Тунгуському феномену – 100 років. Чого чекати землянам?

Проф. Л. ЧОРНОГОР

Стаття газети ХНУ

ВІД РЕДАКЦІЇ. На замовлення наших читачів публікуємо актуальну статтю професора, академіка АН ВШ України, лауреата премій Ради Міністрів СРСР та Державної премії УРСР Леоніда Феоктистовича ЧОРНОГОРА. Ім’я вченого вам запам’яталося статтями: «НЛО та сучасна наукова картина світу», «Цунамі», «Екологія космосу» та ін.

Рівно сто років тому, в червні 1908 р., відбулася подія, яка могла круто змінити історію нашої цивілізації. В атмосферу Землі на великій швидкості врізалося космічне тіло величезних розмірів. Не долетівши до поверхні Землі, воно вибухнуло в приземній атмосфері. Вибухова хвиля вивалила ліс на площі понад 2 тис. кв. км. Згоріло близько 250 кв. км тайги. Запізнися космічне тіло, що одержало назву Тунгуського метеорита, на п'ять годин (на мить за космічними масштабами), вибух відбувся б над Санкт-Петербургом – столицею Російської імперії. Загинули б близько 2 млн. чоловік. Коли б це трапилось, чи спалахнула б Перша світова війна? Відбулася Жовтнева революція? З'явився б Радянський Союз? Розв'язали б Другу світову війну? Хто б став переможцем?..

Як часто трапляються подібні катастрофи? Якою є їхня природа? Наскільки жахливі їхні наслідки? Чи можна їм запобігти? Що для цього потрібно зробити?

Космічні мандрівники

Метеороїди. Метеори. Боліди. Під метеором розуміється явище, що виникає при вторгненні невеликого космічного тіла в атмосферу, і пов'язані з ним процеси. Саме тіло іменується метеороїдом. На земній поверхні метеороїд називається метеоритом. Досить великі (звичайно діаметром 1 – 10 м) метеорні тіла, що дуже яскраво світяться, іменуються болідами.

Метеороїди можуть вторгатися потоками або поодинці. Метеорних потоків відомо близько трьох десятків. Потік Леонід – один з найвідоміших. Він спостерігається щорічно в кінці другої декади листопада. Розмір метеороїдов змінюється в широких межах: від часток міліметру до 10 м. Густина речовини складає 1 – 8 т/куб. м. Маса метеорних тіл знаходиться в межах від мільйонних часток грама до тисяч тонн, їх швидкість – 11 – 73 км/с. За хімічним складом метеорити ділять на чотири класи: залізні, залізо-кам'яні, кам'яні та крижані. Близько 93, 2 % метеорних тіл є кам'яними, 5, 4 % – залізними (точніше, залізо-нікелевими) і 1, 3 % – залізо-кам'яні.

Астероїди. До астероїдів відносять космічні тіла розміром понад 10 м. Кількість астероїдів перевищує багато сотень тисяч. Їхній діаметр змінюється від 10 м до 1000 км. Ці космічні тіла зародилися одночасно з планетами Сонячної системи. Вони є ніби будівельним матеріалом для планети земного типа. Усі астероїди є допланетною речовиною. У цьому, мабуть, полягає їхня головна цінність для науки. Загальна маса цих тіл не перевищує 0, 001 маси Землі. Відносно Землі астероїди рухаються зі швидкостями 12 – 20 км/с і мають гігантський запас кінетичної енергії.

При вторгненні в атмосферу космічні тіла розміром не більше ніж 10 – 100 м гальмуються в ній, генерують ударну хвилю та руйнуються, астероїд діаметром більше 100 м пронизує її практично безперешкодно.

Як показало вивчення кратерів на Землі, куб інтервалу часу між двома падіннями астероїдів приблизно пропорційний квадрату їхньої енергії. Наприклад, космічні тіла діаметром близько 10 км, які здатні привести до глобальної катастрофи, падають на Землю в середньому раз в 200 мільйонів років. Є сліди падінь великих астероїдів на Землю: виявлено більше ніж 100 кратерів – місць падіння космічних тіл. Так, у Кіровоградській області (Україна) виявлений і вивчений Болтишський кратер діаметром близько 25 км, що утворився в результаті падіння астероїда більше 100 млн років тому.

Ще в 1980-х рр. американські геологи, проаналізувавши карту розподілу густини земної кори в Північній Америці, виявили сліди гігантського доісторичного кратера діаметром близько 2800 км. Він тягнеться від північної частини Гудзонової затоки до південної частини озер Мічіган і Гурон і від канадського Атлантичного узбережжя до провінції Саскачеван. Площа кратера в 10 разів перевищує площу України. Кратер виник близько 4 млрд років тому. Діаметр космічного тіла, що породило кратер, складав сотні кілометрів. Мабуть, це найбільший з відомих кратерів у Сонячній системі. У одному ряду з ним знаходиться кратер на Місяці діаметром 2500 км і завглибшки 15 км. Він утворений близько 4 млрд років тому падінням космічного тіла діаметром приблизно 200 км.

Ще цікавішою подією представляється падіння на Землю десятикілометрового астероїда близько 65 млн років тому. Швидше за все, в результаті катастрофічних наслідків цієї події вимерли динозаври, й істотно змінилася вся біосфера. На зміну ері динозаврів прийшла ера ссавців, вінцем яких стала людина розумна (homo sapiens).

Комети. У перекладі з грецької "комета" – "кудлата" (планета). Комети – космічні тіла, які стають спостережуваними при наближенні до Сонця. Комета складається з невеликих розмірів щільного ядра, великої розрідженої голови та довгого хвоста. Назва "кудлата" з'явилася саме завдяки наявності хвоста. Його існування пов'язане з тиском сонячного світла на порошинки, з яких складається голова космічного тіла. Тому хвіст завжди направлений від Сонця. Комети стають спостережуваними за межами орбіти Юпітера. З цієї причини кількість комет невідома. Якщо раніше виявлення нової комети було рідкісною подією, то останнім часом щорічно відкривають в середньому 100 – 200 комет. Їхні орбіти можуть бути еліптичними (за цієї умови рух комет – періодичний), параболічними або, можливо, гіперболічними. Найбільш відомим періодичним мандрівником є комета Галлея з періодом обернення 76 років. Маси комет найчастіше складають 10 – 1000 гігатон (1 Гт – мільярд тон). Розмір голови комети може перевищувати розмір Сонця, хвости деколи мають довжину більше 1 а. о., тобто 150 млн км.

Великі витівки Тунгуського тіла

Про Тунгуське диво написано багато рядків. Таємниця його, проте, до кінця не розгадана. Ось що про Тунгуський феномен розповів очевидець.

«Раптом дуже сильно вдарив грім. Це був перший удар. Земля стала смикатися й гойдатися, сильний вітер ударив у наш чум і повалив його. Отут я побачив страшне диво: дерева падають, хвоя на них горить. Пекуче, дуже пекуче – згоріти можна. Раптом над горою, де вже впав ліс, стало дуже світло, начебто друге сонце з’явилося…»

Що ж об’єктивно відомо про це унікальне явище природи?

30 червня 1908 р. у басейні Підкаменної Тунгуски (Сибір) відбулася рідкісна подія, що одержала назву Тунгуського феномена. Вона супроводжувалася оптичним, акустичним, сейсмічним, геомагнітним і біологічним ефектами. На висоті 7 – 8 км відбувся вибух, на великій площі був повалений і частково спалений ліс. Спалах світла й звук спостерігали на відстані ~ 750 км, прилади в м. Потсдамі (Німеччина) зареєстрували акустичні хвилі, які пройшли відстані 5 тис. км (пряма хвиля) і 35 тис. км (зворотна хвиля). Нічне небо в Сибіру й Європі було настільки світлим, що можна було читати книгу. Прозорість атмосфери над США в липні – серпні помітно знизилася. В Іркутську, Ташкенті, Тбілісі та Йені (Німеччина) спостерігали сейсмічну хвилю від вибуху Тунгуського тіла. Нарешті, варіації геомагнітного поля фіксували на відстанях близько 1 тис. км, вони тривали протягом 1 – 2 годин. Зразки, можливо, речовини Тунгуського тіла були знайдені в 60 – 70-і рр. ХХ століття.

Тунгуський вибух мав такі біологічні наслідки: протягом багатьох десятків років спостерігали ефект прискореного поновлення росту дерев; частота мутацій соснового молодняку збільшилася приблизно в 10 разів; відзначали рідкісну мутацію в корінного населення Евенкії. Останній ефект, однак, вимагає подальших досліджень.

Ретельне дослідження й моделювання наслідків прольоту Тунгуського тіла дозволило визначити його параметри: початкові та кінцеві маси – 2 Мт і 100 кт, початкова та кінцева швидкості руху – близько 30 і 17 км/с, початкова енергія – близько 500 Мт, густина речовини 0.5 – 1 т/куб. м, енергія вибуху – 10 Мт, яка була еквівалентна енергії 1000 бомб, скинутих на Хіросіму.

Природа Тунгуського феномена точно невідома. Висунуто безліч гіпотез про його природу. Першою «гіпотезою було припущення евенків – очевидців падіння космічного тіла. Спостерігаючи за катастрофою, що наступила, вони вважали, що її причиною стало зішестя на Землю бога Агди – залізного птаха, що вивергає вогонь.

У 1908 р. французький дослідник Фелікс де Руа припустив, що Земля зіткнулася з хмарою космічного пилу. Аналогічну гіпотезу в 1932 р. висловив наш співвітчизник

В. І. Вернадський – засновник і перший президент Академії наук України.

У 1927 р. першодослідник району тунгуської катастрофи Л. А. Кулик вважав, «що випав рій уламків залізного метеорита...».

У 1934 р. англійський метеоролог Ф. Уїппл вперше висунув гіпотезу про кометну природу Тунгуського феномена. Цю гіпотезу підтримав радянський астроном

І. С. Остапович. У подальші роки кометна гіпотеза докладніше була розроблена академіком В. Г. Фесенковим – випускником, а потім і співробітником Харківського університету.

У 1975 р. В. П. Стулов під керівництвом академіка Г. І. Петрова спробував створити математичну модель зіткнення ядра комети з Землею. На жаль, в її основу автори поклали той факт, що густина речовини комети була близько 10 кг/куб. м. Астрономам відомо, що такі «рихлі» тіла не можуть довго існувати в Сонячній системі. Тому модель Петрова – Стулова являє собою лише академічний інтерес.

Ще в січні 1946 р. радянський письменник А. П. Казанцев, знаходячись під враженням від атомних вибухів над містами Хіросіма і Нагасакі (серпень 1945 р.), опублікував науково-фантастичне оповідання «Взрыв», де описав атомний вибух міжпланетного космічного корабля, що нібито потерпів катастрофу над Сибіром.

Найбільш правдоподібними гіпотезами є наступні: Тунгуське тіло – це метеорит або комета. Інші гіпотези припускають, що Тунгуським тілом був згусток антиречовини, чорна дірка, вибух металевого водню, сонячний плазмоїд, електричний розряд і ін.

Більшість учених дотримуються теорії про кометну природу, оскільки вона пояснює майже весь комплекс ефектів, що спостерігалися. Окремі фахівці вважають, що Тунгуське тіло було метеоритом, який все-таки вибухнув в атмосфері. Є й геофізичні гіпотези. Вони зводяться до того, що Тунгуський феномен – специфічний землетрус, виверження вулкана, вибух природного газу або воднево-кисневої суміші, гігантська кулевидна блискавка тощо. Всього ж відомо більше ніж 120 «гіпотез».

Може здатися, що тіла, подібні до Тунгуського, дуже рідко загрожують людству і про них можна не думати. Але це не так. Наприклад, 10 серпня 1972 р. над США і Канадою зі швидкістю 15 км/с промайнув астероїд діаметром близько 80 м. Енергія вибуху була б еквівалентна 100 Мт (8 тис. «Хіросим»). Тільки завдяки щасливому випадку, пролетівши над поверхнею Землі 1500 км, астероїд вилетів за межі атмосфери та пішов у космос. Впади на Землю, він викликав би руйнування та пожежі на площі близько 5 тис. кв. км. При цьому кількість жертв могла скласти 0, 3 – 10 млн чоловік.

Залізний дощ

Падіння Сіхоте-Алінського метеорита російський астроном Є. Л. Крінов описав так:

У тихий і морозний, майже зовсім безхмарний ранок 12 лютого 1947 р. о 10 год 38 хв за місцевим декретним часом за повного сонячного освітлення на небі з’явився болід. Спочатку він мав вигляд яскравої зірки, але потім швидко перетворився на сліпучу яскраву вогненну кулю, що незабаром набула трохи витягнутої форми. Болід стрімко пронісся небосхилом в напрямку приблизно з півночі на південь, залишаючи пиловий слід із продуктів руйнування метеорного тіла, що клубив позаду. Болід зник за сопками десь у західних відрогах Сіхоте-Аліня… Політ боліда тривав не більше ніж 4 – 5 секунд. Болід спостерігали над територією радіусом понад 300 км, а звукові явища були чутні на ще більшій відстані від місця падіння метеоритного дощу.

... Під час падіння метеоритного дощу відчинялися двері, вилітало з вікон скло, обсипалася зі стель штукатурка, вибивалося з печей, що топилися, полум’я, вилітала зола з головешками.

Цей метеорит належить до найбільших. Його діаметр дорівнював 3 м, початкова маса – майже 100 т, швидкість входження в атмосферу – 15 км/c. Маса знайдених уламків перевищила 27 т. Приблизно стільки ж речовини було розсіяно в тайзі. Метеорит був залізним. Тому явище назвали випадінням залізного дощу. Великі уламки утворили понад сотню кратерів і воронок.

Маленькі витівки Вітимського боліда

Проліт боліда над північно-східною частиною Іркутської області (Сибір) був зафіксований оптичними й інфрачервоними датчиками геостаціонарної системи контролю космічного простору ВПС США 24 вересня 2002 р. в 16:48:56 світового часу. Болід був виявлений на висоті близько 62 км, його проліт фіксувався до висоти приблизно 30 км.

Політ космічного тіла закінчився вибухом. Йому передували нагрів, випаровування та дроблення боліда. Проліт тіла викликав яскраве свічення (від білого до червоного, а потім бордового), сильний гул, вибух, генерацію ударної хвилі, пошкодження лісу на окремих ділянках в зоні шириною 5 – 7 км і завдовжки близько 50 км уздовж траси падіння. На окремих ділянках частка зламаних дерев сягала 10 – 15 %, на інших – не перевищувала 5 %.

Свідок Є. С. Яригін знаходився на відстані близько 10 км від проекції на поверхню землі траєкторії боліда. Він повідомив таке: «Було видно, як із-за гір на південному сході стало підніматися яскраве напівсферичне свічення. Світло біле, як у зварки, піднімалося вгору, а потім стало переходити в червоне та бордове. Були видно "промінчики" над півсферою, що піднімається. Свічення залило все небо. Світло було рівне, суцільне, жодних предметів, що летять, не було видно. Потім все стало затухати й згасло. Секунд через тридцять пролунав удар, вибух, бахкання було дуже різке. У будинку посипалася штукатурка, все засовалося, заходило».

Додамо, що боліди, подібні Вітимському (діаметр близько 3 м), вторгаються в атмосферу Землі з середньою частотою раз на рік. Можна тільки радіти, що вибухи таких болідів відбувалися поки що над малонаселеними (або безлюдними) регіонами.

Загроза з космосу

У останні десять років астрономи виявили велику кількість малих космічних тіл, орбіти яких проходять поблизу орбіти Землі. Вони й яляють небезпеку, оскільки їхні орбіти проходять значно ближче до Землі, чим орбіти найбільших астероїдів. Діаметр цих космічних тіл не перевищує декількох десятків кілометрів. Вчені США, Росії, України (в тому числі, вчені ХНУ імені В. Н. Каразіна) й інших країн серйозно обговорюють можливість запобігання зіткненню Землі з цими об'єктами.

Проліт в атмосфері та зіткнення з Землею великого космічного тіла супроводжується цілим комплексом фізичних процесів: дуже потужним вибухом, землетрусом, генерацією потужного світлового імпульсу та сильної повітряної ударної хвилі, утворенням плазмового факела («плюма»), викидом в атмосферу плазми, пилу й аерозолів та іншими процесами. При падінні тіла в океан (у море) виникають гігантські океанічні хвилі та цунамі.

При високих температурах йдуть хімічні реакції, що приводять до утворення закису азоту. Останній, вступаючи в реакцію з озоном, здатен знищити захисний озоновий шар. Крім того, оксиди азоту при взаємодії з водою утворюють азотну й азотисту кислоти, які випадуть на Землю разом з дощами. Світлове випромінювання неминуче призведе до первинних великомасштабних пожеж. Повітряна ударна хвиля викличе небачені руйнування на значних відстанях від космічного тіла.

Слід мати на увазі, що руйнування звичайно супроводжуються вторинними пожежами та вибухами горючих матеріалів. Пожежі призводять до викиду великих мас шкідливих хімічних речовин. Оксиди, вступаючи в реакції з водою, утворюють кислоти, що випадають на Землю у вигляді кислотних дощів.

Важливо, що маса роздробленого ґрунту в десятки разів перевищує масу космічного тіла. Маса викинутого пилу близька до маси астероїда, зокрема маса порошинок з розміром менше одного міліметра складає десятки відсотків. Це призводить до значного запилення атмосфери, різкого зменшення частки сонячної енергії, що поступає на поверхню планети, до виникнення «астероїдної» зими.

Додамо, що пожежі супроводжуються викидом сажі, що ефективно поглинає сонячне випромінювання, підсилюючи ефект «астероїдної» зими. В результаті такої зими глобальна температура повітря знижується на одиниці – десятки градусів, і це може продовжуватися від декількох тижнів до багатьох років залежно від енергії астероїда. Річ у тому, що пил потрапляє на великі висоти (10 – 100 км і вище), а осідає він дуже поволі (з швидкістю менше 1 мм/с).

Встановлено, що зіткнення Землі з космічним тілом діаметром понад кілька десятків кілометрів матиме для неї непоправні наслідки. Швидше за все, біосфера безповоротно загине, не витримавши спочатку спеки, а потім сильного та тривалого похолодання («астероїдної» зими). За менших розмірів космічних тіл наслідки для Землі – катастрофічні, але не необоротні.

Імовірність зіткнення космічного тіла із Землею дуже мала (від однієї мільярдної до однієї тисячної). У мільйон разів менше імовірність падіння тіла на велике місто, наприклад, з населенням 1 млн чоловік. І хоча її величина – дуже мала, але ступінь ризику загинути протягом життя від падіння астероїда досить значна для жителів великого міста (близько 0, 05 %).

Протидія землян

А зараз спробуємо з'ясувати, чи можна запобігти такій катастрофі? Чи можна створити протиастероїдний (протикометний) захист Землі (ПАЗЗ)? Чи дозволяють це зробити сучасні технології?

Автор упевнений, що на поставлені запитання можна дати позитивну відповідь. Перш за все, ПАЗЗ має бути багатоешелонованим. Він має включати виявлення, ідентифікацію, супровід і перехоплення об'єктів на далеких, середніх і малих підступах до Землі (на відстанях близько 1, 0, 1 і 0, 01 а. о.). Система ПАЗЗ повинна включати наземно-космічну службу спостереження (виявлення, ідентифікації та супроводу), наземно-космічну службу перехоплення, наземну службу управління.

Для вирішення проблеми ПАЗЗ мають використовуватися космічні обсерваторії, винесені далеко за межі Землі, наземні обсерваторії, існуючі та перспективні системи попередження про ракетний напад (їх дальність дії досягає 100 тис. км), ракетно-космічні засоби та ядерні пристрої. ПАЗЗ може бути реалізований в пасивному або активному режимах. Активний режим передбачає дію на космічне тіло.

Отже, людство не є беззахисним перед загрозою космічного походження. Хочеться вірити, що розум і сила людства врятують нашу унікальну цивілізацію.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://planetarium-kharkov.org