Метеориты, их влияние на нас и атмосферу

Мурманский Государстввенный педагогический институт

Физико-математический факультет

по теме

«Метеориты, их влияние на нас и атмосферу»

Исполнитель:

студент III курса

ФМФ физическое отделение

Умов Сергей

Научный руководитель

Черников С.М.

Мурманск 2002

1. Введение

2. Метеоры и метеориты

   • Метеорные потоки

   • Метеориты: Падения и находки

3. Частота появления

4. Наблюдение метеоров

   • Скорость и высота

   • Орбиты

• Болиды

1. Физические процессы

2. Метеорная опасность

3. Яркость и цвет

4. Виды иониизации

• Доказательства существования ионизации

1. «Метеорная корона»

2. Метеоры и полярные сияния.

3. «Вспышки слышимости» радиопередач.

4. Метеорные фединги.

5. «Вспышки» метеорной ионизации.

Введение

Иногда на фоне звездного неба, особенно в августе, можно увидеть вспышки, создающие впечатления "падающей звезды". Это и есть метеоры, только звездами они, конечно же не являются.

Метеор - это кратковременная вспышка, возникшая в атмосфере Земли в результате вторжения быстродвижущейся мельчайшей твердой частицы.

Для мелких метеоров эти частицы имеют размеры острия булавочной иголки. Врываясь в атмосферу, они сгорают не сразу, поэтому наблюдатель видит либо летящую некоторое время точку (если метеор медленный), либо вспыхнувшую полоску (если быстрый). Вот почему метеоры на картах и на снимках обычно выглядят как отрезки. Т.к. частица движется в определенном направлении, то следует поправиться, что отрезком направленным - вектором.

Вид метеора для наблюдателя обычно зависит от характеристик летящей частицы - ее скорости, направления, химического состава. Быстро влетающие в атмосферу частицы сгорают быстро, сильно разогреваясь, поэтому образуют короткие бело-голубые или зеленые метеоры. И наоборот, медленно влетающие частицы сгорают долго, мало разогреваясь, поэтому образуют длинные желтые, оранжевые или красноватые метеоры.

Слово "метеор" происходит от греческого "метеорос" и означает “явление вверху". В Древней Греции высказывалось несколько гипотез относительно физики метеоров (в том числе и правильная гипотеза о падении "небесных камней"), но наибольшее распространение получила теория Аристотеля (384--322 B.C.), который утверждал, что метеоры являются земными испарениями, которые, поднимаясь, загораются.

По причинам отсутствия достоверных наблюдений теории Аристотеля придерживались до XVIII в. Метеорные явления объединялись в один класс с такими атмосферными явлениями как молнии, ложное солнце, северные сияния и др.

В XVIII в. метеоры стали привлекать большее внимание ученых, но большая часть из многочисленных гипотез о природе метеоров обычно связывала это явление не с падением космических тел, а с процессами в земной атмосфере. Регулярных наблюдений метеоров не проводилось. Самый значительный вклад, внесенный в науку о метеорах в XVIII в. (до 1794 г.) связан с исследованием найденных метеоритов минералогами и химиками (особенно знаменитого Палласова железа).

Итогом этого периода изучения метеоров и началом современного можно считать 1794 г., когда была опубликована книга Э.Хладни (1756--1827) "О происхождении найденной Палласом и других подобных ей железных масс и о некоторых связанных с этим явлениях природы".

XIX в. справедливо считается веком расцвета науки о метеорных явлениях. В это время, кроме пристального внимания ученых, к метеорам был обращен и интерес широкой публики. Причиной этого были четыре сильнейших метеорных дождя 1803, 1833, 1866 и 1872 годов, хорошо видимых в странах цивилизованного мира. В 1803 г. было собрано несколько тысяч каменных метеоритов, выпавших близ г. Л'Эгль на севере Франции. Этот дождь практически окончательно доказал космическую природу метеорных явлений.

В науке этот век ознаменовался окончательной победой теории внеземного происхождения метеоров. Были открыты и объяснены радианты (Олмстед и Тайнинг, 1833), доказана генетическая связь метеоров и комет (Скиапарелли, 1864), была получена первая фотография метеора (Вейнек, 1885), начались базисные фотонаблюдения (Элькин, 1894), был получен первый спектр (1897), опубликован большой (4367) каталог радиантов (Деннинг, 1899), начался использоваться обтюратор (1900).

Т.о. к началу XX в. основные вопросы физики метеоров были решены. В ХХ в. проводились массовые радионаблюдения метеоров, их космические исследования. Основным нерешенным вопросом остается вопрос о происхождении и эволюции метеоров в котнексте происхождения и развития Солнечной системы.

В настоящее время фактически закончена физическая теория метеорных явлений, метеоры используются для изучения атмосферы и для радиосвязи, накоплен огромный наблюдательный материал (в том числе в рамках международного сотрудничества) и продолжаются наблюдения метеоров различными методами и изучение метеорного вещества в лабораториях.

Метеоры и метеориты

9 октября 1992 г. Америка жила ожиданием Колумбова дня: приближалась 500-я годовщина открытия Нового Света великим мореплавателем. 18-летняя Мишель Напп из маленького городка Пикскилл (штат Нью-Йорк) вечером смотрела телевизор. Вдруг она услышала громкий шум на улице. Девушка испугалась и вызвала по телефону полицию, которая установила, что на этот раз "нарушителем" явился космический странник: рядом с повреждённой ударом машиной Наппов лежал оплавленный камень весом почти 9 кг.

Этот случай представляет собой скорее исключение, чем правиле, падающие с неба камни или куски железа - их называют метеоритами - ведут себя удивительно миролюбиво по отношению к людям. Достоверно зафиксировано только два случая по падания метеоритов в людей (оба без серьёзных последствий), ничтожн и причинённый ими материальный ущерб. Никакой мистики в этом "дружелюбии" нет: падние метеорита - явление редкое и может произойти с равной вероятностью в любой точке земного шара. А люди до сих пор занимают не так уж много места на своей планете. Вот и падают небесные странники в океаны, на которые приходится более 2/3 земной поверхности, в обширные безлюдные пустыни, леса, полярные районы - в полном соответствии с законами атематической статистики. Поэтому любой из нас не только практически не рискует получить удар метеорита, но даже имеет очень мало шансов увидеть его падение.

Впрочем, отчаиваться не стоит. Наблюдать прибытие на Землю космического вещества может каждый. Достаточно в ясную ночь провести хотя бы час, всматриваясь в звёздное небо, и вы наверняка заметите огненную черту, прорезающую небосвод. Это - падающая звезда, или метеор. Иногда их бывает много - целые звёздные ливни. Но сколько бы их ни пролетело, вид звёздного неба не изменится: падающие звёзды не имеют никакого отношения к звёздам настоящим.

В космическом пространстве, окружающем нашу планету, движется множество твёрдых тел самых разных размеров - от пылинок до глыб с поперечниками в десятки и сотни метров. Чем больше размер тел, тем реже они встречаются. Поэтому пылинки сталкиваются с Землёй ежедневно и ежечасно, а глыбы - раз в сотни и даже тысячи лет.

Совершенно различны и сопровождающие эти столкновения эффекты. Маленькое тело массой в доли грамма, вторгаясь в земную атмосферу с огромной скоростью (десятки километров в секунду), раскаляется от трения о воздух и целиком сгорает на высоте 80-100 км. Наблюдатель на Земле видит в этот момент метеор. Если же в атмосферу влетает кусок побольше, например размером с кулак, и притом не с самой большой скоростью, - атмосфера может сработать как тормоз и погасить космическую скорость, прежде чем кусок полностью сгорит. Тогда его остаток упадёт на поверхность Земли. Это и есть метеорит. Падение метеорита сопровождается полётом по небу огненного шара и громоподобными звуками. Такие явления мало кому доводилось наблюдать. Наконец, когда масса влетевшего тела ещё больше, атмосфера уже не может погасить всю его скорость, и оно врезается в поверхность Земли, оставляя на ней космический шрам - метеоритный кратер или воронку.

Если посмотреть в телескоп на Луну, то видно, что вся её поверхность буквально изрыта такими кратерами - следами метеоритной бомбардировки, которой Луна подвергалась в прошлом. Земля тоже получала в прошлом космические удары. Их следы в виде метеоритных кратеров (иногда их называют астроблемы - "звёздные раны") остались на поверхности нашей планеты. Наиболее известный из них - кратер в Аризоне - имеет в поперечнике более 1 км и образовался 50 тыс. лет назад. Сухой климат пустыни обеспечил его хорошую сохранность. Внешние следы других космических шрамов в значительной степени стёрты последующими геологическими процессами. Одно из крупнейших известных ныне таких образований находится на севере Сибири. Это Попигайский метеоритный кратер диаметром 100 км.

Что же представляют собой частицы твёрдого вещества, поступающие из космоса на Землю, и откуда они берутся?

Метеорный поток Леониды 1997 года - вид из космоса

Метеорные потоки¹

Уже давно люди заметили, что в отдельные ночи появлялось очень много метеоров. Это были настоящие звездопады, повергавшие очевидцев в изумление, а порой и в ужас. В ноябре 1799 г. такой звездопад наблюдал в Южной Америке известный немецкий путешественник и учёный Александр Гумбольдт. Он обратил внимание на то, что метеоры двигались по небу не как попало, а словно бы истекали из одной области на небе, т. е. обратные продолжения этих огненных стрел пересекались в одной точке. Эту точку стали именовать радиантом метеорного потока, а само явление - радиацией метеоров.

Этот звёздный дождь повторился в 1833 и в 1866 гг., причём радиант не изменил своего положения - он попрежнему находился в созвездии Льва, отчего и весь метеорный поток получил название Леониды. Любопытно, что повторялся он в то же время года, что и в 1799 г. - в середине ноября.

Другие метеорные потоки не дают такого колоссального количества метеоров, как звёздные дожди Леонид, зато повторяются они каждый год. Например, в августе действует метеорный поток Персеиды, радиант которого находится в созвездии Персея.

Что же заставляет метеоры потока двигаться по небу таким образом?

Дело в том, что явление радиации метеоров кажущееся. Принадлежащие одному потоку частицы летят в атмосфере по параллельным траекториям, а в перспективе мы видим их как бы исходящими из одной точки. Точно так же сходятся к горизонту железнодорожные рельсы, если смотреть вдоль них. Параллельность путей метеоров потока и установленное позже равенство их скоростей позволили считать, что все они движутся в Солнечной системе по весьма близким орбитам. В 1862 г. итальянский астроном Джованни Скиапарелли установил, что орбита Персеид практически совпадает с орбитой одной из известных комет. Так была открыта связь метеорных потоков с кометами.

Ядра комет состоят из льдов с вкрапленными в них твёрдыми частицами. При сближении с Солнцем льды испаряются и покидают ядро, увлекая за собой твёрдые пылинки и песчинки. Самые мелкие из них солнечный ветер уносит в хвост кометы, а затем и вообще выметает за пределы планетной системы. Но с более тяжёлыми частицами солнечный ветер совладать не может. Некоторое время они окружают облаком ядро кометы, а потом рассредоточиваются вдоль её орбиты, образуя что-то вроде бублика - тор, осью которого является кометная орбита. Если орбита Земли пересекается с этим тором - частицы налетают на планету, порождая явление метеорного потока. Более того, ровно через год, когда Земля вернётся к этому месту своей орбиты и снова окунётся в рой мелких частиц, метеорный поток повторится - в те же даты, что и в прошлом году.

Мы уже знаем, что бывают потоки, дающие приблизительно одинаковое число метеоров каждый год (Персеиды), и бывают такие, которые дают метеорные дожди через длительные промежутки времени (Леониды). Эта разница связана с возрастом потока. Если поток молодой, составляющие его частицы не успели рассредоточиться по орбите и плотным облаком окружают ядро. Когда Земля погружается в эту плотную часть роя частиц, происходит метеорный дождь. В последующие годы она будет пересекать бедные частицами участки и метеоров будет мало. Но настанет время, когда, двигаясь по орбите, плотная часть снова сблизится с Землёй, и тогда метеорный дождь повторится.

Астрономы выделили несколько десятков метеорных потоков, многие из которых демонстрируют ежегодную активность с продолжительностью от нескольких часов до нескольких недель. Большинство потоков названо по имени созвездия, в котором лежит их радиант, например, Персеиды, имеющие радиант в созвездии Персея, Геминиды – с радиантом в Близнецах.

После изумительного звездного дождя, вызванного потоком Леониды в 1833, В.Кларк и Д.Олмстед предположили, что он связан с определенной кометой. В начале 1867 К.Петерс, Д.Скиапарелли и Т.Оппольцер независимо доказали эту связь, установив схожесть орбит Кометы 1866 I (Комета Темпля – Тутля) и метеорного дождя Леониды 1866.

Метеорные потоки наблюдаются, когда Земля пересекает траекторию роя частиц, образовавшегося при разрушении кометы. Приближаясь к Солнцу, комета нагревается его лучами и теряет вещество. За несколько столетий под действием гравитационных возмущений от планет эти частицы образуют вытянутый рой вдоль орбиты кометы. Если Земля пересекает этот поток, мы ежегодно можем наблюдать звездный дождь, даже если сама комета в этот момент далеко от Земли. Поскольку частицы распределены вдоль орбиты неравномерно, интенсивность дождя год от года может меняться. Старые потоки настолько расширены, что Земля пересекает их несколько суток. В сечении некоторые потоки скорее напоминают ленту, чем шнур.

Возможность наблюдать поток зависит от направления прихода частиц к Земле. Если радиант расположен высоко на северном небе, то из южного полушария Земли поток не виден (и наоборот). Метеоры потока можно увидеть, только если радиант находится над горизонтом. Если же радиант попадает на дневное небо, то метеоры не видны, но их можно засечь радаром. Узкие потоки под влиянием планет, особенно Юпитера, могут изменять свои орбиты. Если при этом они больше не пересекают земную орбиту, то становятся ненаблюдаемыми.

Декабрьский поток Геминиды связан с остатками малой планеты или неактивного ядра старой кометы. Есть указания, что Земля сталкивается и с другими группами метеороидов, порожденных астероидами, но эти потоки очень слабы.

Метеориты: Падения и находки

Нужно сказать, что научный мир вплоть до конца XVIII в. относился скептически к самой возможности падения с неба камней и кусков железа. Сообщения о подобных фактах рассматривались учёными как проявления суеверий, ведь тогда еще не было известно никаких небесных тел, обломки которых могли бы попадать на Землю. Например, первые астероиды - малые планеты - были открыты только в начале XIX в. Первая научная работа, утверждавшая космическое происхождение метеоритов, появилась в 1794 г. Её автор, чешский физик Эрнст Хладни, сумел дать единое объяснение трём загадочным явлениям: пролётам по небу огненных шаров, падениям на Землю оплавленных кусков железа и камня после пролётов и находкам странных оплавленных железных глыб в разных местах Земли. Согласно Хладни, всё это связано с поступлением на Землю космического вещества.

Кстати сказать, одной из таких необычных железных глыб была многопудовая "крица", вывезенная российским академиком Петром Симоном Палласом из Сибири и положившая начало национальной коллекции метеоритов России. Эта железная глыба со включёнными в неё зёрнами минерала оливина получила имя "Палласово железо" и последствии дала название целому классу железокаменных метеоритов - палласиты.

Этот метеорит никто не наблюдал при падении. Его космическая природа установлена на основании изучения вещества. Такие метеориты называют находками, и они составляют около половины мировой коллекции метеоритов. Другая половина - падения, "свежие" метеориты, поднятые вскоре после того, как они упали на Землю. К ним относится метеорит Пикскилл, с которого начался наш рассказ о космических пришельцах. Падения имеют для специалистов больший интерес, чем находки: о них можно собрать некоторую астрономическую информацию, а вещество их не изменено земными факторами.

Метеоритам принято давать имена по географическим названиям мест, соседствующих с местом падения или находки. Чаще всего это название ближайшего населённого пункта (например, Пикскилл), но выдающимся метеоритам присваивают более общие имена. Два самых крупных падения XX в. произошли на территории России: Тунгусское и Сихоте-Алинское.

Частота появления.

Количество метеоров, которые может увидеть наблюдатель за определенный период времени, не постоянно. В хороших условиях, вдали от городских огней и при отсутствии яркого лунного света, наблюдатель может заметить 5–10 метеоров в час. У большинства метеоров свечение продолжается около секунды и выглядит слабее самых ярких звезд. После полуночи метеоры появляются чаще, поскольку наблюдатель в это время располагается на передней по ходу орбитального движения стороне Земли, на которую попадает больше частиц. Каждый наблюдатель может видеть метеоры в радиусе около 500 км вокруг себя. Всего же за сутки в атмосфере Земли возникают сотни миллионов метеоров. Полная масса влетающих в атмосферу частиц оценивается в тысячи тонн в сутки – ничтожная величина по сравнению с массой самой Земли. Измерения с космических аппаратов показывают, что за сутки на Землю попадает также около 100 т пылевых частиц, слишком мелких, чтобы вызывать появление видимых метеоров.

Наблюдение метеоров.

Визуальные наблюдения дают немало статистических данных о метеорах, но для точного определения их яркости, высоты и скорости полета необходимы специальные приборы. Уже около века астрономы используют камеры для фотографирования метеорных следов. Вращающаяся заслонка (обтюратор) перед объективом фотокамеры делает след метеора похожим на пунктирную линию, что помогает точно определять интервалы времени. Обычно с помощью этой заслонки делают от 5 до 60 экспозиций в секунду. Если два наблюдателя, разделенные расстоянием в десятки километров, одновременно фотографируют один и тот же метеор, то можно точно определить высоту полета частицы, длину ее следа и – по интервалам времени – скорость полета.

Начиная с 1940-х годов астрономы наблюдают метеоры с помощью радара. Сами космические частицы слишком малы, чтобы их зарегистрировать, но при полете в атмосфере они оставляют плазменный след, который отражает радиоволны. В отличие от фотографии радар эффективен не только ночью, но также днем и в облачную погоду. Радар замечает мелкие метеороиды, недоступные фотокамере. По фотографиям точнее определяется траектория полета, а радар позволяет точно измерять расстояние и скорость. Для этих целей используется радиолокация.²

Для наблюдения метеоров используют и телевизионную технику. Электронно-оптические преобразователи позволяют регистрировать слабые метеоры. Используются и камеры с ПЗС-матрицами. В 1992 при записи на видеокамеру спортивных соревнований был зафиксирован полет яркого болида, закончившийся падением метеорита.

Скорость и высота.

Скорость, с которой метеороиды влетают в атмосферу, заключена в пределах от 11 до 72 км/с. Первое значение – это скорость, приобретаемая телом только за счет притяжения Земли. (Такую же скорость должен получить космический аппарат, чтобы вырваться из гравитационного поля Земли.) Метеороид, прибывший из далеких областей Солнечной системы, вследствие притяжения к Солнцу приобретает вблизи земной орбиты скорость 42 км/с. Орбитальная скорость Земли около 30 км/с. Если встреча происходит «в лоб», то их относительная скорость 72 км/с. Любая частица, прилетевшая из межзвездного пространства, должна иметь еще большую скорость. Отсутствие столь быстрых частиц доказывает, что все метеороиды – члены Солнечной системы.

Высота, на которой метеор начинает светиться или отмечается радаром, зависит от скорости входа частицы. Для быстрых метеороидов эта высота может превышать 110 км, а полностью частица разрушается на высоте около 80 км. У медленных метеороидов это происходит ниже, где больше плотность воздуха. Метеоры, сравнимые по блеску с ярчайшими звездами, образуются частицами с массой в десятые доли грамма. Более крупные метеороиды обычно разрушаются дольше и достигают малых высот. Они существенно тормозятся из-за трения в атмосфере. Редкие частицы опускаются ниже 40 км. Если метеороид достигает высот 10–30 км, то его скорость становится менее 5 км/с, и он может упасть на поверхность в виде метеорита.

Орбиты.

Зная скорость метеороида и направление, с которого он подлетел к Земле, астроном может вычислить его орбиту до столкновения. Земля и метеороид сталкиваются в том случае, если их орбиты пересекаются и они одновременно оказываются в этой точке пересечения. Орбиты метеороидов бывают как почти круговыми, так и предельно эллиптичными, уходящими дальше планетных орбит.

Если метеороид приближается к Земле медленно, значит, он движется вокруг Солнца в том же направлении, что и Земля: против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса орбиты. Большинство орбит метеороидов выходит за пределы земной орбиты, и их плоскости наклонены к эклиптике не очень сильно. Падение почти всех метеоритов связано с метеороидами, имевшими скорости менее 25 км/с; их орбиты полностью лежат внутри орбиты Юпитера. Большую часть времени эти объекты проводят между орбитами Юпитера и Марса, в поясе малых планет – астероидов. Поэтому считается, что астероиды служат источником метеоритов. К сожалению, мы можем наблюдать только те метеороиды, которые пересекают орбиту Земли; очевидно, эта группа недостаточно полно представляет все малые тела Солнечной системы.

Болиды.

Метеоры, которые ярче самых ярких планет, часто называют болидами. Иногда наблюдаются болиды ярче полной луны и крайне редко такие, что вспыхивают ярче солнца. Болиды возникают от наиболее крупных метеороидов. Среди них много осколков астероидов, которые плотнее и крепче, чем фрагменты кометных ядер. Но все равно большинство астероидных метеороидов разрушается в плотных слоях атмосферы. Некоторые из них падают на поверхность в виде метеоритов. Из-за высокой яркости вспышки болиды кажутся значительно ближе, чем в действительности. Поэтому необходимо сопоставить наблюдения болидов из различных мест, прежде чем организовывать поиск метеоритов. Астрономы оценили, что ежедневно по всей Земле около 12 болидов заканчивается падением более чем килограммовых метеоритов.

Физические процессы.

Разрушение метеороида в атмосфере происходит путем абляции, т.е. высокотемпературного отщепления атомов с его поверхности под действием налетающих частиц воздуха. Остающийся за метеороидом горячий газовый след излучает свет, но не в результате химических реакций, а вследствие рекомбинации возбужденных ударами атомов. В спектрах метеоров видно множество ярких эмиссионных линий, среди которых преобладают линии железа, натрия, кальция, магния и кремния. Видны также линии атмосферного азота и кислорода. Определенный по спектру химический состав метеороидов согласуется с данными о кометах и астероидах, а также о межпланетной пыли, собранной в верхних слоях атмосферы.

Многие метеоры, особенно быстрые, оставляют за собой светящийся след, наблюдаемый секунду или две, а порой – значительно дольше. Когда падали крупные метеориты, след наблюдался несколько минут. Свечением атомов кислорода на высотах ок. 100 км можно объяснить следы длительностью не более секунды. Более долгие следы возникают из-за сложного взаимодействия метеороида с атомами и молекулами атмосферы. Пылевые частицы вдоль траектории болида могут образовать яркий след, если верхние слои атмосферы, где они рассеяны, освещены Солнцем, когда у наблюдателя внизу глубокие сумерки.

Скорости метеороидов гиперзвуковые. Когда метеороид достигает сравнительно плотных слоев атмосферы, возникает мощная ударная волна, и сильные звуки могут разноситься на десятки и более километров. Эти звуки напоминают раскаты грома или далекую канонаду. Из-за большого расстояния звук приходит на минуту или две позже появления болида. Несколько десятилетий астрономы спорили о реальности аномального звука, который некоторые наблюдатели слышали непосредственно в момент появления болида и описывали, как треск или свист. Исследования показали, что причиной звука являются возмущения электрического поля вблизи болида, под влиянием которых издают звук близкие к наблюдателю объекты – волосы, мех, деревья.

Метеоритная опасность.

Крупные метеороиды могут разрушать космические аппараты, а мелкие пылинки постоянно истачивают их поверхность. Удар даже небольшого метеороида может сообщить спутнику электрический заряд, который выведет из строя электронные системы. Риск в общем-то невелик, но все же запуски космических аппаратов иногда откладывают, если ожидается сильный метеорный поток.

Яркость и цвет

Яркость и цвет метеора зависят от массы метеорной частицы и от величины скорости относительно Земли. "Встречные" метеоры загораются на большей высоте, они ярче и белее; "догоняющие" метеоры всегда слабее и желтее.

Ионизация

Виды ионизации.

Ультрафиолетовая радиация метеора, как уже указывалось, также может ионизовать воздух, в котором летит метеор. Например, Солнце ионизует его радиацией с X =80 — 90 тр. Иногда ультрафиолетовая вспышка на его поверхности, с излучением, эквивалентным 30 000° К, внезапно повышает ионизацию в земной атмосфере.

Полярные сияния возникают при ионизации воздуха ударами корпускул, летящих со скоростями сотен и тысяч километров в секунду,т. е. за счет ударной ионизации, которая, видимо, играет роль в образовании голубых следов и, возможно,—страт обычных следов.

Имеется третий вид ионизации — термическая (например, при разряде молнии, эффективная температура которой в среднем 17 000° К). По Мег Над Саха в газе, находящемся в термодина- мическом равновесии, всегда присутствует доля ионов, тем большая, чем температура газа выше. Возможно, что этот вид ионизации имеет место при полете медленных красноватых метеоров. Взаимоотношение этих трех источников метеорной ионизации — ударной, ультрафиоле- товой и термической — пока недостаточно выяснено.

Изучение радиометодами ионизации, образованной при испарение метеоров, показывает, что что число метеоров вступающих в атмосферу, продолжает увеличиваться и с уменьшением массы и ниже границ нормальной видимости. Земля собирает много миллионов тонн пыли за год, т.е. именно той пыли которая образутся при расспадение метеора- сгорания его в плотных слоях атмосферы. Имеется несколько доказательств тому, что приполете метеор создает ионы. Это явление называется метеорной
ионизацией. Эти доказательства следующие:

1. Оптические:

а) возникновение метеорных следов,

б) наличие ионизованных атомов в спектрах метеоров,

в)«метеорная корона» быстрых белых метеоров,

г) усиление свечения полярного сияния на месте полета метеора и д) общее фосфоресцирующее свечение ночного неба после больших метеорных дождей.

2) Радиометеорные:

а) Отражение радиоволн от головы ме-
теора,

б) Отражение радиовслн от метеорного следа ³,

в) замирание радиоволн при массовом появлении метеоров (метеорные фединги ⁴ ,

г) вспышки слышимости радиопередач (рис. 84), д) возникновение спорадического ионизованного Е-слоя при метеорных дождях

а) собственное радиоизлучение метеоров,

б) макровариации геомагнитного поля при полете болидов и микровариации при полете обычных метеоров, в) метеороэлектрические явления, также возникающие приобразовании и движении зарядов.

Метеорная ионизация может быть индивидуальной (голубые следы метеоров, обычные метеорные следы ярких и быстрых метеоров, радиоэхо от метеоров и их следов), и массовой (образование спораического .Е-слоя, непрохождение радиоволн одной длины и улучшение проходимости на других длинах, фосфоресценция неба от массы слившихся индивидуальных следов (1202, 1799, 1832, 1833, 1838, 1866 гг.)). Медленные и слабые метеоры (кроме низких телескопических) создают ионизацию, оптически неразличаемую, но регистрируемую метеорными радиометодами.

«Метеорная корона»

В числе физических характеристик метеора по программе-максимум отмечается степень резкости его очертаний (очерченность о). С этой точки зрения метеоры распадаются на два класса: а) резко очерченные: желтые и красноватые, небыстрые, иногда с заметными поперечниками, и б) быстрые белые. С точечным ядром и более или менее плотным туманным сиянием. Наши наблюдения за январь — май 1944 г., свободные от влияния больших потоков, показывают, что повышение скорости влечет снижение о, особенно начиная с метеоров 0 вел. и ярче. Вообще по 959 метеорам1943 г., также отмеченным в Ашхабаде, половина очерчена отлично, четверть — хорошо, прочие—средне, совсем туманных 2,5%. Замечательна зависимость от скорости:

Очерченность имеет годичную и суточную вариации: зимой о вышена 0,3—0,5 балла, чем летом, и настолько же выше утром по сравнению с вечером. Таким образом, годичная и суточная вариации имеют одинаковую амплитуду и, видимо, связаны с температурой в атмосфере. Если взять только плохо очерченные метеоры, то минимум их падает на декабрь, максимум — на июнь — июль, для резко очерченных картина обратная. Этот вывод получен Л. И. Головковой по 7889 метеорам ашхабадского -ряда. Телескопические наблюдения по обработке В. Е. Штепана 1940 г. показывают, что метеоры ярче 6 вел. Хуже очерчены, чем более слабые, в среднем для трех разных наблюдателей на 0,3 балла. Сопоставлял эти данные с ходом метеорной ионизации, находим, что зависимость от яркости, скорости и цвета, а также суточная и годичная вариации одинаковы у обоих явлений — у резкости очертаний и у газовых ионных следов. Тот факт, что нерезкость очертаний видна глазом, указывает на заметную протяженность области, охватывающей метеор (десятки метров). Назовем ее «метеорной короной». Таким образом, метеорная корона, по-видимому, представляет собой явление ионизации в малом масштабе, как бы в начальном зачаточном состоянии.

Метеоры и полярные сияния.

Русский адмирал Врангель в прошлом веке заметил, что «когда в области свечения полярного сияния появляется метеор, то в том месте, где он прошел, тотчас зажигаются столбы света.. Мною часто наблюдалось, что метеоры принимали участие в возбуждении свечения этих столбов». Описывая северные сияния Гренландии, Гинге говорил, что их появления были чаще во время полета метеоров. Риттер искал даже более глубокую связь обоих явлений, а в 1830 г. в Англии Фаркьюэрсон считал, будто метеоры движутся из области полярных сияний параллельно их лучам (!). Однако имеется ряд наблюдений, свидетельствующих, что полярное сияние чаще возникает там, где пролетел метеор. Приведем, например, данные Куратова в Никольском районе Вологодской области: 17 февраля 1929 г. пролетел большой болид и «в течение нескольких часов в этой же области было видно северное сияние». После некоторых мощных полярных сияний на 10—15 мин. остаются бледные «ионные облака», описанные Стермером как «остатки драпри». Они похожи на стойкие ионные следы метеоров. Метеорная фосфоресцен- ция неба представляет собой как бы разлитое полярное сияние, наблюдаемое во время мощных метеорных дождей. Уже в Тверской летописи под 6711 г. (1202 г. н. э.) описано, как во время дождя Леонид «потече небо все и бысть чрвлено, на земли же, и по хоромам, и на снегу видети яко кровь пролияну, и мнози с небесе звезды отторгахуся». По описанию Гумбольдта во время дождя метеоров того же потока 12 ноября 1799 г. масса метеорных следов к концу явления слилась вместе и все небо пришло в состояние свечения. В следующее появление этого потока учитель Дмитрюков в Судже, Курской губ., 1 (13) ноября 1832 г. в 5 час. утра после метеорного дождя отметил свечение неба «как будто со всех сторон начинало рассветать»; нижняя часть неба кругом горизонту была «как бы подпоясана бледным беловатым облаком, с более или менее яркими, багряными, подобно загоревшейся заре или зареву от пожара, местами» В 1833 г. и 1838 г. явление это также повторилось, его отметили, например, в Англии, как и в 1866 г. (Чаллис).

«Вспышки слышимости» радиопередач.

Еще в 1928 г. было замечено, что на ультракоротких волнах (например, А = 7,5 м) передача на дальних линиях связи иногда на короткое время внезапно улучшалась. В 1933 г. эти «вспышки» были обнаружены на волнах 3—8 м трансокеанской радиосвязи. В 1938 г. Пирс приписал это метеорам, увеличивающим плотность N ионной концентрации на пути радиоволны. В 1942—1944гг. это явление специально обследовала особая комиссия федеральной связи США на волнах 3,2—7,1 м. В период Персеид и Леонид «вспышки слышимости» возникали при пролете метеоров. Суточный ход вспышек соответствовал суточной вариации оптических метеоров.

При уменьшении X с 6,8 до 4,2 м длительность ичастота вспышек убывали, при прохождении волны над E-слоем их не было вовсе. В 1947 и 1948гг. в Ашхабаде проводились радиоакустические наблюдения передачи Москвы в период действия Персеид. В одном случае, например, двукратное усиление яркости одного метеора на пути радиолуча сопровождалось синхронно увеличением громкости приема. Теперь это явление используется на практике в некоторых случаях радиосвязи на далекие расстояния, так как при этом на пути радиоволны число метеоров оказывается достаточным для передачи речи. Особенно отчетливо это явление проявилось во время максимума Драконид 10 октября 1946 г. И. С. Астапович сообщал о существовании двукратного радиоэхо от метеоров, благодаря чему можно наблюдать очень далекие метеоры, используя обратные отражения, так как длительность отражения при наклонном падении, sec

Мгц составляло до 10—12 за 10—15 сек. Хартсфилд в 1955 г. обнаружил также отражения от очень далеких метеорных следов на частоте 13,7 Мгц. С 1951 — 1952 гг. в Стэнфордскомуниверситете производятся исследования радиосвязи на частотах 14,3 Мгц. При передатчике мощностью 0,5 кет на расстоянии 15 км связь держалась только 7,5% всего времени, тогда как на расстоянии 475 км—27°/₀ времени. Ее можно поддерживать еще дольше на расстоянии до 1200 км даже тогда, когда прекращаются на той же частоте обычные отражения от Е- и F-слоев [730]. По Мак-Кинли общая длительность отражений равна 0,2Х²³'³ сек/час, если X брать в метрах при нормальном отражении, а общая мощность их Р ~Х⁶'³(2,8 < X < 9,2). Ныне эта область радиосвязи получает значительное развитие, так как гарантирует направленность передачи.

Метеорные фединги.

Вызывая местное увеличение концентрации ионов, метеоры создают как бы ионные облака, влияющие на распространение радиоволн; длинные и короткие волны будут по-разному реагировать на такие неоднородности, в одних случаях рассеивающие энергию волны, в других случаях поглощающие, а при вспышках слышимости — способствующие прохождению волн за счет перехода на более выгодную траекторию. При приеме станций Кенигсвустерхаузен и Давентри в Слуцке впервые 10 октября 1933 г. были инструментально отмечены электрометром колебания силы поля приема как на длинных волнах (около 1500 м), так и на более коротких (радиостанция Стокгольм). В 1934 г. И. С. Астапович определил, что для обычного метеора мощность ионизации выражается, вероятно, сотнями ватт на основании наблюдений 16 и 17 ноября 1933 г. потока Леонид, организованных им в Сталинабаде при содействии радиста Н. Алликальта на волнах около 1000 м. Были .отмечены своеобразные атмосферики, правильно истолкованные как собственное радиоизлучение метеоров. Из наблюдений автора 5 —11 августа 1934 г. в Ленинграде совместно с А. Ю. Маноцковым выяснилось, что обычные персеиды на средних и длинных волнах производят лишь незначительную индивидуальную ионизацию, не превосходящую уровня индустриальных помех. Если рассматривать метеор как радиопомеху, то влияние массовой метеорной ионизации на распространение длинных волн будет сказываться слабее, чем в случае коротких.На возможность индивидуального эффекта метеорной ионизации Пикар указывал еще в 1921 г.; в 1926—1930 гг. он отмечал силу поля приема радиостанции WBBM во время действия больших потоков; в дни максимума, особенно Персеид, она убывала на несколько процентов. То же оказалось на длинных волнах (станция Науэн).

Пикар ошибочно считал, что влияние потока может сказываться в течение 25 дней после его прохождения. Иокояма наблюдал Леониды 1928 г. и 1929 г., Квадрантиды и Персеиды 1929 г., производя подсчет щелчков и тресков при радиоприеме. В 1928 г. Леониды дали звуки скрежета и писка длительностью до 1 мин, что, видимо, было вызвано деионизацией следа; у Квадрантид это явление имело максимумв 3 часа утра 3 января 1929 г. Персеиды повышали число щелчков не намного против нормы, но длительность звуков доходила до 3 мин.Руководивший этой работой Нагаока сам произвел статистику трансокеанской радиосвязи за три года. Он нашел, что в период Лирид, Акварид, Драконид, Персеид, Леонид и Андромедид происходит ослабление силы приема, редко — мгновенные усиления. Он указал, что за сутки 20 • 10⁶ обычных и 400 • 10⁶ телескопических метеоров имеют суммарную длину пути, в 55 000 раз превосходящую длину экватора. В 1928 г. Хейског отметил быстро исчезающие флуктуации Е-слоя, что в 1932 г. Скеллетт и Эпплтон приписали метеорам, подтвердив тем работу Н. А. Иванова 1931 г. Шефер и Гудолл параллельно визуально и по радио наблюдали Персеиды 11—12 августа 1931 г. и Леониды 15—17 ноября 1931 г. на Х = 47—187 м; Скеллетт [729] отсюда заключил, что метеоры создают добавочную ионизацию ?-слоя. Ионное облако метеора нарушает состояние Е-слоя, снижает временно его высоту, что ухудшает передачу на волнах 50—190 м. Вспомним, что теоретически еще в 1926 г. Спарроу и в 1929 г. Мэрис указали на достаточность скорости метеора, чтобы произвести ионизацию воздуха. В 1933 г. М. А. Бонч-Бруевич показал, что максимальная мощность метеорной ионизации составляет лишь около 3°/₀ солнечной. Нагаока считал, что по сравнению с другими источниками метеорные потоки имеют много меньшее влияние на ионизацию атмосферы. На коротких волнах метеорная ионизация Персеид силивала радиослышимость, как нашли Бэли и Томсон по статистике связи 1929—1933 гг. Минохарис и Ито в 1933 г. нашли, что массовая метеорная ионизация увеличивает кратность радиоэха. В 1934 г. Скеллетт вновь отметил аномалии в Е-слое в период Леонид. В Индии Митра, Сиам и Гозе с 1934 г. применили субкритические частоты, так что легкое увеличение ионной плотности N, вызванное метеором, уже давало отражение радиоволны. С 12 по 16 ноября 1936 г. Бхар [705] в Калькутте ежечасно измерял N слоев Е и F; оно имело усиление 14 и 15 ноября в 2—3 часа ночи на Н= 100 и 150 км и не менялось на 210 и 260 км. В 1948 г. метеорные фединги исследовались в Ашхабаде на разных X в период Персеид. Индивидуальный эффект (собственное радиоизлучение метеора) оказался преимущественно на средних волнах, а массовый, незаметный на X ^-1000 м, дал, например 9 августа замирания на Х=250 м и особенно сильные наХ=19л. Действие метеорной ионизации в разное время суток и года различнона разные волны.

«Вспышки» метеорной ионизации.

«Вспышки» метеорной ионизации, вызванные полетом отдельных метеоров, на экранах радиолокаторов замечались с 1932 г. при ионосферных и иных наблюдениях. Они происходили в Е-слое, были мимолетными, длительностью обычно менее 1 сек, но в иных случаях до 1 мин и более. За год до того Скеллетт подсчитал, что тело в 1 г при v = 40 км/сек за г = 0,5 сек в состоянии коротковолновым -излучением ионизовать до Л/=10⁶ с.м~³ цилиндр воздуха длиной 20 км и диаметром 0,5 км. Хотя здесь ошибочно принято, что вся энергия движения перейдет в ионизацию, эта работа обратила внимание наблюдателей на «вспышки» ионизации, приписанные в 1937 г. Эккерслеем метеорам. Особое внимание они стали обращать на себя с 1939 г. на волнах Хда20 м английских башенных локаторов. В 1940г. из наблюдений 1936 г. было найдено что максимум этих вспышек виден на волне Х=40 м, а их высот— на Н= \40 км (при >.= 17 — 44м). Пиддингтон и Эпплтон в 1937 г. получили незамеченные ими два максимума высот на Н =112 и 145 км. Со вторым из них совпадают высоты голубых следов и некоторых телеметеоров по тригонометрическим и радио наблюдениям в Ашхабаде в 1947 г. Двумя разнесенными антеннами Эккерслей и Фармер обнаружили, что поляризация радиоволн за 0,25 сек может меняться на 15°.

В 1938 г. Пирс доказал расчетом, что метеорный след даст наилучшее отражение при перпендикулярном падении волны; что его электроны должны диффундировать радиально. В 1942 г. Харанг (Осло) на Х = 38—50 м, изучая вспышки с т = 0,5—3 сек, обнаружил, что отражение происходит от облачка электронов, но не связал его возникновение с метеором и упустил это открытие.

После окончания второй мировой войны аппаратура радиолокационных станций Англии была направлена на изучение вспышек. Например, станция Боудси в течение 19 месяцев работала на Х= 13 м; часовые числа имели максимумы в 4 и 12 час., минимум — после полудня; в течение года эта кривая менялась, но минимум оставался (см рис. выше). Годичный максимум падал на осень, минимум на весну; средняя высота оказалась //=85 км, а число вспышек в пределах 20—50 Мгц обратно пропорциональным частоте. Влияние местных условий находилось сравнением записей станций в Англии и Шотландии; отдельные дни давали сильно отличные результаты. Солнечное затмение 9 июля 1945 г. на появлении метеорных вспышек не сказалось. Эпплтон и Нэсмит работали на /=27 Мгц на мощной установке с вертикальным излучением. Ночной ход в течение года не менялся, к утру увеличивалось и число вспышек, и их т; абсолютное число отражений максимально летом в полдень; полуденные n_h во втором полугодии были выше. Таким образом, дневную метеорную ионизацию контролирует Солнце, определяющее также и летний максимум, и минимум у полуночи. Наилучшие отражения были на Х = 5—30 м

С 1944 г. Хей и Стьюарт начали работу на Х = 5м; хотя при этом можно заметить лишь самые яркие метеоры, видимые даже глазом, зато результаты более сравнимы с визуальными и менее зависят от капризов Е-слоя. Если лепесток излучения на разных станциях направлен в разные стороны, то ход суточной вариации вспышек ионизации будет неодинаковым из-за преобладания метеоров с востока. У отдельных потоков число вспышек резко возрастает тогда, когда высота радианта переходит через 40°, например, при низком его стоянии Квадрантиды и Геминиды давали 5—10, а при высоком 40—60.

По ашхабадским наблюдениям на Х = 4 м оказался следующий ход вспышек в эпоху Персеид 1948 г., совпавщий с фотографическим ходом:

Кроме того, влияние массовой ионизации на волны 19—25 м оказалось наибольшим 11 августа в часы визуального максимума. Высота вспышки мало влияет на продолжительность г по данным станции Джодрелл Бэнк: у 60°/₀ метеоров она была короче 0,25 сек, только у 1% более 10 сек, но бывают и по 100 сек. То же видно и из ашхабадских данных 1947—1948 гг. Число вспышек данной интенсивности обратно пропорционально значению самой интенсивности; Херлофсон [714] отсюда заключил, что общая масса метеорной материи на каждую звездную величину постоянна, что на оптическом диапазоне было отмечено в Москве еще в 1937 г. Более подробные измерения т показали его зависимость от скорости метеора, увеличение которой дает более интенсивное отражение; на волне 4,2 м при уменьшении v от 75 до 25 км/сек т растет с 0,03 до 0,06 сек, так как более быстрые метеоры более высоки и там длина пробега иона больше. Визуальные наблюдения метеорной короны это подтверждают.

Приложение №1

Приложение №2

Изменения интенсивности отражения от метеорного следа на экране катодного осциллографа (кадры киносъемки с интервалом 1 сек). След появился на расстоянии 216—219 км; на 6-й секунде интенсивность резко увеличивается, на 19-й почти исчезает (английские наблюдения).

Приложение №3

Увеличение числа федингов между 22—23 час. 9 октября 1933г. (время II пояса), совпавшее с максимумом Драконид (регистрограмма силы поля приема станции Давентри, полученная в Слуцке).

1. Астрономический календарь : Постоянная часть. 7-е изд. - М.: Наука, 1981

2. Астрономический календарь, ежегодник: Переменная часть (ВАГО) - М. : Гостехиздат, ред. Бакулин П. И.

3. Бронштейн В. А. Как движется Луна. М. : Наука, 1984

4. Бронштейн В. А. Планеты и их наблюдение. 2-е изд. , перераб. и доп. - М. : Наука, 1979

5. Гетман В.С. Внуки Солнца. М., 1989

6. Дагаев М. М. Наблюдения звездного неба. - М. : Наука, 1988

7. Данлоп С. Азбука звездного неба. - М.: Наука, 1990

8. Климишин И. А. Элементарная астрономия. - М. : Наука, 1991

9. Куликовский П. Г. Справочник любителя астрономии. - М. : Наука, 1971

10. Михайлов А. А. , Звездный атлас (до 8. 5 зв. вел.). - ГТТИ, 1953

11. Цесевич В. П. Что и как наблюдать на небе. - М. : Наука, 1983

12. http://krugosvet.ru/articles/20/1002089/print.htm

13. http://www.snezhinsk.ru/asteroids/abstracts/ar96046.htm

14. http://am-project.narod.ru/16032001-search.html

15. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1170.html

16. http://am-project.narod.ru/16032001-by.html

17. http://www.dinos.ru/text/meteoriti.htm

18. http://old.topnew.ru/science/may/140501/rynok.htm

19. http://vernadsky.dnttm.ru/e7/w01447.htm

20. http://www.everyday.com.ua/myplanet/meteorits.htm