CC BY
33
О ВЗРЫВЕ ТУНГУССКОГО КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛА В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ
Кучеров В.И.
МГСУ
В работе [9] сделано предположение о солнечной природе Тунгусского космического тела (ТКТ), которое представлялось сгустком-выбросом плазмы солнечного вещества из недр Солнца в период максимума его активности в 1908г. Если принять выделение энергии при взрыве ТКТ равным 71023 эрг, то масса сгустка-выброса по расчётной оценке этой работы оказывается не менее 7,3710 т, диаметр-10,6-11,9 км, плотность-0,98-10
6-1,210-6 г/см3, температура сгустка-выброса ТКТ при вторжении в атмосферу Земли имела величину 3000-3700°С. После смешения с воздухом при движении в земной атмосфере ТКТ представляло собой четырёхком-понентную газовую смесь водорода с кислородом, азотом и гелием, небольшой примесью других газов и конденсатом минералоподобных химических соединений элементов, которые образовались в объёме ТКТ при охлаждении до температуры самовоспламенения 1200-1400°С. Масса взорвавшегося сгустка-смеси ТКТ составляла не менее 20,737 106 т, диаметр-
11,8-12,4 км, плотность - 2,07-10-5-2,36-10-5 г/см3 [9].
Взрыв ТКТ 30.06.1908г был воздушным, т.е. произошёл в земной атмосфере на высоте не менее 5 км [5]. Физическая модель этого взрыва должна объяснять характер повреждения земной поверхности (форму лесоповала и лучистого ожога деревьев, образование области стоячего леса), а также эффекты и явления, сопутствовавшие Тунгусскому феномену. Причины появления оптических аномалий до и после взрыва ТКТ, повышенного количества ярких болидов летом 1908г, а также некоторых других эффектов Тунгусской катастрофы, отмечены в работе [9].
Последовательность конденсации химических элементов и их соединений при охлаждении солнечной плазмы известна [17, 18]. Первыми при температурах 1350-1500°С конденсируются высокотемпературные оксиды в виде корунда - А12О3, перовскита - СаТЮ3 и мелилита - (Са, №)2'(А!, Мд, Рв)(Б1, АО2О7, затем ПРИ 900-1300°С - железоникелевый сплав с небольшим количеством кобальта и хрома, магнезиальные силикаты, анортит - Са(А!2312О8) и
высокотемпературный троилит - РвБ. Соединения щёлочных металлов конденсируются при 900-950°С в виде полевых шпатов. Следовательно, при охлаждении до температуры самовоспламенения (1200-1400°С) в объёме сгустка-смеси ТКТ при сравнительно низком давлении (0,14 атм) и весьма слабом гравитационном поле Земли образовывалась рыхлая, губчатая многокомпонентная смесь минералов разнотемпературного генезиса, которая по своему
химическому составу и строению вполне соответствует метеоритам различных классов.
Плотность минеральной части ТКТ на 4-5 порядков превышала среднюю плотность сгустка-смеси и при торможении в атмосфере, обладая большей инерцией, перемещалась в головную часть тела, а на конечном участке траектории могла и частично выдвинуться за пределы сгустка. Инициирование взрыва ТКТ произошло, по-видимому, вследствие местного касания головной ударной волны с губчатой массой минеральной части, пропитанной горючей водород-кислородной смесью газов. Клиновидный разрыв зоны лучистого ожога деревьев в восточном направлении, отмеченный в работе [2], можно объяснить экранированием светового излучения минеральной частью сгустка-смеси на начальной стадии взрыва ТКТ.
По современным представлениям [13] при тепловом взрыве в газовых горючих смесях взрывная волна распространяется с постоянной скоростью в виде узкой зоны химической реакции, разделяющей исходные компоненты от высокотемпературных продуктов реакции. Распространение взрывной волны в объёме сгустка-смеси ТКТ можно представить схемой на рис.1. ХУ - траектория движения ТКТ шарообразной формы с центром в точке О, Усг - вектор скорости движения тела, А - точка инициирования взрыва ТКТ. Фронт взрывной волны представляется расширяющимся сферическим сегментом с центром сферы в точке А, который перемещается в объёме ТКТ с постоянной скоростью Ув. На
оси ХУ эта скорость имеет направление, противоположное Vcг.. 1 - 1 и 2 - 2 -
положения фронта взрывной волны соответственно через одну и две секунды после инициирования взрыва. На схеме показано также положение фронта (С -С), когда плоскость основания сферического сегмента проходит через центр ТКТ, имея максимальный размер. Дальнейшее продвижение фронта взрывной волны в объёме ТКТ приводит к сокращению её сферического сегмента вплоть до нуля в точке В (рис.1).
фронт взрывной волны
направление 1 движения ТКТ \
I
[В
У
Рис.1. Схема распространения фронта взрывной волны в объёме сгустка-смеси ТКТ
л;
Скорость распространения взрывной волны в водородно-кислородных смесях составляет 2,821 км/с по данным [16] и достигает 3,5 км/с по данным [13]. Полное время взрыва можно получить, разделив диаметр сгустка-смеси ТКТ на скорость движения взрывной волны. При Ув= 2,821 км/с
полное время взрыва ТКТ составляло 4,18-4,40 с, при Ув= 3,5 км/с - 3,373,54 с. Таким образом, в зависимости от температуры, размера и скорости движения взрывной волны в установленных пределах полное время взрыва ТКТ находилось в пределах 3,37-4,40 с.
Необходимо отметить три важные особенности взрыва ТКТ:
1. встречное движение взрывной волны по отношению к движению ТКТ по траектории,
2. весьма значительная продолжительность взрыва (3,37-4,40 с) и
3. уменьшение максимального угла отклонения вектора скорости взрывной волны от траектории ХУ с продвижением фронта взрыва в объёме ТКТ от 90° в точке А - инициирования взрыва до 0° в точке В - завершения взрыва (1_ 1АВ > 1_2АВ > 1_САВ и т.д.) (рис.1).
Первые две особенности взрыва ТКТ определяют очертания и протяжённость области лучистого ожога деревьев, третья - характер разброса продуктов взрыва и форму распространявшейся в окружающее пространство ударной волны этих продуктов.
Область лучистого ожога является следствием движения относительно земной поверхности интенсивно светящегося шарового сегмента фронта взрывной волны. По данным работы [10] область ожога имеет яйцевидную форму с тупым и расширенным западным концом и суженным восточным. Ширина области ожога составляет 12 км, длина - 18 км. Авторы работы [3] дают более высокие значения размеров зоны ожога: ширина -16 км, длина - 19-22 км. Реальная ширина области лучистого ожога в первом приближении вполне согласуется с расчётными размерами ТКТ после смешения с воздухом и остывания до температур самовоспламенения (Рсг=11,8-12,4 км).
В общем случае замедленного движения в атмосфере мгновенная скорость ТКТ ^сг) в период взрыва по модулю в осевом направлении могла
либо превышать скорость встречного распространения взрывной вол-ны(Ув), либо могла иметь меньшую величину. Если бы в период взрыва
скорость движения ТКТ по модулю либо превышала скорость движения взрывной волны (Ув=2,821-3,5 км/с), либо имела меньшую величину, то
вполне очевидно, что область лучистого ожога должна была бы иметь ве-ретёнообразную форму, заострённую с обоих концов. Реальная же, яйцевидная форма области ожога, свидетельствует о том, что подобного соотношения скоростей ^сг| и |УВ| в период взрыва ТКТ не было.
Область лучистого ожога может иметь яйцевидную форму, подобную реальной, только в том случае, если в период взрыва скорость движения ТКТ
ВЕСТНИК .МГСУ
уменьшалась от значений, превышающих до значений меньше Vв. Полный период взрыва при этом целесообразно разделить на две стадии. Первая стадия - от момента инициирования взрыва до момента равенства абсолютных величин скоростей |^/сг|= которая определяет протяжённость области
ожога деревьев на земной поверхности вдоль проекции траектории ТКТ. Вторая стадия - от момента равенства скоростей до завершения взрыва ТКТ.
На рис.2 представлена схема, поясняющая образование области лучистого ожога деревьев на земной поверхности при взрыве ТКТ. О1 - положение
центра ТКТ в момент инициирования взрыва в точке А1, О2 - положение центра ТКТ в момент равенства скоростей ^сг| = |^/в|. Момент равенства скоростей совмещён с прохождением плоскости основания сферического сегмента фронта взрывной волны через центр ТКТ, что наиболее близко соответствует реальной форме области лучистого ожога. Уместно отметить, что координаты
точки А1 '(хвув) однозначно являются координатами проекции точки инициирования взрыва ТКТ на земную поверхность.
область лучистого ожога деревьев
Рис.2. Схема образования области лучистого ожога деревьев на земной поверхности при взрыве ткт. х'у' - проекция траектории ТКТ. Сплошной линией ограничена область ожога, возникшая на первой стадии взрыва. Штриховкой отмечена область ожога, связанная со второй стадией взрыва
Движение ТКТ по траектории с одновременным расширением сферического сегмента фронта взрывной волны на первой стадии взрыва, когда |^/сг|>
|^/в|, приводит к образованию области ожога, вытянутой в направлении движения и постепенно расширяющейся от начала взрыва до момента выравнивания скоростей |^/сг|= |^/в| (рис. 2). На второй стадии взрыва, когда |^/сг|< |^/в|,
сферический сегмент фронта взрывной волны перемещается относительно земной поверхности в направлении, обратном движению ТКТ. На этой стадии взрыва область лучистого ожога накладывается на область ожога первой стадии так, как показано на рис.2 штриховкой.
Продолжительность первой стадии взрыва связана с полным временем взрыва ТКТ соотношением, которое легко выводится из данных рис.1:
Т1= 2-1/2х = 0,707 т, ( 1 )
где х - полное время взрыва ТКТ, с; Т1- продолжительность первой стадии взрыва ТКТ, с.
Используя данные схемы на рис.2, можно рассчитать среднюю скорость движения ТКТ на первой стадии взрыва:
^гСР = 01»2/ ^ ( 2 )
где ^ГСР - средняя скорость движения ТКТ на первой стадии взрыва, км/с; О1О2
- путь, пройденный центром ТКТ на первой стадии по траектории полёта, км.
Этот путь ТКТ, используя рис.2, можно вычислить по формуле:
0102 = С'А1' + А101 - С02- 1да ( 3 )
где с'а^ - реальная длина области ожога на поверхности, км; А1О1 и СО2 - радиусы ТКТ, км; а - угол наклона траектории движения ТКТ к горизонту, равный 27,3° , по данным [9].
По рассчитанной величине средней скорости движения ТКТ на первой стадии взрыва можно вычислить мгновенную скорость тела в момент инициирования взрыва, замедление (отрицательное ускорение) ТКТ на первой стадии взрыва, а также время до остановки осевой части тела ^сг= 0), используя известные в физике формулы:
VCГCP = Vo + V 2, откуда Vo= 2^ГСР - V,,, ( 4 )
а = Vo - V,,/ Т1, ( 5 )
тк = ^ а, ( 6 )
где Vo - мгновенная скорость ТКТ в момент инициирования взрыва, км/с; Vв
- скорость движения фронта взрывной волны, которая в конце первой стадии взрыва в осевом направлении по модулю равна мгновенной скорости ТКТ
= ^в|, км/с; а - замедление (отрицательное ускорение) ТКТ на первой
стадии взрыва, км/с2, тк - время до остановки ТКТ, когда Vcг= 0, с.
При длине области лучистого ожога 18-22 км путь, пройденный центром ТКТ на первой стадии взрыва (О1О2), рассчитанный по формуле ( 3 ),
для диаметра ТКТ 11,8 км (температура взрыва 1200°С) составляет 23,1-27,6 км, для диаметра 12,4 км (температура взрыва 1400°С) - 23,25-27,75 км. Результаты расчётов основных кинематических характеристик движения ТКТ в процессе взрыва по формулам ( 1 ) - ( 6 ) представлены в таблице 1.
Таблица 1. Основные кинематические характеристики движения ТКТ в процессе взрыва.
о1о2, т, т1, V ср, сг ' а, V Дт,
км км км/с с с км/с км/с км/с2 с с
11,8 23,10 2,821 4,183 2,957 7,81 12,80 -3,376 3,79 0,39
11,8 23,10 3,5 3,370 2,384 9,69 15,88 -5,193 3,06 0,31
11,8 27,60 2,821 4,183 2,957 9,33 15,85 -4,405 3,60 0,58
11,8 27,60 3,5 3,370 2,384 11,58 19,65 -6,776 2,90 0,47
12,4 23,25 2,821 4,396 3,108 7,48 12,14 -2,998 4,05 0,35
12,4 23,25 3,5 3,543 2,505 9,28 15,06 -4,616 3,26 0,28
12,4 27,75 2,821 4,396 3,108 8,93 15,04 -3,930 3,83 0,57
12,4 27,75 3,5 3,543 2,505 11,08 18,66 -6,050 3,08 0,46
Мгновенная скорость ТКТ в момент инициирования взрыва составляла
12,14-19,65 км/с, средняя скорость на первой стадии взрыва - 7,48-11,58
2
км/с, замедление - -2,998-6,776 км/с . Время до момента остановки при рав-нозамедленном движении ТКТ (Ах = т - тк) во всех вариантах оказывается
меньше полного времени взрыва на 0,28-0,58 с и составляет 2,90-4,05 с.
В период первой стадии взрыва ТКТ преодолело расстояние О1О2 =
23,1-27,75 км и снизилось на 10,6-12,7 км.
К моменту инициирования взрыва в объёме ТКТ уже сформировался рыхлый твёрдофазный конденсат минералоподобных химических соединений элементов и возможно сплавов, который вместе с главным продуктом теплового взрыва- водой [9] оказался выброшенным взрывной волной в окружающее пространство.
Для оценки скоростей и возможных углов разлёта вещества-продуктов взрыва ТКТ воспользуемся схемой на рис.3 и соотношениями ( 7 ) - ( 12 ): Р = V,,- I, ( 7 )
ф = агсСоэ р / 2^ ( 8 )
Vt= V0+a•t, ( 9 )
МГСУ
Р, = агс1д Ув / УвСозф,
Ур= УвБ1пф / Б1пР| = Ув0озф / СоэР,,
( 10 ) ( 11 ) ( 12 )
где р - радиальное расстояние, пройденное фронтом взрывной волны за время I от момента инициирования взрыва, км; I - время от момента инициирования взрыва ТКТ, с; R - радиус ТКТ, равный Осг/2, км; мгновенная скорость ТКТ через I секунд после инициирования взрыва км/с; ф -максимальный полуугол при вершине конуса направлений векторов скорости движения фронта взрывной волны, град; Р, - угол между направлением
движения ТКТ и образующей конуса векторов скоростей разлёта продуктов взрыва ТКТ, град; Ур- вектор скорости разлёта продуктов взрыва ТКТ
по образующей конуса разлёта, км/с; Ур'- вектор скорости разлёта продуктов взрыва ТКТ по траектории движения ХУ.
Рис.3. Схема к расчёту скоростей и углов разлёта продуктов взрыва ТКТ через I секунд после инициирования взрыва
Результаты расчётов представлены в таблице 2. Показаны лишь два варианта расчётов с использованием экстремальных данных, помещённых в таблице 1. Все остальные варианты укладываются в пределы расчётов по экстремальным данным.
Положения фронта взрывной волны в объёме ТКТ и особенности разлёта вещества через разное время после инициирования взрыва для иллюстрации одного из вариантов расчётов схематично представлены на рис.4.
АС = ^
сд = УЕ
Е
Н Д
Таблица 2. Результаты расчётов скоростей и углов разлёта продуктов взрыва ТКТ через разное время (1) после инициирования взрыва
г, с P, км Ф, град. Бтф ОоБф км/с Vв•Cosф, км/с Ф, км/с Cosф Р|, град. V км/с V,1, км/с
1. Осг=11,8км (1200°С), 0102=27,6км, Vв=3,5км/c, т=3,37с, т1=2,384с, V0=19,65км/c, а=-6,776км/с2, тк=2,9с.
0 0 90,00 1 0 19,65 0 3,50 19,65 10,1 19,9 6 16,15
0,5 1 ,75 81,47 0,989 0,148 16,26 0,52 3,46 15,74 12,4 16,1 2 12,76
1,0 3,50 72,75 0,955 0,297 12,87 1,04 3,34 11,84 15,8 12,3 0 9,37
1,5 5,25 63,58 0,896 0,445 9,49 1,56 3,13 7,93 21,5 8,52 5,99
2,0 7,00 53,61 0,805 0,593 6,10 2,08 2,82 4,02 35,0 4,91 2,60
2,5 8,75 42,14 0,671 0,742 2,71 2,59 2,35 0,115 87,2 2,35 -0,79
2,9 10,15 30,66 0,510 0,860 0 3,01 1,78 -3,01 149, 3 3,50 -3,50
3,0 10,50 27,15 0,456 0,890 0 3,11 1,60 -3,11 152, 8 3,50 -3,50
2. Осг=12,4км (1400°С), 0102=23,25км, Vв=2,821км/c, т=4,396с, т1=3,108с, V0=12,14км/c, а=-2,998км/с2, тк=4,05с.
0 0 90,00 1 0 12,14 0 2,82 12,14 13,08 12,46 9,32
0,5 1,41 83,47 0,994 0,114 10,64 0,32 2,80 10,32 15,20 10,69 7,82
1,0 2,82 76,85 0,974 0,227 9,14 0,64 2,75 8,50 17,91 8,93 6,32
1,5 4,23 70,04 0,940 0,341 7,64 0,96 2,65 6,68 21,65 7,19 4,82
2,0 5,64 62,94 0,890 0,455 6,14 1,28 2,51 4,86 27,33 5,47 3,32
2,5 7,05 55,33 0,822 0,569 4,64 1,60 2,32 3,04 37,35 3,82 1,82
3,0 8,46 46,96 0,731 0,682 3,15 1,92 2,06 1,22 59,37 2,40 0,32
3,5 9,87 37,22 0,605 0,796 1,65 2,25 1,71 -0,60 109,3 1,81 -1,17
4,0 11,28 24,49 0,415 0,910 0,15 2,57 1,17 -2,42 154,2 2,69 -2,67
4,05 11,42 22,87 0,389 0,921 0 2,60 1,10 -2,60 157,1 2,82 -2,82
Результаты расчётов углов (Р') и промежуточных векторов (V-",
г
рнс.Э) скоростей разлёта продуктов при заданных значениях полууглов (ф') в вершине конуса направлений векторов скорости взрывной волны - 15, 30 и 45° помещены в таблице 3.
Данные таблицы 2 показывают, что при диаметре ТКТ 11,8-12,4 км, Ув= 2,821-3,5 км/с и длине лучистого ожога деревьев 18-22 км максимальный угол при вершине конуса разлёта продуктов взрыва ТКТ в момент его инициирования находился в пределах 2ро=20,2-26,160, Ур= 12,46-19,96
км/с, Ур'= 9,32-16,15 км/с.
Рис.4. Положения фронта взрывной волны в объёме ТКТ (а'В'С' - &6В6С6) и разрезы конуса скоростей разлёта продуктов взрыва через 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5 и 3 секунды (б - ж) после инициирования взрыва (а). (Вариант 1 в таблице 2)
Таблица 3. Результаты расчёта скоростей (Ур11) и углов (Р') разлёта продуктов
взрыва ТКТ через разное время после инициирования взрыва при заданных значениях полууглов (ф') в вершине конуса направлений векторов скорости
взрывной волны
Ф,, град Бтф' ОоБф' км/с V ОоБф', км/с Vв•S¡nф,, км/с Vt-Vв•Оos ф', км/с Р', град VpII. км/с
0 30 0,5 0,866 19,65 3,03 1,75 16,62 6,0 16,71
0,5 15 0,259 0,966 16,26 3,38 0,91 12,88 4,0 12,91
0,5 30 0,5 0,866 16,26 3,03 1,75 13,23 7,5 13,34
1 15 0,259 0,966 12,87 3,38 0,91 9,49 5,4 9,54
1 30 0,5 0,866 12,87 3,03 1,75 9,84 10,1 10,00
1 45 0,707 0,707 12,87 2,47 2,47 10,40 13,4 10,69
1,5 15 0,259 0,966 9,49 3,38 0,91 6,10 8,4 6,17
1,5 30 0,5 0,866 9,49 3,03 1,75 6,45 15,2 6,69
1,5 45 0,707 0,707 9,49 2,47 2,47 7,01 19,4 7,44
2 15 0,259 0,966 6,10 3,38 0,91 2,72 18,4 2,86
2 30 0,5 0,866 6,10 3,03 1,75 3,07 29,7 3,53
2,5 15 0,259 0,966 2,71 3,38 0,91 -0,67 126,5 1,13
2,5 30 0,5 0,866 2,71 3,03 1,75 -0,32 100,4 1,78
Примечание: данные таблицы относятся к варианту 1 в таблице2 и использованы при построении схемы на рис.4
Схема на рнс.4а показывает, что в момент инициирования взрыва ТКТ встречное движение взрывной волны приводит к образованию конуса векторов скоростей разлёта вещества с углом при вершине в точке а0 - 20,2° и
основанием, которое представляется вращением кривой е0к0д0 вокруг оси
ХУ. Начала векторов скоростей разлёта в любой последующий момент взрыва ТКТ располагаются на сферическом сегменте фронта взрывной волны а1В1С1 - абВбСб, а концы их - на основании конуса разлёта е^к^д^ -ебКбДц. На первой стадии взрыва основание конуса разлёта продуктов располагается по отношению к вершине - в направлении движения ТКТ, на второй стадии - в противоположном направлении.
В период взрыва ТКТ угол при вершине конуса разлёта продуктов (2Р|) увеличивается с 20,2 до 180°, что соответствует преобразованию конической поверхности в плоскость, перпендикулярную оси ХУ, а затем -уменьшается до 0° в конечной точке взрыва (рис.4).
На первой стадии взрыва при любом положении фронта взрывной волны в объёме ТКТ модуль скорости разлёта продуктов взрыва имеет максимальное значение по образующей конуса разлёта ^р), минимальное
- по оси ХУ ^р', рис.4). На этой стадии взрыва вектор Vp' уменьшает абсолютную величину от 16,15 км/с до 0 при равенстве ^сг|=| Vв| и увеличивает её от 0 до 3,5 км/с на второй стадии взрыва, изменяя направление на обратное движению ТКТ по траектории. Равенство ^р|=^р'|=^в| достигается в момент остановки ТКТ и сохраняется до завершения взрыва.
Данные таблицы 2 и рис.4 позволяют установить контуры объёма высокоскоростных продуктов взрыва ТКТ, с которым связаны разрушения на земной поверхности и который является причиной появления аномальных атмосферных эффектов и повышенного количества болидов после 30 июня
1908г. Если в направлениях векторов Vp, Vp' и промежуточных векторов^-'') отложить их длины через 1, 2, 3 и т.д. секунды после инициирования взрыва ТКТ, то поверхность, проходящая через концы векторов с одинаковым значением времени, ограничит пространственный объём продуктов взрыва, который образовался к этому времени. На рис.5 представлена схема, которая показывает ТКТ в момент инициирования взрыва и через 1, 2 и 3 секунды спустя, а также продольные разрезы объёмов продуктов взрыва через 1, 2, 3, 5 и 10 секунд после инициирования взрыва. Поверхность, которая ограничивает расширяющийся объём продуктов, перемещается в пространстве с весьма высокой скоростью и по существу является ударной волной продуктов взрыва ТКТ.
Боковая поверхность объёма продуктов взрыва ТКТ близка к цилиндрической, слегка бочкообразна, с осью симметрии ХУ (рис.5). Передний торец этого объёма имеет сравнительно глубокую впадину фронта ударной волны, которая уже через одну секунду после инициирования взрыва составляет примерно 3,5 км. Противоположный торец объёма продуктов в период взрыва ТКТ образуется сферическим сегментом взрывной волны, а после завершения взрыва имеет поверхность, подобную сферической. Объём продуктов взрыва ТКТ очень быстро увеличивает протяжённость в направлении траектории ХУ и гораздо медленнее в поперечном направлении (рис.5).
Ударная волна продуктов взрыва ТКТ достигает земной поверхности в «особой» точке т(хдуд) нижним краем переднего торца (рис.5). При этом,
угол наклона вектора падающей волны к земной поверхности в «особой»
МГСУ
точке 1—адтр = а + Рд Д™ вариантов расчётов в таблице 2 составляет 37,440,4°, что вполне согласуется с выводами авторов работы [8]. Однако, заключение этих авторов о крутом наклоне конечного активного участка траектории ТКТ (~40°), которое они отстаивают в работах [6, 7], является ошибочным.
Рис.5. Схема образования объёма высокоскоростных продуктов взрыва ТКТ. Заштрихованы продольные разрезы объёмов продуктов взрыва через 1 и через 2 секунды после инициирования взрыва
При ударе продуктов взрыва о земную поверхность в точке т(х0У0) начинает формироваться волна отражения. По-видимому, с взаимодействием поднимающейся волны отражения и падающей ударной волны продуктов взрыва, которое приводит к изменению направления движения последней, следует связывать образование «мёртвой зоны» - области с щадящим повреждением земной поверхности, области стоячего леса («телеграфника»).
Несомненно, определённую роль в формировании «мёртвой зоны» мог играть и рельеф местности. Поднимающаяся волна отражения на рис.5 показана схематично как поверхность мт^н с сечением плоскостью рисунка - ТК2И. Точка м, точка контакта заострённого края переднего торца
ударной волны продуктов взрыва с земной поверхностью, перемещается со временем по огибающей «мёртвую зону» кривой справа от проекции траектории ТКТ в направлении его движения. Точка, симметричная точке м относительно проекции траектории, огибает «мёртвую зону» слева. Антипараллельный вывал деревьев, отмеченный авторами работы [15], связан, по-видимому, именно с ударом о земную поверхность заострённого края переднего торца объёма продуктов взрыва ТКТ.
у
МГСУ
Авангардная часть поднимающейся волны отражения по данным работы [11] может иметь скорость до половины скорости падающей волны и в случае взрыва ТКТ - до 10 км/с. Продукты взрыва, падающие с меньшей скоростью, чем фронт ударной волны , отбрасывались отражённой волной в окружающее пространство в самых различных направлениях. Высокоскоростной удар о земную поверхность, приводящий к мгновенному испарению продуктов взрыва и выбросу приповерхностного материала, а также выброс вещества в околоземное пространство и встречное движение падающей и отражённой ударных волн - главные причины отсутствия заметного количества вещества ТКТ в районе Тунгусской катастрофы.
Высота точки инициирования взрыва ТКТ (ад) может быть определена
в соответствии с рис.5 из соотношения:
где Н - высота точки ад - инициирования взрыва ТКТ над земной поверхностью, км; тр - расстояние от «особой» точки т(х0Ус) до проекции точки а0 на земную поверхность - точки р(хвув).
Однако, в связи с отсутствием в публикациях прямых сведений о величине расстояния тр, для приближённой оценки высоты точки инициирования взрыва ТКТ используем более сложное соотношение:
где В - максимальный размер области стоячего леса в направлении, перпендикулярном проекции траектории (поперечник этой области), км.
Если принять поперечник области стоячего леса равным 14,6 км по данным работы [15], то высота точки инициирования взрыва ТКТ над земной поверхностью составляла Н=14,4-18,8 км, высота центра тела (точки О) Н0=17,2-21,5 км, высота самой нижней точки ТКТ в момент инициирования взрыва - 11,0-15,6км.
Расчёты показывают, что фронт взрывной волны достигает нижней точки ТКТ через 1,75-2,29 с. Минимальная высота этой точки над земной поверхностью при этом составляла 1,9-4,6 км. Дальнейшее продвижение ТКТ по траектории и фронта взрывной волны в объёме тела приводят к некоторому увеличению высоты нижней точки ТКТ, которая в момент остановки тела достигает 3,5-5,4 км.
Располагая данными о высоте точки инициирования взрыва ТКТ, о скоростях разлёта продуктов по образующей конуса разлёта в момент инициирования ^р), а также данными об углах при вершине этого конуса
(2Р0) можно рассчитать время, через которое ударная волна продуктов
взрыва достигла земной поверхности в точке т(х0У0) (рис.5). Это время
находится в пределах 1,55-1,78 с после инициирования взрыва и заметно меньше полного времени взрыва ТКТ - 3,37-4,40 с, а также несколько меньше времени достижения фронтом взрывной волны нижней точки ТКТ
Н = трЧд(а + Р0),
( 13 )
Н = В-Бта/2-гдР0,
( 14 )
- 1,75-2,29 с. Таким образом, получает объяснение последовательность явлений, отмеченная в работе [15], при которой ожог деревьев произошёл после действия ударной волны.
Для стороннего наблюдателя, находящегося в околоземной пространстве, газоплазменный сгусток-выброс ТКТ представлялся бы ярким, светящимся ядром с длинным светлым пылевым хвостом, упирающимся в Землю. Отмеченные в работе [9], два достоверных наблюдательных факта: ежесуточное усиление свечения ночного неба и дифракционное кольцо на восходе и закате Солнца прямо свидетельствуют о наличии этого пылевого хвоста, опережающего ТКТ при его движении от Солнца к Земле. Следовательно, приближающееся к Земле ТКТ по внешнему виду можно вполне отнести к кометам - «хвостатым» звёздам, т.е. идентифицировать это тело как сравнительно небольшое, «новорождённое», ещё не остывшее комет-ное образование.
Для земного наблюдателя приближающееся ТКТ либо проектировалось на солнечный диск, либо находилось в его непосредственной близости. По этой причине ТКТ представляло серьёзные трудности для наблюдения и смогло быть обнаружено лишь при непосредственном сближении с Землёй.
Появление сгустков-выбросов солнечного вещества логичнее всего связывать с явлениями солнечных вспышек, которое представляет собой концентрированное взрывообразное выделение энергии (вероятно, магнитного происхождения) в солнечной атмосфере и сопровождается локальным временным перегревом хромосферы или короны, выбросом частиц высоких энергий, усилением электромагнитного излучения [1, 4]. Частота появления вспышек на Солнце обычно изменяется в широких пределах и связана с фазой солнечного цикла.
В 14 цикле солнечной активности (1901-1913гг) максимум чисел Вольфа, наиболее просто наблюдаемого индикатора солнечной активности, отмечен в период 1905-1908 гг. Среднеквартальное число Вольфа плавно возрастало с 12,9 в I квартале 1903г до 80,5 в !У квартале 1905г, затем уменьшилось до 40,5 в течение 1906г и резко увеличилось до 81,8 в I квартале 1907г. Третий всплеск активности Солнца отмечен в конце II квартале 1908г с достижением максимума числа Вольфа - 72,3 в III квартале этого года [12].
Выброс Солнцем сгустка плазмы ТКТ произошёл согласно данным работы [9] 21-23 июня 1908г в начале третьего всплеска активности светила, примерно - в день летнего солнцестояния. Очевидно, появление сгустка-выброса ТКТ оказалось возможным лишь на гелиографических широтах, не превышающих 7°15' - угла наклона экватора Солнца к эклиптике. В общем случае, по-видимому, вспышечные взрывоподобные явления только на гелиографических широтах ±7°15' могут быть ответственны за возможное вторжение «горячих» сгустков-выбросов солнечной плазмы в атмосферу Земли.
Вспышки тесно связаны с активными областями Солнца, наблюдаются обычно в молодых или развитых активных областях, а мощные вспышки происходят преимущественно в областях с большими пятнами, сложной магнитной конфигурации и большими градиентами магнитного поля [1].
Диаграммы изменения широты областей появления пятен во времени - «бабочки» Маундера [4] показывают, что в приэкваториальной зоне, ограниченной гелиографическими широтами ±7°15', солнечные пятна чаще всего оказываются в период от максимума до конца цикла активности. Следовательно, именно в этот период, при прочих равных условиях, наиболее вероятно вторжение сгустков-выбросов Солнца в атмосферу Земли.
Признаками, предшествующими возможному вторжению сгустков-выбросов Солнца в земную атмосферу, являются отмеченные ранее - появление дифракционного кольца у солнечного диска в течение первых и последних 15 минут пребывания светила на небосводе, а также ежесуточное усиление свечения ночного неба, аномальное развитие серебристых облаков и яркие пёстрые зори. Признаки вполне доступны наблюдению и позволяют предсказывать вторжение тел, подобных ТКТ, в земную атмосферу с возможными катастрофическими последствиями.
Литература
1. Бруцек А., Дюран Ш. Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов. М., Мир, 1980
2. Воробьёв В.А., Дёмин Д.В. Новые результаты исследования термических поражений лиственниц в районе падения Тунгусского метеорита // Вопросы метеоритики. Томск, ТГУ, 1976. с. 58-63
3. Воробьёв В.А., Ильин А.Г., Шкута В.Л. Изучение термических поражений веток лиственниц, переживших Тунгусскую катастрофу // Проблема Тунгусского метеорита. Вып. 2. Томск, ТГУ, 1967. с. 110-117
4. Гибсон Э. Спокойное Солнце. М. Мир, 1977
5. Золотов A.B. Новые данные о Тунгусской катастрофе 1908 года // Докл. АН СССР. 1961. Т. 136, № 1, с. 84-87
6. Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шуршалов Л.В. Взаимодействие больших метеоритных тел с атмосферой Земли // Метеоритные исследования в Сибири. Новосибирск, Наука, 1984. с. 99-117
7. Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шуршалов Л.В. Моделирование и расчёт взрыва Тунгусского метеорита // Взаимодействие метеоритного вещества с Землёй. Новосибирск, Наука, 1980. с. 115-138
8. Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шуршалов Л.В. О расчёте наземных разрушений при воздушном взрыве метеорита // Космическое вещество на Земле. Новосибирск, Наука, 1976. с. 54-65
9. Кучеров В.И. Положение Солнца в момент Тунгусской катастрофы 30.06.1908 года и солнечная природа Тунгусского космического тела // Депонированная рукопись. М., ВИНИТИ, 2001. № 2193-В2001
10. Львов Ю.А., Васильев Н.В. Лучистый ожог деревьев в районе падения Тунгусского метеорита // Вопросы метеоритики. Томск, ТГУ, 1976. с. 53-57
11. Мелош Г, Образование ударных кратеров: геологический процесс. М., Мир, 1994
12. Расчёты баллистические искусственных спутников Земли. Методика расчёта индексов солнечной активности. ГОСТ 25645.302-83. М., Издательство стандартов, 1984
13. Семёнов И.И. Цепные реакции. М., Наука, 1986.
14. Суслов И.М. К розыску большого метеорита 1908 года // Мироведе-ние. 1927. Т. 16. № 1, с. 13-18
15. Флоренский К.П., Вронский Б.И., Емельянов Ю.М. и др. Предварительные результаты работ Тунгусской метеоритной экспедиции 1958 года // Метеоритика. 1960. Вып. XIX, с. 103-134
16. Хитрин Л.Н. Физика горения и взрыва. М., МГУ, 1957
17. Grossman L. Condensation in the primitive solar nebula // Geochim. Cosmochim. Acta. 1972. V 36, p 597-619
18. Grossman L. ,Larimer J.W. Early Chemical History of the Solar System // Rev. Geophys. and Space Phys. 1974. V 12. № 1. p 71-101
Ee^ -^ääüá ñei aá; Oóí aóññei á ei ñi é^áñei á oáei, OEQ áoi i ño á0á, Ñi eí 6á, Qái ey, ñieíá^íüá i yoí á, i áóái 5éó, áeóéaí i ñoü Ñi eí oá, äföüa.
Ñoáoüy i 0áañóááeáí í á Eáaáéóéi ííüi ñi ääöi i «Aáñóí éeá I AÑO»
