Утром 15 февраля 2013 года небольшой астероид взорвался над Челябинском, вызвав громкую ударную волну и звуковой удар по всему региону.Метеорит диаметром примерно 20 метров был одним из самых крупных, обнаруженных в атмосфере Земли более чем за сто лет.
Спустя десятилетие ученые из программы планетарной защиты Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL) обнародовали подробности исследования этого воздушного взрыва.
Это событие изучали различные исследовательские организации, но ученые LLNL были первыми, кто смоделировал Челябинский метеорит в полном 3D с помощью материальной модели, основанной на данных исследований метеоритов, извлеченных из места происшествия. В отличие от исторических метеоритных событий, взрыв в воздухе в 2013 году был записан на мобильный телефон и видеокамеру наблюдения с разных ракурсов, а 500-килограммовый фрагмент был извлечен из озера Чебаркуль вскоре после столкновения.
Их моделирование, которое точно соответствовало реальным наблюдаемым событиям, предполагает, что объект мог быть монолитным или представлять собой цельный кусок скалы. По словам исследователей, если это было так, то прочность материала и разрушение сыграли значительную роль в разрушении объекта и возникшей в результате взрывной волне.
Исследовательская группа использовала гидродинамику сглаженных частиц (SPH), вычислительный метод, используемый для моделирования динамики механики твердого тела и потоков жидкости, для изучения режима разрушения монолитного астероида. В ходе моделирования команда обнаружила, что воздушный взрыв происходит, когда в задней части астероида под действием растягивающего напряжения образуются крупные трещины. Временной масштаб распространения трещин к передней части астероида контролирует время, в течение которого астероид раскалывается на более мелкие фрагменты при входе в атмосферу Земли. Семейство фрагментов вблизи фронта ударной волны затем временно экранирует область полностью поврежденного материала, пока на высоте примерно 30 км над поверхностью Земли неповрежденные фрагменты не отделятся и обломки не окажутся в свободном потоке. Наконец, облако обломков быстро замедляется, а оставшиеся фрагменты продолжают распадаться на более мелкие куски породы.
Процесс распада богат физикой. Связь астероида с атмосферой зависит от площади его поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем больше объект подвержен воздействию тепла, стресса и давления.
«Когда астероид входит в атмосферу, начинается своего рода катастрофический сбой», – объясняет физик LLNL Майк Оуэн. «И он имеет тенденцию сжиматься в направлении движения. Это было похоже на то, как будто астероид сжимается в направлении движения, разбиваясь на отдельные куски, которые начинают отделяться и ломаться перпендикулярно направлению движения».
«Внезапно в результате гиперзвукового взаимодействия с воздухом увеличивается количество материала, поступает больше тепла, увеличивается нагрузка на него, что ускоряет разрушение, и получается своего рода каскадный процесс».
Лучшее понимание процесса разрушения может быть использовано для построения более точных статистических моделей риска, создаваемого астероидами класса «Челябинск». По словам Коди Раскина из LLNL, ключевого участника проекта, понимание того, как эти объекты распадаются и передают свою энергию в атмосферу, имеет решающее значение для точной оценки ущерба, который они могут нанести, и может быть использовано для более эффективного обоснования стратегий гражданской обороны.