Российские ученые воспроизвели в лаборатории след болида, — оптическое явление, возникающее при сгорании крупного небесного тела в атмосфере, — и смогли определить его ключевые параметры. Это позволит улучшить имеющиеся модели движения болидов, что сделает разработку систем защиты от астероидной опасности эффективнее, а также поможет в изучении других планет. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Когда небесное тело искусственного или естественного происхождения входит в атмосферу Земли, оно тут же начинает сгорать. Это явление известно как «падающие звезды», или метеоры, которые представляют собой свечение облака из разогретого газа (плазмы) и твердых частиц, отделяющиеся от раскаленного космического тела. Если метеор очень яркий — ярче, чем Венера — его называют болидом.
Специалисты строят модели того, как падающий объект будет двигаться в атмосфере, чтобы просчитать, где упадет космическое тело (например, метеорит) и достигнет ли оно поверхности Земли вообще. Также эти расчеты полезны при рассмотрении проблемы астероидной опасности для разработки мер по защите от столкновений с большими космическими телами. Чтобы расчеты были точнее, необходимо иметь представление о том, что происходит с ними в процессе падения, как меняется их температура и давление в следе метеороида. Существует несколько моделей, которые позволяют просчитать, как будет двигаться тело, но не все характеристики можно получить математически, и в результате ученые работают с их приблизительными значениями. Более того, численное моделирование не всегда возможно, и в этом случае можно перейти к воссозданию процесса сгорания метеороида в лаборатории.
Сотрудники Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова воспроизвели в лаборатории след болида. Авторы направляли мощный лазерный луч на мишени из оксида железа — этот металл часто встречается в составе метеоритов и материалов, из которых делают летательные аппараты, а оксид образуется при взаимодействии железа с кислородом атмосферы. Затем они наблюдали за тем, как изменяется спектр излучения этого соединения при испарении в высоких температурах.
Ученые выяснили, что температура в остывающем следе болида достигает 4 700°C. По спектрам излучения железа они также рассчитали, что давление в нем превышает атмосферное в 25 раз. Практическое значение результаты исследования имеют при изучении астероидной опасности, сводимых с орбиты спутников или космического мусора, а также особенностей разрушения тел при вхождении в атмосферу Земли. Исходя из особенностей движения болида можно рассчитать его траекторию до столкновения с Землей, что помогает определить происхождение космического тела. Помимо этого, точная траектория движения объекта позволяет прогнозировать место его возможного падения.
«Мы надеемся, что в дальнейшем сможем расширить нашу модель при участии российских и зарубежных коллег. Пока же мы планируем применить ее для моделирования вхождения различных небесных тел в атмосферу. Более того, изучая метеорные явления у других планет и спутников, например Меркурия, Венеры или спутников Юпитера, можно больше узнать о них», — рассказывает исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Тимур Лабутин, проекта кандидат химических наук, доцент кафедры лазерной химии химического факультета МГУ.