Предложена новая гипотеза о Тунгусском метеорите

17 (30) июня 1908 года в районе реки Подкаменной Тунгуски, в 60 км от села Ванавара (примерно 750 км на северо-восток от Красноярска), произошёл мощный воздушный взрыв, связанный с космическим телом. Взрывной волной был повален лес на площади около 2000 км², а в радиусе 200 км были выбиты стёкла некоторых домов. Сейсмическая волна была зарегистрирована на расстояниях в тысячи километров от эпицентра. Загадка этого события заключается в том, что в районе взрыва исследователи не нашли сколько-нибудь значимого количества метеоритного вещества, небесное тело словно испарилось. С тех пор выдвигалось множество гипотез о том, что же тогда произошло в небе над Сибирью, но ни одна из них не стала окончательной.

Специалисты Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» при участии коллег из нескольких российских академических институтов и университетов представили новое объяснение Тунгусского феномена. Проведя моделирование, исследователи показали, что разрушения, созданные Тунгусским космическим телом, могли быть вызваны ударной волной при прохождении космического тела через атмосферу Земли, но только при условии, что оно состояло не изо льда, как кометные ядра, а из железа. Отметим, что примеры крупных космических тел из железа хорошо известны. Например, метеорит из никелистого железа с начальным размером более 50 метров, упавший 50 тысяч лет назад, образовал в месте падения Аризонский кратер диаметром 1200 и глубиной более 200 метров.

Чтобы проверить свою теорию и подробнее изучить поведение космических тел, проходящих атмосферу Земли, физики создали модель поведения малых астероидов различного состава и размеров в атмосфере. Она учитывала изменение траектории движения космического тела в зависимости от аэродинамического сопротивления, угла и скорости входа в атмосферу, свойств материала тела и его прохождения через различные слои атмосферы. Руководитель проекта Сергей Карпов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики им Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.

Изучая тунгусский феномен, исследователи рассчитали траектории и поведение во время полёта космических тел диаметром от 50 до 200 метров, состоящих из железа, льда, а также каменных пород, таких как кварц и лунный грунт. Модель показывает, что тунгусское тело не могло состоять из камня или льда, поскольку низкая прочность этих неоднородных материалов приводит к быстрому разрушению таких тел в атмосфере в условиях колоссального аэродинамического давления.

Результаты моделирования показывают, что Тунгусский «взрыв» мог быть вызван железным астероидом с наиболее вероятным размером от 100 до 200 метров и массой, которая может превышать три миллиона тонн. Он прошел насквозь атмосферу Земли по траектории с минимальной высотой полета 10–15 километров и скоростью около 20 километров в секунду. Далее он продолжил свое движение вокруг Солнца, потеряв около половины своей начальной массы, но сохранив свою целостность.

Такой астероид мог создать ударную волну, способную вызвать падение деревьев на территории, значительно превышающей полторы тысячи квадратных километров, и при этом не оставить на поверхности Земли никаких своих значительных фрагментов. Основной вклад в разрушения вносила сферическая составляющая ударной волны, характерная и для взрыва. Расчеты показали, что ее возникновение связано с резким увеличением скорости испарения материала астероида из-за сильного нагрева его поверхности во время прохождения наиболее низких высот над Землёй, где самая высокая плотность воздуха. В верхних слоях тропосферы (высота порядка 10 км) для двухсотметрового тела испарение может достигать до 500 тысяч тонн в секунду! Получившаяся огромная масса высокотемпературной плазмы очень быстро расширяется во все стороны, создавая эффект взрыва.

Эта гипотеза позволяет объяснить ещё одну загадку Тунгусского феномена — пожары, охватившие район эпицентра площадью более 160 квадратных километров. Например, в случае объяснения Тунгусского феномена падением кометы, состоящей изо льда и испарившейся высоко над Землёй, происхождение пожаров непонятно. В данном случае причина пожаров связана с действием светового излучения высокой интенсивности, порождаемого головой болида с температурой поверхности свыше 10000 градусов на минимальной высоте полета. При этом на поверхности Земли горючие материалы, поглощая оптическое излучение болида, успевают нагреться до температуры воспламенения за расчетное время пролета над эпицентром порядка 1-1.5 секунд.

Стоит отметить, что подобные исследования представляет интерес не только для разгадывания столетней тунгусской загадки. Моделирование поведения различных космических тел в атмосфере Земли поможет более точно оценивать степень астероидной опасности. В особенности это касается космических объектов размером более двух километров. Именно такие астероиды представляют наибольшую угрозу для нашей цивилизации. Модельные расчеты позволят определить характерные особенности сквозного прохождения астероидов через атмосферу даже без столкновения с поверхностью Земли и его последствия. Это важно, поскольку ударные волны, порождаемые этим прохождением, обладают колоссальной разрушительной силой.

Исследования продолжаются. Физикам предстоит выяснить амплитуду ударной волны в районе эпицентра в разных условиях и изменение температуры поверхности астероида во время полёта, исследовать процесс прохождения тела в атмосфере, включая его разрушение и т.д.
Результаты исследований опубликованы в двух статьях журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.