Метеоритная опасность

Размещено на Allbest.ru

Введение

Цель работы: получить новые знания о метеоритной опасности, выявить наиболее опасные для метеоритной атаки зоны нашей страны, сформулировать наиболее действенный способ борьбы с падениями метеоритных тел на Землю.

Задачи работы: на основе дополнительной литературы дать определения понятиям «метеор» и «метеорит»; выяснить, какова причина падений на Землю метеоритов, рассмотреть их различные виды, самые известные случаи падений метеоритов на землю; выяснить, каково влияние метеоритных тел на геологическое развитие Земли; оценить вероятность падений космических тел и их последствия; рассмотреть разные способы борьбы и предупреждения падений метеоритов.

Рис. 1.

Глава 1. «Метеориты вокруг нас».

1.1 Влияние падений метеоритных тел на геологическое развитие Земли.

метеорит падение

В настоящее время многие ученые спорят о том, действительно ли метеоритные тела оказали свое влияние на геологическое развитие Земли. Большинство мнений сводится к тому, что на геологическое формирование планеты все-таки повлияло вторжение «космических гостей».

Эволюция нашей планеты может привести факты падения космических тел, которые глобально изменили жизнь на Земле. В конце мелового периода пропали все гигантские рептилии, включая летающих ящеров. В то же время в океанах погибли почти все виды моллюсков. Погиб даже планктон. Сегодня целый ряд серьезных специалистов полагает, что такие существенные изменения вызвало падение на Землю астероида.

65 млн. лет назад в Землю врезалось небесное тело диаметром около 10 км. Удар пришелся в область, богатую залежами серы. Вызванный при этом взрыв выбросил в атмосферу «гриб» вещества, по массе в 100 раз больше массы упавшего тела. Этого было достаточно, чтобы в стратосфере Земли образовался непрозрачный слой пыли и капелек серной кислоты, который почти прекратил доступ к поверхности солнечного света и тепла. Планета на несколько месяцев, а может, и лет погрузилась в ночную тьму. В итоге погибла большая часть растений, служивших пищей травоядным животным, которые поэтому также почти все вымерли. Эта гибельная цепь привела к смерти многих хищников. Выжили лишь немногие виды мелких животных, способных питаться продуктами разложения.

1.2 Метеориты и метеоры

В современном мире мы часто слышим понятия «метеор» и «метеорит». В чем же заключается разница между ними?

Метеориты - это осколки малых планет - астероидов, которые населяют в основном зону между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды сталкиваются, дробятся на осколки, которые и дают метеориты.

Метеор - это явление, то есть светящийся след метеороида.

Отличительными характеристиками метеора, помимо массы и размера, являются его скорость, высота воспламенения, длина трека (видимый путь), яркость свечения и химический состав (влияет на цвет горения). Часто метеоры группируются в метеорные потоки - постоянные массы метеоров, появляющиеся в определённое время года, в определённой стороне неба. Широко известны такие метеорные потоки как Леониды, Квадрантиды и Персеиды. Все метеорные потоки порождаются кометами в результате разрушения или в процессе таяния при прохождении внутренней части Солнечной системы.

Во время визуальных наблюдений метеорных потоков кажется, что метеоры вылетают из одной точки на небе - радианта метеорного потока. Это объясняется сходным происхождением и относительно близким расположением космической пыли в космическом пространстве, являющейся источником метеорных потоков.

След метеора обычно исчезает за считанные секунды, но иногда может оставаться на минуты и передвигаться под действием ветра на высоте возникновения метеора. Визуальными и фотографическими наблюдениями метеора из одной точки земной поверхности определяют, в частности, экваториальные координаты начальной и конечной точек следа метеора, положение радианта по наблюдениям нескольких метеоров.

Рис. 2.

Интерес к метеоритам был вызван в первую очередь тем, что долгое время они оставались единственными образцами внеземного вещества. Но и сегодня, когда вещество других планет и их спутников становится доступным лабораторному исследованию, метеориты не потеряли своего значения. Вещество, составляющее крупные тела Солнечной системы, подверглось длительному преобразованию: оно плавилось, разделялось на фракции, вновь застывало, образуя минералы, не имеющие уже ничего общего с тем веществом, из которого все образовалось. Метеориты же являются обломками мелких тел, которые такой сложной истории не прошли. Один из типов метеоритов - углистые хондриты - вообще представляет собой слабоизмененное первичное вещество Солнечной системы. Изучая его, специалисты узнают, из чего образовались крупные тела Солнечной системы, в том числе и наша планета Земля.

1.3 Процесс образования и падения метеоритных тел на Землю

В межпланетном пространстве движется бесчисленное множество космических пылинок, песчинок, камней и глыб. Большей частью это остатки вещества, из которого около 5 млрд. лет назад сформировались планеты и их спутники. Новыми порциями метеорных тел Солнечная планета пополняется в результате столкновения астероидов друг с другом и их дробления.

Метеорное тело входит в атмосферу Земли на скорости от 11 до 72 км/с. На такой скорости начинается его разогрев и свечение. В это время мы видим пролет по небу метеора. За счёт обгорания и сдувания набегающим потоком частиц вещества метеорного тела масса тела, долетевшего до поверхности, может быть меньше его массы на входе в атмосферу. Например, небольшое тело, вошедшее в атмосферу Земли на скорости 25 км/с и более, сгорает почти без остатка. При такой скорости вхождения в атмосферу из десятков и сотен тонн начальной массы до поверхности долетает всего несколько килограммов или даже граммов вещества. Следы сгорания метеорного тела в атмосфере можно найти на протяжении почти всей траектории его падения.

Кроме того, может произойти разрушение метеорного тела на фрагменты, что приводит к выпадению метеоритного дождя. Разрушение некоторых тел носит катастрофический характер, сопровождаясь мощными взрывами, и нередко не остается даже макроскопических следов метеоритного вещества на земной поверхности, как это было в случае с Тунгусским болидом. Предполагается, что такие метеориты могут представлять собой отмершие кометы.

При соприкосновении метеорита с земной поверхностью на больших скоростях (порядка 2000-4000 м/с) происходит выделение большого количества энергии, в результате метеорит и часть горных пород в месте удара испаряются, что сопровождается мощными взрывными процессами, формирующими крупный округлый кратер, намного превышающий размеры метеорита. Хрестоматийным примером этому служит Аризонский кратер.

Рис 3. Аризонский кратер (диаметр кратера 1207 м, глубина174 метра, окружающий кратер вал возвышается на 40-50 м)

При небольших скоростях (порядка сотен м/с) столь значительного выделения энергии не наблюдается, диаметр образующегося ударного кратера сравним с размерами самого метеорита, и даже крупные метеориты могут хорошо сохраниться, как, например, метеорит Гоба.

Рис. 4. Железный метеорит Гоба массой 66 тонн и объёмом 9 кубических метров был найден в юго-западной Африке 80 тысяч лет назад.

1.4 Классификация метеоритов

1. Метеориты традиционно делятся на три больших класса: железные, каменные и железо-каменные.

Железные метеориты состоят в основном из никелистого железа. В земных горных породах естественный сплав железа с никелем не встречается, поэтому присутствие никеля в кусках железа указывает на его космическое происхождение. Железные метеориты составляют 5, 7% падений.

Каменные метеориты часто включают в себя никелистое железо, однако основными их компонентами являются силикаты. Каменные метеориты, имеющие внутри себя округлое образование, называются хондритами. Каменные метеориты встречаются наиболее часто и составляют 98, 8% всех падений.

Железокаменные метеориты - это куски никелистого железа с вкраплениями зерен каменистых минералов.

2. Метеориты можно классифицировать по методу обнаружения: нахождение метеорита после наблюдения его падения в атмосфере; определение метеоритного материала путем анализа.

1.5 Крупные современные метеориты, обнаруженные на территории России

В настоящее время человечеству известно много случаев падения космических тел на землю. На территории России известны следующие случаи падения метеоритных тел:

Тунгусский феномен - упал 30 июня 1908 года в бассейне реки Подкаменная Тунгуска в Сибири. Общая энергия оценивается в 40-50 мегатонн в тротиловом эквиваленте.

Метеорит Царёв (метеоритный дождь) - упал предположительно 6 декабря 1922 г. вблизи села Царёв Волгоградской области. Это каменный метеорит, многочисленные осколки собраны на площади около 15 кв. км. Их общая масса - 1, 6 тонны. Самый крупный фрагмент весит 284 кг.

Сихотэ-Алинский метеорит - упал в Уссурийской тайге 12 февраля 1947 г. Общая масса осколков составляет 30 тонн. Это железный метеорит.

Витимский болид - упал в районе посёлков Мама и Витимский Мамско-Чуйского района Иркутской области в ночь с 24 на 25 сентября 2002 года. Событие имело большой общественный резонанс, хотя общая энергия взрыва метеорита, по-видимому, сравнительно невелика. Максимальная начальная масса (до сгорания в атмосфере) - 160 тонн, а конечная масса осколков составляет нескольких сотен килограммов.

Челябинский метеорит. Падение метеорита вблизи города с крупными промышленными объектами произошло 15 февраля 2013 года под Челябинском. Свидетелями падения метеорита стали тысячи жителей Костанайской области Казахстана, Тюменской, Курганской, Свердловской и Челябинской областей. По расчетам НАСА, метеороид, диаметром около 17 метров и массой порядка 10 тыс. тонн, вошёл в атмосферу Земли на скорости около 18 км/с. Судя по продолжительности атмосферного полёта, вход произошёл под очень острым углом. Спустя примерно 32, 5 сек после входа в атмосферу небесное тело разрушилось. Разрушение представляло собой серию событий, сопровождавшихся распространением ударных волн. Общее количество высвободившейся энергии по оценкам НАСА составило около 500 килотонн в тротиловом эквиваленте.

Рис. 5. Школа, поврежденная ударной волной в Челябинске.

1.6 Вероятность падения метеоритных тел

Находка метеорита - довольно редкое явление. Лаборатория метеоритики сообщает: «Всего на территории РФ за 250 лет было найдено только 125 метеоритов». Велика ли метеоритная опасность для обитателей Земли?

В космическом пространстве, окружающем нашу планету, движется множество твердых 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 Землей ежедневно и ежечасно, а глыбы - раз в сотни и даже тысячи лет.

Выяснилось, что падение наиболее крупных небесных тел на Землю случается с периодичностью около 30 млн. лет. Оказывается, примерно с той же периодичностью происходила смена геологических периодов органического мира и массовым вымиранием распространенных до того организмов.

Нетрудно подсчитать, что, например, на территорию Москвы небольшой метеорит падает один раз в несколько десятилетий. Совершенно ясно, что никакой практической опасности это не представляет. И все же иногда метеориты вмешиваются в нашу жизнь. Каждый метеоритный дождь рассеивает осколки на территории в десятки, а иногда и в сотни квадратных километров. Учитывая, что средняя плотность расселения людей на Земле около 30 чел/км2, ясно, что под каждый такой «дождь» попадает в среднем около тысячи человек. Нередко повреждаются здания и крупные сооружения, было отмечено несколько прямых попаданий в автомобили, но обошлось без жертв.

Количество метеоритов, выпадающих ежегодно на указанную площадь.

Глава 2. Борьба человечества с «космической атакой».

2.1 Последствия падений метеоритных тел

Как мы знаем, последствия падений на Землю космических тел могут быть самыми разными. Например, мы не заметим столкновения с нашей планетой мельчайших космических пылинок. Однако падение метеоритного тела, размером в несколько метров, способно вызвать серьезные разрушения и даже нанести вред здоровью людей.

Единственный задокументированный случай попадания метеорита в человека произошёл 30 ноября 1954 в штате Алабама. Метеорит весом около 4 кг пробил крышу дома и рикошетом ударил Анну Элизабет Ходжес по руке и бедру. Женщина получила ушибы.

Как известно, при столкновении Земли с небесным телом первый удар принимает на себя наша атмосфера. Дальнейшее зависит от скорости встречи, от угла входа тела в атмосферу, от его массы и состава. Каменистые тела поперечником около 150 м на высотах 5-10 км подвергаются взрывному дроблению, при этом взрывная волна вызывает разрушение в радиусе до нескольких десятков километров. Тугоплавкие тела размером в несколько сот метров пробьют воздух без заметного торможения и разрушения. Почти вся энергия их движения обрушится на земную поверхность. Это приведет к взрыву и выбросу массы вещества, в сто и более раз превышающей массу упавшего тела. По расчетам Института теоретической астрономии за миллион лет Земля может 1-2 раза столкнуться с телом диаметром около 1 км, что породит бедствие регионального масштаба. Глобальную катастрофу может вызвать встреча Земли с объектом диаметром порядка 2 км. Вероятность такой катастрофы на 2 порядка меньше - она может случиться в среднем один раз за 100 млн. лет.

2.2 Наиболее «уязвимые» места нашей планеты

Несомненно, масштабы катастрофы зависят и от места падения тела. Возможны два варианта:

1. Попадание метеорита на землю.

В этом случае метеорит может нанести вред живым организмам, в том числе человеку, а также различным постройкам на данной местности.

Удар может быть нанесен и по сейсмоопасной зоне. В Институте физики Земли ученые провели анализ и расчеты последствий падений небесных тел в истории Земли. Они пришли к выводу, что в некоторых случаях удары приходились в геологически напряженные области. В результате освобождалась сейсмическая энергия и происходил взрыв на порядок более мощный, чем просто от столкновения. В этом случае геологические слои ведут себя подобно закаленному стеклу, которое, как известно, может взорваться от слабого, но резкого удара.

Если же метеоритное тело упадет на атомную электростанцию, то катастрофа может быть по размерам ничуть не меньше. Выбросы радиации губительно скажутся на всем живом, радиационные облака ветром могут распространяться на многие десятки, сотни и даже тысячи километров, нанося огромный вред территориям, находящимся вдали от места катастрофы. Область же, на которой произошла катастрофа, на многие годы останется безжизненной.

Также огромную катастрофу может вызвать попадание метеорита в сооружения химического комбината или в хранилище отравляющих веществ.

2. Попадание метеорита в Мировой океан.

Если достаточно крупное тело упадет в океан, то возникшее цунами и последующие наводнения приведут к разрушениям на огромных прибрежных территориях. Данная местность также окажется безжизненной на долгие годы. И, тем не менее, попадание космического тела в океан можно считать менее катастрофичным, по сравнению с падением метеорита на сушу.

2.3 Всемирная служба космической безопасности

На рубеже 80-90 гг. двадцатого века ученые предложили использовать возможности военно-промышленного комплекса для создания щита, способного укрыть земную цивилизацию от факторов космической опасности. Первые шаги в этом направлении уже сделаны: в 1991 году на генеральной ассамблее Международного астрономического союза в Буэнос-Айресе был сформирован специальный координирующий центр. Кроме того, в Санкт-Петербурге создан Международный институт проблем астероидной опасности. В Риме видными специалистами в этой области учрежден международный фонд «Космическая стража». В России и в других странах проходят международные конференции, посвященные проблеме метеоритной опасности.

Важнейшими задачами всемирной службы космической безопасности могут стать:

- продолжение теоретических исследований;

- учет крупных небесных тел, которые могут столкнуться с Землей;

- организация системы контроля с целью обнаружения и отслеживания с помощью наземных и космических средств небесных тел, падение которых может вызвать катастрофу местного характера;

- создание ракетно-ядерной системы, которая обеспечит перехват опасных космических объектов с целью изменения их орбиты или уничтожения.

2.4 Пассивные меры космической защиты

Примеры пассивных мер борьбы с метеоритной опасностью:

1. Заблаговременное обнаружение опасных небесных объектов.

2. Наблюдение за метеоритными телами, оценка возможных последствий столкновения.

3. Эвакуация населения и ценностей, защита наиболее важных объектов на Земле.

Проблемы пассивных мер защиты: опасные объекты, размеры которых измеряются метрами или десятками метров, могут быть и вовсе обнаружены лишь на подлете к Земле на расстоянии нескольких десятков тысяч километров, когда до встречи останется несколько десятков минут.

Прогнозы на будущее: чтобы взять на учет все объекты, способные привести к глобальным катастрофам, надо в обоих полушариях выделить 6-8 телескопов, оснастить их специальными сверхчувствительными приемниками света и средствами компьютерной обработки информации, которые позволят отличать небесные объекты, сближающиеся с Землей (ОСЗ) от других объектов, определять их координаты, а затем и траекторию. Более перспективны наблюдения ОСЗ с помощью космических телескопов. Их можно проводить круглосуточно. Лишь высокая стоимость не позволяет подобные проекты реализовать.

2.5 Активные меры космической защиты

Активные способы защиты сводятся к уничтожению потенциально опасных космических объектов или к изменению их орбит. Конкретные способы защиты будут определяться в зависимости от имеющегося запаса времени до столкновения.

Способ №1. Если времени достаточно, возможны экзотические решения. Например, установить на небесный объект солнечный парус или воздействовать на него зеркальным концентратором солнечной энергии.

Проблемы: надо иметь в виду, что даже огромному солнечному парусу площадью в сотни гектаров понадобятся десятки, а то и сотни лет, чтобы изменить траекторию объекта на пролетную. Увеличить или уменьшить давление солнечного света на небесное тело можно, изменив отраженные свойства поверхности: покрыв ее, например, порошком нужного цвета. Но и в этом случае эффекта придется ждать столь же долго.

Способ №2. Допустим, опасный объект нам удалось обнаружить за несколько витков до встречи. В этом случае наиболее оптимальным было бы решение изменить его орбиту, чего можно добиться двумя путями: мощным ударом по опасному объекту, либо длительным воздействием на него. В любом случае к обнаруженному небесному телу надо запустить космический аппарат, который доставит средство воздействия. В простейшем случае можно спланировать столкновение посланного зонда с опасным объектом или укрепить на ОСЗ двигатель. Для получения необходимого эффекта двигатель большой тяги придется снабдить сотнями тонн топлива.

Проблемы: большие затраты на топливо для двигателя.

Способ №3. Можно представить и такую ситуацию, когда ОСЗ будет обнаружен очень поздно, и его траекторию уже нельзя будет изменить до безопасной, тогда единственным возможным способом защиты станет разрушение опасного объекта. По всей видимости, космической защите придется при этом иметь дело с относительно небольшими объектами поперечником не более 100 м. Какую технологию взрыва использовать? Как показывает опыт ядерных испытаний, при поверхностном взрыве доля энергии, передаваемой в грунт, составляет всего около 8%. Наиболее эффективным будет глубинный термоядерный взрыв, который должен раздробить объект на осколки диаметром менее 10 м каждый. При таком варианте значительную часть кинетической энергии падающего тела примет на себя атмосфера Земли. Здесь возникает проблема внедрения ядерного заряда в тело летящего к Земле ударника. Есть расчеты, что потребуется как минимум 2 удара. Первый - механический удар - должен «вырыть» достаточно глубокую нишу в приближающемся объекте, а уже второй произведет в нише собственно термоядерный взрыв.

Перечислю и другие, пока еще научно-фантастические проекты защиты Земли:

использование лазеров для разрушения или изменения траектории опасных объектов;

нанесение ракетного удара с лунной базы;

нанесение удара по опасному небесному телу другим небесным телом меньшей массы путем предварительного изменения его орбиты.

Выбор и оценка способов защиты требуют новых теоретических и экспериментальных исследований. Рассматривая проблему космической защиты жизни и цивилизации на нашей планете, нельзя не учитывать возможные экологические последствия планируемых активных мер. Поскольку большую часть Земли занимают океаны, то наиболее вероятное последствие падения опасного объекта - цунами. Задача защиты в этом случае - дробление ОСЗ на части и «развод» фрагментов на максимально возможное расстояние. Надо предупредить также возможность попадания осколков в густонаселенные районы и на производственные объекты повышенной опасности. Не менее опасно разрушение падающего объекта с образованием аэрозольной массы, способной вызвать климатические изменения на Земле.

Таким образом, представленные три способа активных мер борьбы с метеоритными телами, являются наиболее эффективными. Однако каждый из данных способов может быть применен в зависимости от количества времени, оставшегося до падения метеорита на Землю. И, тем не менее, изменение орбиты метеоритного тела будет наиболее практичным способом, по сравнению со всеми другими.

После событий, связанных с метеоритным дождем в Челябинске, заместитель премьер-министра РФ Дмитрий Рогозин сказал, что Россия и США должны разработать систему для защиты планеты от подобных событий в будущем. 18 февраля 2013 года на пресс-конференции была названа стоимость защиты России от космических угроз - объём федеральной целевой программы, рассчитанной на десять лет, составляет 58 млрд рублей. Программа одобрена Роскосмосом и передана вице-премьеру Дмитрию Рогозину. Ранее, 15 февраля, стало известно, что Роскосмос разрабатывает совместно с РАН программу, которая поможет узнать больше об исходящей из космоса опасности. По словам начальника Управления стратегического планирования целевых программ Роскосмоса Юрия Макарова, для этого создаются, в том числе, новые средства наблюдения, однако из-за масштаба проблемы всё находится ещё в начале пути.

Заключение

Итак, мы получили новые знания о метеоритной опасности: рассмотрели строение метеоритов, процесс их вхождения в атмосферу, получили новые сведения о зависимости размеров метеорита и катастрофы, к которой может привести его падение.

Мы также выявили наиболее опасные для метеоритной атаки зоны нашей страны - сейсмоопасные зоны, районы с атомными электростанциями.

Решение проблемы космической защиты нашей цивилизации может быть только комплексным: обнаружение опасных объектов - уточнение его характеристик и возможного района падения - определение стратегии и тактики противодействия. В настоящее время наиболее действенный способ борьбы с падениями метеоритов - это изменение их орбит путем мощного кратковременного воздействия (взрыва) или продолжительного воздействия на них.

Проблема космической защиты может эффективно решаться только параллельно с изучением и освоением космоса. Начало этого долгого пути уходит в незапамятные времена и продолжается сегодня. Тем не менее, можно с уверенностью сказать, что с развитием науки и техники человечество преодолеет очень многое и однажды найдет способ уберечь свою планету от вторжения космических тел.

Литература

1. Е. Л. Кринов «Вестники Вселенной» - М. : Государственное издательство географической литературы, 1983 год.

2. Энциклопедия для детей, т. 8. - М. : Аванта+, 1997 год.

3. Энциклопедия для детей, т. 8. - М. : Аванта+, 2004 год.

4. Е. П. Левитан «Астрономия» - М. : Дрофа, 2011 год.

5. Журнал «Физика в школе», 1998 год, № 13

6. Журнал «Физика в школе», 1997 год, № 5

7. Журнал «Наука и жизнь», 2005 год, № 2

8. Журнал «Физика в школе», 2003 год, № 3

9. Журнал «Физика в школе», 2000 год, № 42

10. Журнал «Природа», 1998 год, № 6

Размещено на Allbest.ru