Как услышать метеоры
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
До сих пор метеоры регистрировались либо оптическими приборами, либо радиолокаторами. А нельзя ли «охотиться» за метеорами с… микрофоном? Как известно, при сверхзвуковом полете тела в окружающем воздухе возникает ударная волна — резкий скачок давления. Распространяясь в атмосфере, ударная волна теряет энергию, ее острый фронт расплывается, ударная волна превращается в звуковую, а затем в инфразвуковые колебания, скорость которых постоянна и равна около 300 м/сек. Гул и грохот во время полета мощных болидов и тем более при падениях метеоритов отмечаются всеми очевидцами. Неоднократно эти акустические эффекты были случайно записаны на ленты микробарографов; известны эпизодические записи даже на сейсмографах.
Регистрация метеорных инфразвуков приобрела практический интерес, когда удалось разработать надежные способы определения, откуда пришел звуковой сигнал. Сделали это сотрудники геологической обсерватории Колумбийского университета (США). Три разнесенные на несколько сот метров микрофона регистрируют звуковые колебания в полосе частот от 0,1 до 10 гц, то есть ниже слышимого диапазона. Уверенно ощущаются колебания с амплитудой менее 1 мкбар (приблизительно 1 дин/см2). Значения звуковых давлений, зафиксированных каждым микрофоном, поступают на самописец. На ленте получаются три параллельные барограммы, колебания на которых смещены во времени относительно друг друга на 2—3 секунды. Это понятно, ведь звуковая волна приходит на микрофоны не одновременно. Зная, как установлены на местности микрофоны, по разностям времен можно определить азимут прихода волны, а также скорость распространения акустического возмущения.
Интересно, что эта скорость превышает скорость звука в воздухе (300 м/сек). Наблюдались, например, значения 1000 м/сек и более. Дело в том, что расположенные на земле микрофоны фиксируют горизонтальную скорость, с которой «бежит» линия пересечения фронта волны с плоскостью земли. А эта скорость (v) тем больше, чем круче падает на землю волна, то есть чем больше угловая высота (h) источника звука над плоскостью горизонта. Из этих соображений можно найти угловую высоту источника по формуле: v cos h ==300 м/сек.
Трехмикрофонная барограмма дает в каждый момент азимут и угловую высоту источника звука. На небесной сфере можно начертить его видимую траекторию. Чтобы получить истинную траекторию в пространстве, надо, очевидно, иметь такие же наблюдения из другого удаленного базисного пункта. Тогда легко находятся абсолютные высоты и точка встречи траектории болида с землей. Но базисные наблюдения еще не проводились.
Рассмотрение характеристик барограммы — амплитуды, частоты колебаний, длительности — позволяет определить многие параметры метеорного тела: размеры, энергию и др. Правда, для этого нужны точные траекторные данные и достаточно подробная информация о ветрах и температурах в той области атмосферы, где распространяется звук.
Американский геофизик О. Ривелл, разрабатывающий теорию инфразвуковых наблюдений болидов, установил, что современным приборам доступны метеорные тела поперечником более 10 см, имеющие кинетическую энергию выше 1016 эрг, порождающие болиды ярче — 8. Возникающую вдоль траектории метеора ударную волну Ривелл рассматривает как цилиндрический взрыв. Линейная энергия взрыва не что иное, как потеря кинетической энергии телом на единицу пути. Она связана с диаметром, массой и скоростью тела.
Потери энергии, которые несет волна, распространяясь с метеорных высот до земной поверхности, также можно рассчитать. Ривелл определил по акустическим наблюдениям характеристики нескольких крупных болидов, записи о которых он нашел на старых микробарограммах. Все эти болиды оказались довольно массивными.
Сколь часто в атмосфере гремят космические взрывы? Каков приток на Землю крупных метеорных тел? Эта важная проблема имеет принципиальное космогоническое значение. Пока существуют только весьма ориентировочные данные. Так, согласно наблюдениям американской сети фотографических болидных станций, за ночь над территорией США появляется не более одного метеорита массивнее 10 кг. Сходную по порядку величины частоту метеоритных ударов дают сейсмографы, установленные на поверхности Луны экспедициями «Аполлон».
Акустические наблюдения, возможно, скажут новое слово в метеорной астрономии. Но пока сделаны лишь первые шаги. В ближайшие годы предполагается оснастить акустической аппаратурой болидные фотографические сети в Канаде и США. Конечно, эти наблюдения применимы только для крупных болидов, проникающих в атмосферу на высоту не более 50 км. Выше воздух разрежен, и звуковая волна там просто не возникает. Перед исследователями открывается заманчивая перспектива: прослушивая небо, определять места падений метеоритов.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.