Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург), Университета Хельсинки и Финского института геопространственных исследований разработали и успешно испытали первую в мире модель, которая позволяет точно определить местонахождение метеоритов и всех их фрагментов на поверхности Земли.
Таким образом, можно установить конечную массу космического вещества на нашей планете. Статья о модели опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
В прежних моделях начальной точкой для расчетов служил момент вспышки метеорита при вхождении в плотные слои атмосферы Земли. В то же время эти модели не отражали траекторию темного полета метеорита, после погасания его свечения. Поэтому расчеты носили приблизительный характер и в лучшем случае позволяли определить место падения только одного тела, но не его многочисленных фрагментов. Это затрудняло поиски метеоритов и их осколков на поверхности Земли. Другие модели давали схематическое представление о фрагментации метеороидов, рассчитывали область расхождения фрагментов в атмосфере лишь теоретически и для решения практических задач, то есть в предсказании мест падения образцов, не применялись.
«Мы впервые предложили комплексную модель, которая отслеживает путь метеоритных фрагментов не с точки максимального свечения болида, а раньше, с первых мгновений наблюдения за объектом при его вхождении в атмосферу Земли и до падения на ее поверхность, включая темный участок траектории. Помимо этого, наша модель учитывает такие важные факторы, как абляция — унос массы метеоритного вещества под воздействием встречных газовых потоков — фрагментация и движение атмосферных ветров. Раньше считалось, что абляция прекращается вместе с погасаниeм болида в плотных слоях земной атмосферы, мы же — как оказалось, корректно — допустили, что абляция продолжается в течение короткого времени и после этого события», — рассказывает Мария Грицевич, старший научный сотрудник лаборатории Extra Terra Consortium УрФУ и Финского института геопространственных исследований, доцент планетных исследований Университета Хельсинки.
Разработчики модели допустили, что фрагментация метеорного тела происходит не только во время «взрыва» и вполне вероятна на более ранних участках траектории. Кроме того, этой работой ученые впервые опровергли мнение о том, что в задаче о движении метеорного тела сложно поддается моделированию динамика атмосферных ветров. Исследователи показали, что направление ветров вносит значительный вклад в то, какую форму и размеры принимает поле рассеяния фрагментов метеорита. Выяснилось, что наиболее распространенная форма поля рассеяния вовсе не эллипс, как было принято считать, а узкая длинная область в виде клина.
Модель сочетает данные оптических — фото- и видеонаблюдений — за болидами, метеорологических наблюдений и оригинальные формулы расчетов.
«В результате компьютерной обработки данных по разработанным нами формулам получается реалистичная картина распределения всей массы фрагментов метеорита на Земле. Теперь отчетливо видно и форму области их распределения в целом, и места падения каждого отдельного фрагмента. Так как область рассеяния фрагментов может растянуться на километры, это значительно облегчает поиски и повышает шансы на успех, приводит к серьезной экономии средств и времени. Последнее обстоятельство наиболее важно, ведь чем дольше космическое тело находится на Земле, тем сильнее оно окисляется и теряет первоначальные свойства», — объясняет научный сотрудник Финского института геопространственных исследований Ярмо Мойланен.
Продуктивность созданной модели ретроспективно проверили на двух событиях: падении метеорита Нойшванштайн (граница Германии и Австрии, 2002 г.) и метеорита Кошице (Словакия, 2010 г.). Применение модели позволило пересмотреть исторические случаи падения метеоритных дождей и предсказать наличие многих ранее не найденных фрагментов. Кроме того, с помощью модели ученые успешно обнаружили метеориты Аннама на Кольском полуострове, Озерки — в Липецкой области, Фленсбург — в Германии и астероид 2018LA — на границе Ботсваны и ЮАР.
«Наша модель на практике подтвердила эффективность. Ее применение открывает возможность уточнить массу метеоритного вещества, прибывающего на нашу планету, и найти новые, до сих пор не обнаруженные кластеры метеоритных фрагментов. Теперь задача в том, чтобы инструментально зафиксировать как можно больше метеорных событий. Этому будет способствовать установка специального видеозаписывающего оборудования в разных точках Земли, на суше, на морских и воздушных судах. С моей точки зрения, Россия, как самая крупная по площади страна, „принимающая“ предположительно наибольшее количество метеоритов, должна особенно позаботиться о распространении на своей территории такого оборудования», — считает Мария Грицевич.
Своевременное обнаружение и сбор метеоритного вещества — экономичная альтернатива дорогостоящим космическим миссиям на другие планеты, а также к кометам и астероидам, в целях получения и доставки на Землю образцов космической материи. Причем, в отличие от таких миссий, сбор метеоритов и их фрагментов на Земле дает гарантированный материал для изучения Солнечной системы, ее происхождения, развития и будущего.
«Наша планета ежегодно „принимает“ порядка 100 тыс. тонн метеоритов. Образно говоря, „почтовый ящик“ Земли и человечества до отказа забит „письмами“ и „посылками“ из космоса. Задача в том, чтобы своевременно собрать этот материал и заняться его интерпретацией. Среди важнейших научных вопросов, которые могут быть разъяснены, — сама гипотеза об образовании Солнечной системы. И наша модель приближает решение этой задачи», — подчеркивает Мария Грицевич.
Справка
Метеороиды — небесные тела (осколки комет или астероидов) размером больше космической пыли и меньше астероида. Влетев на огромной скорости в атмосферу Земли и сильно разогревшись из-за трения о нее, метеороид разрушается и сгорает. При этом возникает явление, которое называют «метеором»: это либо метеорный поток (звездопад), либо болид, состоящий из яркого огненного шара и хвоста. Остаточная масса метеороида, достигшая поверхности Земли, называется метеоритом.
- Сейчас в международной базе данных зарегистрировано около 65,2 тыс. метеоритов, собранных на поверхности Земли. Однако только в 40 случаях с помощью наблюдений получены сведения об атмосферной траектории метеоритов и, следовательно, информация о том, откуда эти «космические пришельцы» прибыли на нашу планету. Количество известных науке астероидов в Солнечной системе перевалило за миллион. Всего же, по расчетам, вокруг Солнца вращается больше 150 млн астероидов размером более 100 метров и бесчисленное множество меньших.
УрФУ — один из ведущих вузов России со столетней историей. Расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных летних студенческих игр 2023 года. В Год науки и технологий примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ).
