Jusqu'à présent, aucun cas confirmé de meurtre humain par une météorite n'est connu. Et en même temps, même un petit corps céleste, qui, malheureusement, a envahi l'atmosphère terrestre, a un potentiel destructeur colossal comparable aux armes nucléaires. Parfois, comme l'ont montré les événements récents, les hôtes du paradis peuvent nous surprendre.
Le bolide qui a survolé Tcheliabinsk et a fait tant de bruit au sens propre et figuré a étonné tout le monde avec son incroyable lueur et son onde de choc qui a émietté le verre, a franchi le portail et a arraché les panneaux de parement des murs. On a beaucoup écrit sur les conséquences, beaucoup moins sur l’essence de ce phénomène. Pour comprendre plus en détail les processus se produisant avec les petits corps célestes qui ont rencontré la planète Terre sur leur chemin, "PM" s'est tourné vers l'Institut de Dynamique des Géosphères de l'Académie des Sciences de Russie, où ils étudient depuis longtemps et la modélisation mathématique du mouvement des météoroïdes, c'est-à-dire des corps célestes entrant dans l'atmosphère terrestre. Et voici ce que nous avons réussi à découvrir.
Assommé de la ceinture
Des corps comme Tcheliabinsk proviennent de la ceinture principale d'astéroïdes, qui se situe entre les orbites de Mars et de Jupiter. Ce n'est pas si proche de la Terre, mais parfois la ceinture d'astéroïdes est secouée par des cataclysmes: à la suite de collisions, des objets plus gros se désintègrent en plus petits, et certains des débris passent dans la catégorie des corps cosmiques proches de la Terre - maintenant leurs orbites traversent l'orbite de notre planète. Parfois, les pierres célestes sont expulsées de la ceinture par des perturbations causées par de grandes planètes. Comme le montrent les données sur la trajectoire de la météorite de Tcheliabinsk, elle représentait le soi-disant groupe Apollo - un groupe de petits corps célestes se déplaçant autour du Soleil sur des orbites elliptiques qui croisent l'orbite de la Terre, et leur périhélie (c'est-à-dire la distance la plus proche du Soleil) est inférieure au périhélie de l'orbite terrestre.
Comme on parle le plus souvent de débris, ces objets ont une forme irrégulière. La plupart d'entre eux sont composés d'un rocher appelé "chondrite". Ce nom lui a été donné à cause de chondrules - inclusions sphériques ou elliptiques d'un diamètre d'environ 1 mm (moins souvent - plus), entourées de débris ou d'une matrice finement cristalline. Les chondrites sont de types différents, mais on trouve également des spécimens de fer parmi les météorites. Il est intéressant de noter qu'il y a moins de corps métalliques, pas plus de 5% du total, mais le fer prédomine certainement parmi les météorites trouvées et leurs débris. Les raisons sont simples: d'une part, les chondrites sont visuellement difficiles à distinguer des pierres de terre ordinaires et sont difficiles à détecter, et d'autre part, le fer est plus fort et une météorite de fer a plus de chances de percer les couches denses de l'atmosphère et de ne pas se disperser en petits fragments.
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Des vitesses incroyables
Le sort d'un météoroïde dépend non seulement de sa taille et des propriétés physico-chimiques de sa substance, mais aussi du taux d'entrée dans l'atmosphère, qui peut varier sur une assez large gamme. Mais dans tous les cas, nous parlons de vitesses ultra-élevées, dépassant considérablement la vitesse de déplacement non même des avions supersoniques, mais aussi des engins spatiaux orbitaux. La vitesse moyenne d'entrée dans l'atmosphère est de 19 km / s, cependant, si le météoroïde entre en contact avec la Terre sur des parcours proches de celui qui s'approche, la vitesse peut atteindre 50 km / s, soit 180000 km / h. La plus petite vitesse d'entrée dans l'atmosphère sera lorsque la Terre et un petit corps céleste se déplaceront, pour ainsi dire, sur des orbites voisines, les uns à côté des autres, jusqu'à ce que notre planète attire un météoroïde.
Plus le taux d'entrée d'un corps céleste dans l'atmosphère est élevé, plus sa charge est forte, plus il commence à s'effondrer loin de la Terre et plus la probabilité qu'il s'effondre avant d'atteindre la surface de notre planète est élevée. En Namibie, entourée d'une enceinte soigneusement construite en forme de petit amphithéâtre, se trouve un énorme morceau de métal, 84% de fer et aussi du nickel et du cobalt. Le morceau pèse 60 tonnes, alors qu'il s'agit du plus gros morceau solide de matière cosmique jamais trouvé sur Terre. La météorite est tombée sur Terre il y a environ 80000 ans, sans même quitter un cratère après sa chute. Probablement, en raison d'une coïncidence de circonstances, le taux de sa chute était minime, puisque la météorite métallique Sikhote-Alin (1947,Primorsky Krai) s'est effondré en de nombreux morceaux et, en tombant, a créé tout un champ de cratère, ainsi qu'une vaste zone de dispersion de petits débris, qui sont encore collectés dans la taïga d'Oussouri.
Qu'est-ce qui explose là?
Même avant que la météorite ne tombe au sol, elle peut, comme le montre clairement l'affaire Tcheliabinsk, être très, très dangereuse. Un corps céleste qui éclate dans l'atmosphère à une vitesse énorme génère une onde de choc dans laquelle l'air chauffe jusqu'à des températures de plus de 10 000 degrés. Le rayonnement de l'air chauffé par choc provoque l'évaporation du météoroïde. Grâce à ces procédés, il est enveloppé dans un halo de gaz ionisé brillant - plasma. Une zone de haute pression se forme derrière l'onde de choc, qui teste la résistance de la partie frontale de la météorite. Sur les côtés, la pression est nettement inférieure. En raison du gradient de pression résultant, la météorite commencera très probablement à s'effondrer. La manière exacte dont cela se produit dépend de la taille, de la forme et des caractéristiques structurelles spécifiques du météoroïde donné: fissures, creux, cavités. Une autre chose est importante: lorsque la boule de feu est détruite, sa section transversale augmente, ce qui entraîne instantanément une augmentation de la libération d'énergie. La zone de gaz que le corps capte augmente, de plus en plus d'énergie cinétique est convertie en chaleur. La croissance rapide de la libération d'énergie dans une zone limitée de l'espace en peu de temps n'est rien d'autre qu'une explosion. C'est au moment de la destruction que la lueur de la voiture augmente fortement (un flash lumineux se produit). Et la surface de l'onde de choc et, par conséquent, la masse de l'air chauffé par choc augmente brusquement.comme une explosion. C'est au moment de la destruction que la lueur de la voiture augmente fortement (un flash lumineux se produit). Et la surface de l'onde de choc et, par conséquent, la masse de l'air chauffé par choc augmente brusquement.comme une explosion. C'est au moment de la destruction que la lueur de la voiture augmente fortement (un flash lumineux se produit). Et la surface de l'onde de choc et, par conséquent, la masse de l'air chauffé par choc augmente brusquement.
Lorsqu'une arme conventionnelle ou nucléaire explose, l'onde de choc a une forme sphérique, mais dans le cas d'une météorite, bien sûr, ce n'est pas le cas. Lorsqu'un petit corps céleste entre dans l'atmosphère, il forme une onde de choc conventionnellement conique (le météoroïde est en même temps sur la pointe du cône) - approximativement la même que celle créée devant le nez d'un avion supersonique.
L'onde de choc générée par la destruction d'une météorite peut apporter beaucoup plus de problèmes que la chute d'un gros débris. Dans la photo - un trou dans la glace du lac Chebarkul, vraisemblablement percé par un morceau de météorite de Tcheliabinsk.
Mais la différence est déjà observée ici: après tout, l'avion a une forme aérodynamique et une voiture qui s'écrase dans des couches denses n'a pas besoin d'être rationalisée du tout. Des irrégularités dans sa forme créent des turbulences supplémentaires. Avec une diminution de l'altitude de vol et une augmentation de la densité de l'air, les charges aérodynamiques augmentent. À des altitudes d'environ 50 km, ils sont comparables à la force de la plupart des météoroïdes de pierre, et les météoroïdes sont susceptibles de commencer à s'effondrer. Chaque étape de destruction distincte emporte avec elle une libération d'énergie supplémentaire, l'onde de choc prend la forme d'un cône fortement déformé, écrase, ce qui fait que, lors du passage d'une météorite, il peut y avoir plusieurs poussées successives de surpression, qui se font ressentir au sol comme une série de claps puissants. Dans l'affaire Tcheliabinsk, il y a eu au moins trois applaudissements de ce type.
L'impact d'une onde de choc sur la surface de la Terre dépend de la trajectoire de vol, de la masse et de la vitesse du corps. La météorite de Tcheliabinsk a volé le long d'une trajectoire très plate, et son onde de choc n'a touché que les zones urbaines au bord. La plupart des météorites (75%) pénètrent dans l'atmosphère le long de trajectoires inclinées vers la surface de la Terre à un angle de plus de 30 degrés, et ici tout dépend de l'altitude à laquelle se produit la phase principale de sa décélération, généralement associée à une destruction et à une forte augmentation de la libération d'énergie. Si cette hauteur est élevée, l'onde de choc atteindra la Terre sous une forme affaiblie. Si la destruction se produit à des altitudes plus basses, l'onde de choc peut «nettoyer» une vaste zone, tout comme elle se produit dans une explosion nucléaire atmosphérique. Ou comme dans l'impact de la météorite Tunguska.
Comment la pierre s'est évaporée
Dans les années 1950, pour simuler les processus se produisant lors du vol d'un météoroïde dans l'atmosphère, un modèle original a été créé, qui consistait en un cordon détonant (simulant la phase de vol avant destruction) et une charge attachée à son extrémité (simulant l'expansion). Des fils de cuivre représentant la forêt ont été fixés verticalement sous le modèle de la surface en laiton. Des expériences ont montré qu'à la suite de la détonation de la charge principale, les câbles, en flexion, donnaient une image très réaliste de l'abattage de forêt, similaire à celle observée dans la région de Podkamennaya Tunguska. Les traces de la météorite Tunguska n'ont pas encore été trouvées, et l'hypothèse populaire selon laquelle le corps qui est entré en collision avec la Terre en 1908 était le noyau de glace d'une petite comète n'est pas du tout considérée comme la seule fiable. Les calculs modernes montrent qu'un corps de plus grande masse, entrant dans l'atmosphère,il y plonge plus profondément avant l'étape de décélération, et ses fragments sont exposés à un fort rayonnement pendant plus longtemps, ce qui augmente la probabilité de leur évaporation.
La météorite Tunguska aurait bien pu être de la pierre, cependant, étant brisée à une altitude relativement basse, elle pourrait générer un nuage de très petits débris, qui s'évaporaient au contact des gaz chauds. Seule une onde de choc a atteint le sol, qui a produit des destructions sur une superficie de plus de 2000 km², comparable à l'action d'une charge thermonucléaire d'une puissance de 10-20 Mt. Cela fait référence à la fois aux incendies dynamiques et aux feux de taïga générés par un flash lumineux. Le seul facteur qui n'a pas fonctionné dans ce cas, contrairement à une explosion nucléaire, est le rayonnement. L'action de la partie frontale de l'onde de choc a laissé en elle-même un souvenir sous la forme d'une "forêt télégraphique" - les troncs ont résisté, mais chaque branche était coupée.
Malgré le fait que les météorites tombent assez souvent sur la Terre, les statistiques des observations instrumentales de l'entrée de petits corps célestes dans l'atmosphère sont encore insuffisantes.
Selon des estimations préliminaires, la libération d'énergie lors de la destruction de la météorite de Tcheliabinsk est considérée comme équivalente à 300 kt de TNT, soit environ 20 fois plus que la puissance de l'uranium "Baby" largué sur Hiroshima. Si la trajectoire du vol de la voiture était proche de la verticale et que le lieu de la chute retombait sur le développement urbain, des pertes et des destructions colossales seraient inévitables. Alors, quelle est l'ampleur du risque de récidive et la menace de météorite doit-elle être prise au sérieux?
Une précaution utile
Oui, pas une seule météorite, heureusement, n'a encore tué personne, mais la menace du ciel n'est pas si insignifiante pour être ignorée. Les corps célestes de type Tunguska tombent sur Terre environ une fois tous les 1000 ans, ce qui signifie qu'en moyenne chaque année ils «nettoient» complètement 2,5 km² de territoire. La chute d'un corps de type Tcheliabinsk a été notée pour la dernière fois en 1963 dans la région des îles d'Afrique du Sud - puis la libération d'énergie lors de la destruction était également d'environ 300 kt.
Actuellement, la communauté astronomique a été chargée d'identifier et de suivre tous les corps célestes de plus de 100 m de diamètre sur des orbites proches de la Terre. Mais les météoroïdes plus petits peuvent également causer des problèmes, dont la surveillance totale n'est pas encore possible: cela nécessite des instruments d'observation spéciaux et nombreux. À ce jour, l'entrée de seulement 20 corps de météorites dans l'atmosphère a été observée à l'aide d'instruments astronomiques. Il n'y a qu'un seul cas connu où la chute d'une météorite relativement grande (environ 4 m de diamètre) a été prévue dans environ une journée (elle est tombée au Soudan en octobre 2008). Et pendant ce temps, un avertissement sur un cataclysme cosmique même en un jour n'est pas du tout mauvais. Si un corps céleste menace de tomber sur une colonie, la colonie peut être évacuée dans les 24 heures. Et bien sûr, une journée suffit pour quelque chosepour rappeler aux gens une fois de plus: si vous voyez un flash brillant dans le ciel, vous devez vous cacher et ne pas coller votre visage à la vitre.
Oleg Makarov
