эффект взрыва. Таким образом, колоссальные разрушения на Земле были вызваны не прямым попаданием астероида, а ударными волнами, создаваемыми при прохождении крупного космического тела в атмосфере.

Еще одна загадка Тунгусского феномена — причина пожаров, охвативших район эпицентра площадью более 160 квадратных километров. Объяснение этого явления связано с действием светового излучения высокой интенсивности, порождаемого головой болида с температурой излучающей поверхности свыше 10 000 градусов на минимальной высоте полета. Было показано, что именно в таких условиях на поверхности Земли достигается температура воспламенения горючих материалов, которые нагреваются при поглощении оптического излучения от болида за расчетное время пролета над эпицентром в течение 1−1.5 секунд.

«Моделирование поведения различных космических тел в атмосфере Земли поможет более точно предсказывать степень астероидной опасности. В особенности это касается космических объектов, размером более двух километров. Именно такие астероиды представляют наибольшую угрозу для нашей цивилизации. Модельные расчеты позволят определить вероятность столкновения подобных объектов с Землей, их свойства, последствия падения, а также характерные особенности сквозного прохождения через атмосферу даже без столкновения с поверхностью Земли, поскольку ударные волны, порождаемые этим прохождением, обладают колоссальной разрушительной силой», — пояснил Сергей Карпов.

Исследования в этом направлении продолжаются. Ученым предстоит выяснить еще ряд вопросов в рамках предложенной модели. К ним, в частности, относятся расчеты амплитуды ударной волны в районе эпицентра в разных условиях и изменение температуры поверхности астероида на длине траектории, развитие во времени процесса прохождения тела в атмосфере, включая его разрушение.