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 1. Введение 2. Метеоры и метеориты Метеорные потоки Метеориты Падения и находки 3. Частота появления 4. Наблюдение метеоров Скорость и высота Орбиты Болиды 5. Физические процессы 6. Метеорная опасность 7. Яркость и цвет 8. Виды иониизации Доказательства существования ионизации 9. Метеорная корона 10. Метеоры и полярные сияния. 11. Вспышки слышимости радиопередач. 12. Метеорные фединги. 13. 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 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. ЛЭгль 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 поврежднной 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 серьзных последствий, ничтожн и причиннный 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 23 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 звздное небо, и вы наверняка заметите огненную черту, прорезающую небосвод.

Это - падающая звезда, или метеор. Иногда их бывает много - целые звздные ливни. Но сколько бы их ни пролетело, вид звздного неба не изменится падающие звзды не имеют никакого отношения к звздам настоящим. В космическом пространстве, окружающем нашу планету, движется множество тврдых 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 Землй 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 упадт на поверхность Земли. Это и есть метеорит. Падение метеорита сопровождается полтом по небу огненного шара и громоподобными звуками. Такие явления мало кому доводилось наблюдать. Наконец, когда масса влетевшего тела ещ 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 е 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 - звздные 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 стрты 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 тврдого вещества, поступающие из космоса на Землю, и откуда они берутся Метеорный поток Леониды 1997 года - вид из космоса Метеорные потоки См. Приложение 1 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 учный 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 звздный дождь повторился в 1833 и в 1866 гг причм 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 звздные 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 тврдыми частицами. При сближении с Солнцем льды испаряются и покидают ядро, увлекая за собой тврдые 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 тяжлыми частицами солнечный ветер совладать не может. Некоторое время они окружают облаком ядро кометы, а потом рассредоточиваются вдоль е 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 вернтся к этому месту своей орбиты и снова окунтся 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 Землй, 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 учными 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. Е автор, чешский физик Эрнст Хладни, сумел дать единое объяснение трм загадочным явлениям пролтам по небу огненных шаров, падениям на Землю оплавленных кусков железа и камня после пролтов и находкам странных оплавленных железных глыб в разных местах Земли. Согласно Хладни, вс 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 включнными в не зрнами 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 населнного 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. РАДИОЛОКАЦИЯ, метод обнаружения и определения местонахождения объектов посредством радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где находится объект.

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 кмс. 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 кмс. Орбитальная скорость Земли около 30 кмс. Если встреча происходит в лоб, то их относительная скорость 72 кмс. 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 кмс, 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 кмс 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

Скорости метеороидов гиперзвуковые. Когда метеороид достигает сравните... Метеоритная опасность. 84, д возникновение спорадического ионизованного Е-слоя при метеорных ... Замечательна зависимость от скорости Балл скорости1234567Метеоров мете... Хуже очерчены, чем более слабые, в среднем для трех разных наблюдателе...

Метеоры и полярные сияния

Русский адмирал Врангель в прошлом веке заметил, что когда в области с... И. А. Наука, 1984 4. httpam-project.narod.ru16032001-search.h tml 15.