Незамеченный: что мы узнали о Челябинском метеорите за 10 лет

15 февраля 2013 года на Землю упал крупный метеорит, названный впоследствии Челябинским. По мощности взрыва, сопровождавшего пролет космического тела в атмосфере Земли, он считается вторым в новой истории после Тунгусского. За 10 лет учёные сумели выяснить или с большой вероятностью предположить, как он вёл себя в далёком космосе, затем в атмосфере Земли, на её поверхности и в воде озера, куда прилетел самый крупный фрагмент. Исследователи сделали несколько удивительных открытий и поделились новыми, иногда пугающими выводами о влиянии метеоритов на нашу жизнь. Впрочем, всё по порядку.

Челябинский фотограф Марат Ахметвалеев, автор, пожалуй, самых живописных кадров падения метеорита, так рассказывал о событиях того утра:

— Обычно по пятницам я хожу в своё излюбленное место вдали от городского шума фотографировать, вот и тот день не пропустил. Всё было спокойно и размеренно, над рекой поднимался пар, солнышко ещё не встало. И тут... Описать это словами просто невозможно! Вспышка, затем резкое увеличение в размерах эпицентра и его покраснение. В мгновение я кожей ощутил жар. Не передать словами, сколько мыслей было в голове, первое — астероид. Потом подумал, может, "ядрёна бомба". В любом случае мысленно со всеми попрощался, но, как ни парадоксально, был очень рад, что увидел это вживую. Через несколько секунд (а может, минуту) последовала серия взрывов. Они были очень мощные, количество ударов я не посчитал, потому как пребывал в шоковом состоянии. После взрывов я стоял и смотрел в сторону, куда направился объект... Гриба не увидел, и это вселило некую надежду на выживание. Я направил объектив именно в ту точку, откуда началась вспышка. По понятным причинам кадр основной вспышки пересвечен (ощущение было такое, будто в лицо направили мегаваттный прожектор). Потом я смутно помню свои действия — начал суетиться, пытаться снять хоть что-нибудь. На одном снимке явно видно точку горения внутри облака.

Тем временем в самом Челябинске ударная волна от двух самых мощных взрывов выбила стёкла в сотнях зданий, местами вместе с рамами. Люди выбегали на улицу. Начиналась паника. Многие пытались дозвониться до родных, но это получалось не всегда, что ещё больше пугало. Появились раненые — от осколков стекла. Были и разрушения: у цинкового завода ударной волной повалило стену.

И хотя общий ущерб от падения метеорита составил, как позже подсчитали, около 1 млрд руб., к счастью, обошлось без жертв. И это, вероятно, самое удивительное в этой истории, учитывая, что удалось выяснить учёным впоследствии.

Для того чтобы наш дальнейший рассказ был корректным с научной точки зрения, следует определиться с терминами. В этом нам помог научный руководитель Института астрономии РАН, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Борис Шустов.

Все эти понятия используют для описания столкновения малого небесного тела с Землей. Когда-то Челябинский метеорит был частью большого астероида. Затем в результате фрагментации стал метеороидом. В момент падения мы видели суперболид. На земле и в воде люди находили метеориты.

Самым известным катастрофическим падением небесного тела обычно считают то, что произошло примерно 65 млн лет назад. Тогда на Землю прилетело космическое тело (астероид или комета) диаметром около 10 км. Его назвали "убийцей динозавров": удар спровоцировал мощные выбросы пыли в атмосферу, серию землетрясений, извержений вулканов и цунами. Итогом стало резкое изменение климата, которое очень многие тогдашние обитатели планеты просто не пережили.

17 июня 1908 года над сибирской тайгой взорвалось Тунгусское тело. Метеоритом называть его неправильно, так как на земле никаких остатков тела не обнаружено. Как рассчитали учёные, это был астероид или, что более вероятно, ядро небольшой кометы диаметром примерно в 60 м. Место было, к счастью, безлюдным, о человеческих жертвах нам неизвестно. Но все знают о том, что на площади более 2000 км2 вековой лес оказался как будто примят неведомой силой.

Челябинский метеорит упал в густонаселённом регионе, само падение наблюдали миллионы людей, причём даже за многие сотни километров от эпицентра события. Космическое тело в атмосфере Земли зафиксировали десятки спутников, а ударную волну — многочисленные сейсмостанции по всему миру. Остались миллионы гигабайт фото- и видеосвидетельств. В руках учёных оказался колоссальный материал, и он очень сильно изменил наши представления о метеоритах.

Сегодня мы имеем довольно точную картину "челябинского события", как предпочитают называть визит космического гостя специалисты.

От катастрофических последствий жителей Челябинска и окрестных населённых пунктов спасли три фактора: пологая траектория (угол падения метеороида составил менее 20°), земная атмосфера и состав космического тела — камень, а не более прочное и монолитное железо. Пролетев несколько сотен километров в атмосфере, метеороид частью разрушился, частью испарился. В итоге на поверхность Земли упала мизерная — меньше процента — часть от той массы, которая вошла в стратосферу.

Обычно мы считаем взрывом явление очень быстрого горения некоего химического вещества, например, тринитротолуола. Но источник энергии взрыва в нашем случае заключался в кинетической энергии, определяемой скоростью и массой объекта. При этом энергонасыщенность метеороида (то есть запас энергии на 1 кг), по некоторым оценкам, была в 40 раз больше, чем у мощной взрывчатки.

При трении о воздух каменное тело начало разрушаться на множество мелких частей.

— Превращение первоначального монолита в облако обломков скачком увеличивает суммарную поверхность. Движение в атмосфере мгновенно разогревает обломки, превращая их в раскалённое облако, которое начинает быстро расширяться, — объясняет физику процесса астрофизик, доктор физико-математических наук, лауреат Госпремии СССР Николай Горькавый, работающий в научных структурах НАСА. Кстати, по иронии судьбы он уроженец Челябинска.

Борис Шустов уверен, что Челябинску и другим городам и посёлкам в районе падения метеороида невероятно повезло:

— В результате пологой траектории падения основное выделение энергии произошло довольно высоко. Для сравнения, американцы в августе 1945 года взорвали свою бомбу над Хиросимой на высоте 600 м. В итоге на поверхности Земли в диаметре 1,5 км сгорело всё. Если бы челябинское тело шло вниз вертикально, то последствия были бы намного страшнее, чем в Хиросиме.

Николай Горькавый уточняет:

— При взрыве на высоте 23 км у жителей областного центра повыбивало окна и дома ходили ходуном. Аналогичный взрыв на высоте 8,3 км, как у Тунгусского метеорита, породил бы ударную волну в 20 раз сильнее наблюдавшейся 15 февраля 2013 года. А если бы метеорит был железным, он бы легко долетел до Земли.

Если вспомнить, что Челябинская область — один из самых индустриально насыщенных регионов планеты, то о масштабах возможных последствий просто не хочется думать. Челябинский метеороид кажется настоящим слоном в посудной лавке, но удивительно деликатным и изящным, как балерина. Оставив большую часть своей массы в атмосфере, частью превратившись в пыль и пар, не задев ни одним своим фрагментом ни человека, ни животное, он снайперски плюхнулся в живописное озеро Чебаркуль. Пробив во льду полынью диаметром 8 м, самый большой фрагмент космического тела "зарылся" в ил на глубине примерно 10 м.

За несколько дней до падения Челябинского метеорита астрономы сообщали о приближении к Земле астероида Дуэнде. И он действительно оказался на минимальном расстоянии от Земли именно 15 февраля. Но ближе к вечеру. И дистанция составила 27 тыс. км. Никакого отношения к нашему "гостю" этот астероид не имел. Учёные и военные сделали шокирующее признание: Челябинский метеорит прилетел незамеченным.

По словам Бориса Шустова, сегодня у землян есть возможность гарантированно находить в космосе и отслеживать движение космических тел размером от 800 м. Увидеть их можно задолго до потенциального столкновения с нашей планетой. А вот более мелкие объекты, как, например, Челябинское тело, зафиксировать реально лишь за несколько дней. Этого времени уже не хватит, чтобы предпринять какие-то меры для защиты, можно разве что организовать комплекс мер гражданской обороны.

Идеи вроде отправки ракеты с ядерным зарядом, чтобы изменить траекторию полёта метеороида, носят чисто теоретический характер. В этом мог бы быть смысл, если бы речь шла об астероидах размером свыше 100 м — такие хотя бы можно загодя обнаружить. 

Задним числом выяснилось, что Челябинское тело всё-таки "увидел" американский спутник, когда до Земли оставалось около 280 км, это несколько секунд полёта.

Но есть и ещё одна проблема.

Группа учёных во главе с Борисом Шустовым предложила возможное решение. Телескоп следует размещать не на околоземной орбите, а в точке по линии Земля — Солнце на расстоянии 1,5 млн км от поверхности нашей планеты.

— Мы рассчитали, что с помощью 25-сантиметрового телескопа, направленного в сторону Земли (но не на саму Землю), мы сможем обнаружить даже некрупные тела, которые приближаются к ней, — уточняет научный руководитель Института астрономии РАН.

Пока идея ждёт реализации, зафиксируем: Челябинский суперболид заставил кардинально пересмотреть отношение к астероидно-кометной опасности. Учёные теперь едины во мнении: космические тела размером от 10 м представляют серьёзную угрозу для землян. 

— Да, это не Тунгусское тело, и площадь тотального поражения относительно невелика. Но такие тела прилетают гораздо чаще, и кумулятивный эффект может оказаться больше, чем от крупных ударников, — подчёркивает Борис Шустов.

Много лет назад родительское тело Челябинского метеорита каким-то образом (специалисты пока точно не знают, почему) выскочило из главного пояса астероидов между Марсом и Юпитером.

По мнению учёных,  возраст метеорита почти совпадает с возрастом Солнечной системы — 4,56 млрд лет. Академик Михаил Маров, комментируя результаты изотопного исследования Челябинского метеорита, в своё время заметил, что нам в руки попал "материал творения".

Но вот что любопытно. Серия исследований различными методами других фрагментов космического тела показала большой возрастной разброс. Самый молодой (если не сказать "юный") возраст начинался с 28,6 млн лет, в другом случае речь шла о 260 млн, в третьем — о 2 млрд.

Объяснение кроется в истории нашего героя. Жизнь его побила, причём в самом прямом смысле. Борис Шустов говорит, что космическое тело, которое стало впоследствии Челябинским метеоритом, по-видимому, испытало несколько столкновений за время своего долгого путешествия:

— Оно ведь и возникло, отколовшись в результате удара от какого-то более крупного тела, а после этого ещё сталкивалось с другими телами в течение десятков миллионов лет. То есть само вещество тела довольно старое, но возраст астероида (время, прошедшее с момента его отделения от большого родительского тела) относительно невелик. И уже за этот период появились следы значительных ударов. Учёные спорят, сколько их было. "Максималисты" насчитали восемь столкновений, "консерваторы" говорят про одно, "умеренные" называют цифру четыре.

Поскольку орбита объектов, подобных челябинскому, сильно вытянутая, ещё одним значимым воздействием на него могло быть минимальное сближение с раскалённым Солнцем. Все эти факты, как подчёркивает научный руководитель Института астрономии РАН, имеют существенное значение для понимания динамической эволюции малых тел в Солнечной системе.

Большая часть вещества Челябинского метеорита осталась в атмосфере в виде облака водяного пара, испарившегося камня и мелкой метеоритной пыли. Облако всё время увеличивалось и вскоре стало просто гигантским — длиной в сотни километров, высотой более десятка. Николай Горькавый, изучивший сначала фото- и видеосвидетельства, а затем данные спутника "Суоми", вместе с коллегами проследил эволюцию и даже создал модель движения этого монстра.

Спустя три с половиной часа после взрыва пылевое облако было снесено на восток и обнаружено у Новосибирска на высоте от 40 до 65 км. Однако это была верхняя часть облака, попавшая в зону сильных стратосферных ветров, а нижняя ещё "болталась" у Челябинска. 16 февраля облако достигло Алеутских островов, 18-го было над Северной Америкой и Атлантикой, ещё через четыре дня пересекло Европу и своей верхней частью вернулось в Челябинск.

— Пояс из космической пыли оставался в стратосфере на высоте 30–40 км ещё в течение трёх месяцев, прежде чем рассеялся в атмосфере, — резюмирует Николай Горькавый. — Именно такая пыль, только в гораздо большем объёме, вызвала глобальное похолодание на планете 65 млн лет назад, после удара 10-километрового астероида.

И ещё один почти фантастический вывод из сказанного учёным. Теоретически можно предположить, что жители Северного полушария в какой-то момент "вдохнули" метеорит и мельчайшие частицы космического объекта попали в наш организм.

Пожалуй, самое последнее открытие связано с процессами, происходившими внутри метеорита в тот момент, когда он пролетал сквозь горнило атмосферы. Давление и сверхвысокая температура привели к интересным физическим эффектам.

При изучении под микроскопом поверхности небольших метеоритов Николай Горькавый обнаружил короткие светлые нити, выходящие из каменных пор. Судя по всему, космическое вещество плавилось в атмосфере Земли неравномерно и вытягивалось воздушными потоками.

Нечто подобное происходит при остывании вулканических брызг. Такое явление называется "волосы Пеле". Кстати, подобные нитевидные включения исследователи наблюдали ранее в ледяных кернах, собранных в Антарктиде, считая их результатом исключительно земных процессов. Но теперь это не точно.

В метеорите во время пролёта в атмосфере происходили процессы, схожие с металлургическими. Специалист в области кристаллографии и свойств вещества, доктор физико-математических наук, а в настоящее время ректор Челябинского госуниверситета Сергей Таскаев обратил внимание на поблёскивающее вкрапление в одном из фрагментов, видимое лишь через мощный микроскоп. Оказалось, что это новая форма существования углеродных материалов. К слову, одной из форм этого элемента является, например, алмаз.

— Ранее неизвестная форма углерода, обнаруженного внутри метеорита, стала результатом кристаллизации диссоциированного углерода из углекислого газа атмосферы на фуллеренах и нанотрубках, концентрация которых в атмосфере отлична от нуля, — объясняет Сергей Таскаев. — И хотя сегодня это исследование является скорее фундаментальным, нежели прикладным, оно показывает вполне реальную возможность существования очень необычных упорядоченных углеродных структур.

Все новые технологии начинались с подобных открытий. Вот самая свежая история, хорошо иллюстрирующая данный тезис. И связана она тоже с Челябинским метеоритом. Новосибирские учёные нашли в нём тетратэнит, это редкая фаза соединения железа и никеля — Fe50Ni50.

— Представьте два набора шариков: красные (железо) и синие (никель), — рассказывает Сергей Таскаев. — Если их смешать в одной ёмкости, то, очевидно, образуется случайное распределение синих и красных шаров. Ровно так же происходит при остывании сплава: мы получаем материал, в котором атомы железа и никеля занимают произвольные позиции. Но такое состояние оказывается неустойчиво, и это показывает вещество из метеорита: в нём атомы железа и никеля образуют чётко чередующиеся плоскости (как двухцветный мармелад). Так вот и свойства этих материалов кардинально отличаются. Тетратэнит из метеорита является аналогом современных постоянных редкоземельных магнитов, а сплав, полученный в земных условиях, даже намёка на это не имеет. Промышленной технологии синтеза на сегодняшний день не существует, но ведутся активные исследования по поиску такой возможности.

И кое-что получается. В прошлом году, изучая образцы метеоритов, учёные Кембриджского университета обнаружили, что в составе космического тетратэнита присутствует фосфор. Он помогает атомам никеля и железа сформировать нужную структуру. Конечно, это не единственный секрет технологии англичан, но они утверждают, что удалось получить тетратэнит буквально за секунды, в то время как в естественных условиях на это уходят миллионы лет. Если эксперимент окажется успешным, то можно будет производить мощные магниты, причём очень недорого…

Айвар Валеев