Краткие новости

Комплексные исследования Витимского болида PDF Печать E-mail
 

Комплексные исследования Витимского болида

В.С.Антипин1,   А.Н.Арсентьев2,   Д.В.Семенов2,   С.А.Язев2,3

1Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН,  2Астрономическая обсерватория ИГУ,  3Институт солнечно-земной физики СО РАН

E-mail: Этот e-mail защищен от спам-ботов. Для его просмотра в вашем браузере должна быть включена поддержка Java-script

Comprehensive studies of the Vitim bolide

V. S. Antipin1, A. N. Arsentiev2, D. V. Semenov2, and S. A. Yazev2,3

1Institute of Geochemistry SB RAS, 2Astronomical Observatory of Irkutsk State University,3Institute of Solar-Terrestrial Physics SD RAS

Резюме:

В ночь на 25 сентября 2002 года на севере Иркутской области наблюдался яркий болид, сопровождавшийся мощными световыми, акустическими и электрофонными явлениями. В литературе по нашему предложению он получил название Витимский. Силами институтов Иркутского научного центра СО РАН и Иркутского госуниверситета в 2002–2003 гг были организованы три экспедиции в район падения. Проведен опрос очевидцев, собраны данные по объективной регистрации проявлений болида, обследован район вдоль трассы падения, определенной спутниками США. Выполнен анализ частиц, собранных во время второй экспедиции (апрель 2003 г) в снеговых пробах вблизи проекции трассы полета. Частицы содержат минеральные ассоциации, которые встречаются в метеоритном веществе (сульфидные и металлические фазы). Обнаружены: микросферулы с пористой структурой, сходные  с подобными из снегового покрова Антарктиды;  зерно, содержащее  пирит; частицы, содержащие окисленное и металлическое железо, а также никелистое железо с содержанием как первых процентов, так и десятков процентов никеля. Частица никелистого железа в ассоциации с микрочастицей кварца обнаружена в углеродистом (сажистом) материале. Соотношения Ni и Fe соответствуют характерным для метеоритного вещества минералам — тэниту и камаситу. Определен радиант болида: прямое восхождение 22 часа 18 минут, склонение 10 градусов 02 минуты в созвездии Пегаса. Вдоль трассы полета найдены множественные повреждения леса предположительно вследствие действия ударной волны. Высокая мощность сопутствующих болиду явлений связана предположительно с высокой скоростью входа в атмосферу. 

Abstract:

A bright bolide was sighted over the northeastern territory of the Irkutsk region in the night from September 24 to 25, 2002, which was accompanied by dramatic luminous, acoustic and electrophonic effects.  Following our suggestion, it received the name Vitim bolide in the literature. A number of research institutes of the Irkutsk Scientific Center SB RAS, and Irkutsk State University organized three reconnaissance expeditions to the anticipated location of the bolide's explosion to carry out a relevant exploration. Eye-witnesses were polled, more exact data on the bolide's effects were collected, and the area along the falling route previously indicated by USA satellites was explored. An analysis was made of the cosmogenous substance particles collected by the second expedition (April 2003) in the snow in the presumable area where the bolide had fallen down. The particles contain mineral associations typical of meteorites (sulfide and metallic phases). The researchers found microspherules with porous structure resembling those sampled from the Antarctica's snow cover; grains containing pyrite, particles containing oxidized iron, and metallic iron, as well as nickel-containing iron containing from a few percent to several tens of percent of nickel. A particle of nickel-containing iron in association with a  microparticle  of quartz was found in carbonaceous (soot) material. The Ni/Fe ratios correspond to the minerals typical of meteorite material: tenite, and kamasite. The bolide's radiant was determined: right ascension 22 hours 18 minutes, and declination 10 degrees 02 minutes in the Pegasus Constellation. Multiple damage to trees were found along the flight path, perhaps caused by the shock wave. The high power of the phenomena accompanying the bolide seems to be associated with its high entry velocity into the atmosphere.

Введение

 В ночь на 25 сентября 2002 года на северо-востоке Иркутской области (Мамско-Чуйский и Бодайбинский районы, бассейн реки Витим) наблюдался яркий болид, сопровождавшийся· акустическими эффектами и мощной воздушной волной, вызвавшей сотрясения на больших расстояниях. Яркое свечение обнаружено спутниками ВВС США на высоте около 62 км над точкой А с· географическими координатами 57.910 с.ш. и 112.900в.д. Болид прослежен до высоты около 30 км над точкой В с координатами· 58.210 ·с.ш. и 113.460в. д. Реконструкция траектории падения· позволила оценить угол ее наклона к горизонту (примерно 340). Общая длина проекции прямой траектории от точки А до точки С пересечения с землей составила около 90 км. Рассчитанные координаты этой точки — около 114.060· в.д., 58.600· с.ш. Согласно спутниковым данным, в видимом диапазоне пик интенсивности излучения· болида равнялся· 2.4×1011Ватт/стерад.·Общая излученная энергия оценена в· 8.6×1011 Дж, что соответствует температуре черного тела 6000 K и эквивалентно взрыву 200 т тротила.· Кинетическая· энергия на входе в атмосферу оценена в 2300 т тротила.

          Болид падал в условиях низкой сплошной облачности  над Мамско-Чуйским районом, нижняя кромка облаков — 1100 м, что соответствует высоте господствующих вершин (гольцов).  Температура была  около нуля по Цельсию, шел  мелкий дождь, в горах — снег.  Глубина снегового покрова на вершинах не превышала 5–10 см. Спустя несколько дней здесь прошли обильные снегопады, которые, как оказалось,  законсервировали в слое снега выпавшие частицы из дымно-пылевого следа болида.

          Нами рассчитан радиант болида: прямое восхождение 22 часа 18 минут, склонение 10 градусов 02 минуты в созвездии Пегаса. Эти данные могут быть использованы для оценки принадлежности Витимского болида к какому-либо метеорному потоку, хотя приведенные ниже данные о составе вещества позволяют в первую очередь рассматривать астероидное происхождение метеороида.

        Экспедиционные исследования района падения болида

        Район падения Витимского болида изучался несколькими экспедициями. Первая (октябрь 2002 г.), организованная Институтом солнечно-земной физики (ИСЗФ) и астрономической обсерваторией (АО) ИГУ, обследовала местность в районе точки В болида и опросила около 30 очевидцев.

        Вторая экспедиция (март-апрель 2003 г.), проведенная Институтом геохимии  (ИГ) СО РАН и ИСЗФ СО РАН, отобрала пробы снега в районе точки В в целях поиска частиц, предположительно выпавших из дымно-пылевого следа болида.

        Третья экспедиция  (июль-август 2003 г., ИГ СО РАН, ИСЗФ СО РАН, АО ИГУ и Институт геохимии РАН) обследовала участок проекции траектории от точки В до точки С. Кроме того, район изучался экспедициями УрГУ (июль 2003 г.) и НПО ПМ (июль 2003 и июль 2004 гг). Результаты экспедиционных исследований опубликованы в [1-7].

        

         Вещество Витимского метеороида

         Важнейшим итогом полевых исследований в районе падения Витимского болида явилось обнаружение в одной из снеговых проб частиц предположительно космогенного происхождения. Результаты комплексного анализа вещества приведены в  [4-5]. Диагностика частиц, обнаруженных  на фильтрах, а также исследования их минерального и химического состава показали, что они содержат минеральные ассоциации, которые встречаются в метеоритном веществе.·При изучении  частиц из снегового покрова с использованием электронного микроскопа с микрозондовым анализатором получены данные, свидетельствующие о присутствии среди микрочастиц как сульфидных, так и металлических фаз. В частности, обнаружены пирит и несколько частиц железистых соединений — окисленное и металлическое железо, никелистое железо. Пирит в ассоциации с другими Fe-содержащими оксидными минеральными фазами достаточно часто встречается в метеоритном веществе, но распространен и в земных породах различного генезиса. Металлическое железо широко представлено в метеоритном веществе, однако свойственно, например, и земным железорудным проявлениям, высокотемпературным гидротермальным системам, магматическим породам и зонам гипергенеза. Присутствие марганца в составе железистых фаз на наблюдаемом уровне содержаний в отдельных случаях свойственно и метеоритному веществу. В этом отношении наибольший интерес представляют частицы Ni-содержащего пирита и никелистого железа, в котором соотношение Fe и Ni соответствует типичным метеоритным минералам камаситу и тэниту. Никелистое железо в форме камасита было представлено   91,7–97,5%  и  2,5–8,3%,  в форме тэнита   ­- 28,5–77,5% и 22,5–71,5% для железа и никеля соответственно. Анализы рассчитаны на 100%. В исходных анализах нехватка суммы может быть связана с окислением частиц при разрушении  метеороида или с присутствием углерода, серы и других элементов. Как можно видеть, содержания железа и никеля в исследованном веществе  варьируют  в широких пределах и вполне укладываются в уровни их концентраций в различных метеоритах [8]. Это может быть дополнительным свидетельством  метеоритного происхождения сферул и отдельных микрочастиц.

 Не менее важна находка минеральной ассоциации, соответствующей по составу группе армолколит-псевдобрукит. Армолколит первоначально был обнаружен в образцах лунных пород  и назван в честь американских астронавтов Н. Армстронга, Э. Олдрина и М. Коллинза, доставивших эти образцы на Землю. Минерал изоструктурен с земным псевдобрукитом, но, в отличие от последнего,  в армолколите часть железа замещена магнием, и он не содержит окисного железа.

Само присутствие в исследуемом веществе из снегового покрова в районе разрушения Витимского метеороида и их сходство с подобными сферулами (микрометеоритами) из снегового покрова Антарктиды  свидетельствует о вероятном метеоритном происхождении этих сферул.

        Ряд обстоятельств, включая, в первую очередь, обнаружение сферул с пористой структурой, подобных обнаруженным в Антарктиде микрометеоритам, принадлежность найденных частиц слою снега, датировка образования которого соответствует узкому интервалу дат вблизи даты падения болида, позволяет предположить, что анализу подверглось именно вещество Витимского метеорного тела. Важно и то, что исследованные сферулы были встречены только в снеговых пробах, отобранных вблизи проекции трассы полета метеороида. Форма сферул и характер их поверхности позволяют считать, что они могли выпасть из дымно-пылевого абляционного следа болида. Этот вывод подтверждается и при рассмотрении минеральной ассоциации в составе сферул, которая не типична для коренных пород Мамско-Чуйского района.   Альтернативные гипотезы (типа попадания в свежий снеговой покров на вершинах гор (гольцов) вещества дыма котельной, расположенной в нескольких десятках километров) выглядят малоубедительными. Обнаружение распыленного вещества Витимского тела в снеговом покрове можно считать большой научной удачей.

          Воздействие ударной волны

          Всеми тремя экспедициями с участием иркутских исследователей обнаружены в зоне шириной 5 — 7 км вдоль  трассы полета болида участки и полосы свежесломанного и свежеповаленного леса с характерным масштабом в сотни метров — километры. Датировка сломов и вывалов, по свидетельствам местных охотников, много лет работающих в этом районе, однозначно  указывает на осень 2002 года. В некоторых местах доля поврежденных деревьев  составляет 10 — 15%. Сняты на фото- и видеопленку березы, лиственницы, сосны, осины со сломанными вершинами. Рядом со сломанными деревьями наблюдались такие же, но неповрежденные. В некоторых случаях отломанные вершины деревьев лежали в 10–15 м от оснований. Этот эффект наблюдался и на относительно ровных местах (не ниже по склону от ствола дерева). Многие деревья выворочены с корнем, включая стволы диаметром 30–40 см у основания. Согласно свидетельствам местных жителей, никогда ранее ничего подобного здесь не наблюдалось. Большинство деревьев лежит вершинами вниз по склону. Судя по всему, мощности внешнего воздействия хватило, чтобы резко качнуть дерево, а падало оно в соответствии с законами физики, преимущественно вниз по склону.  Радиальная структура сломов и вывалов (наружу от проекции трассы полета) не наблюдается, или наблюдается с большими оговорками. На вершинах гор, покрытых кедровым стлаником, повреждений нет (что, видимо, связано с высокой прочностью стланика). Зона, где наблюдаются  повреждения леса, тянется от правого берега Витима вплоть до района ручья Плохой вблизи точки С.

        Проблема происхождения механического воздействия вызывает множество вопросов. Очевидно, что амплитуда ударной волны, пришедшая с высоты 25 — 30 км, не должна быть существенной, и связь между волной и множеством поваленных и поврежденных деревьев выглядит на первый взгляд нереальной. С другой стороны, очевидцы указывают на значительное действие волны даже близ пос. Мама, в 50 км от трассы полета по версии спутников (сотрясение подбросило печку, посуда со стола свалилась на пол, школьника отбросило от стенки будки на вершине горы [1-2]). Высокая мощность акустических эффектов описана очевидцами вблизи точки В, несмотря на то, что они (очевидцы) находились в долине реки, экранированной высокими горами.

          Большая мощность ударной волны может быть объяснена высокой скоростью полета болида и/или сложными динамическими процессами разрушения метеороида. К сожалению, в этом случае остается мало шансов найти крупные фрагменты космического тела:   высокая скорость должна была привести к разрушению и распылению метеороида на больших высотах.  Что касается гипотезы о повреждениях леса падающими фрагментами метеороида, то, если сломы отдельных верхушек деревьев можно объяснить этой причиной, поваленные (вывороченные) деревья этой гипотезой не объясняются. ·······

       

         К вопросу о возможной радиоактивности Витимского болида

         Согласно данным, полученным нами в Иркутском областном управлении гидрометслужбы, среднегодовое значение уровня радиоактивного фона в Мамско-Чуйском районе Иркутской области по данным за последние 10 лет составляет 13 мкр/час. Среднемесячные значения варьируют в пределах от 9 до 16 мкр/час. Тем не менее, в сентябре 2002 года отмечено беспрецедентно высокое среднемесячное значение 24 мкр/час. Начальник АМСГ Мама Г. И. Костина сообщила, что в 9 часов утра 25 сентября 2002 года после ночных наблюдений болида ею был проведен внеплановый замер уровня радиоактивности. Полученное значение составило 30 мкр/час. Штатные измерения, проведенные, как обычно, в 15 часов, показали, что фон упал вдвое и был близок к обычной норме. По официальному свидетельству и.о. начальника АМСГ Мама Н. А. Сыроквашко,  отдельные измерения фона в редких случаях дают значение 18–19 мкр/час, но не выше. С этой точки зрения измеренное значение 25 сентября представляет собой аномальную величину. Измерения, проведенные спустя месяц, 23–24 октября первой Витимской экспедицией в районе точки потери болида сенсорами спутников, дали 15–17 мкр/час.

         Несомненно,  рост уровня радиоактивности в пос. Мама утром 25 сентября 2002 года может в принципе объясняться  причинами, не связанными с феноменом болида. Следует заметить, что, если бы не утренние измерения, скачок радиоактивного фона остался бы незамеченным (ежедневные измерения проводятся раз в сутки в 15 часов местного времени). Тем не менее, мы считаем необходимым указать на этот факт и ввести его в научный оборот. С точки зрения современных представлений, наличие радиоактивных  веществ в недрах планетоидов и крупных метеороидов не исключается. В частности, именно присутствие радиоактивных веществ рассматривается как возможная причина разогрева недр спутника Сатурна Энцелада, где наблюдаются водяные гейзеры. ··

       Заключение

        Несмотря на типичность химического  состава вещества Витимского метеороида, изученного по итогам анализа обнаруженных частиц, ряд обстоятельств падения  болида остается неясным.  К их числу относится  вопрос о механизме возникновения массированных повреждений леса вдоль траектории падения болида, а также предполагаемая связь между падением болида и непродолжительным всплеском радиоактивного фона в районе пос. Мама.

        Литература

1. Язев С. А., Иванов А. В., Антипин В. С., Ефремов С. В., Митичкин М. А. Витимский болид: обстоятельства падения и результаты исследования.— Байкальская международная молодежная научная школа  по фундаментальной физике. Труды 6 сессии молодых ученых «Волновые процессы в проблеме космической погоды». Иркутск, 2003, Изд-во ИСЗФ СО РАН, С. 40–46.

2. Язев С. А., Антипин В. С. По следам Витимского болида. Земля и Вселенная, 2004, № 5, с. 59 — 66.

3. Язев С. А., Антипин В. С., Митичкин М. А., Ефремов С. В., Иванов А. В., Семенов Д. В. Исследования Витимского болида.— Труды Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга, Т. 75, М., 2004, С. 102.

4. Антипин В. С., Язев С. А., Кузьмин М. И., Перепелов А. Б., Ефремов С. В., Митичкин М. А., Иванов А. В. Природные явления и вещество абляционного следа Витимского метеороида (25 сентября 2002 г.). Доклады РАН, 2004, т.398, № 4, С.482–486.

5. Антипин В. С., Язев С. А., Перепелов А. Б., Ефремов С. В., Митичкин М. А., Иванов А. В., Павлова Л. А., Карманов Н. С. Ущаповская З. Ф. Витимский метеорит (25 сентября 2002 года) — результаты комплексных исследований.- Геология и геофизика, 2005, т. 46, № 10, с. 1050–1064.

6. Antipin V. S., Yazev S. A., Perepelov A. B. Efremov S. V. Mitichkin M. A. Ivanov A. V. Multi-purpose exspedition research of the Vitim meteoroid fallen in September 2002 in  Irkutsk region, Siberia.   -   Meteoroids-2004, Conference in Ontario, Canada, 16 −21  August, 2004.

7. Язев С. А., Антипин В. С., Антипин А. М.  Витимский болид: итоги исследований и оставшиеся проблемы.- Избранные проблемы астрономии: материалы науч.-практ. Конф. «Небо и Земля» (г. Иркутск, 21–23 ноября 2006 г.)- Иркутск: Иркут. Гос. Ун-т, 2006.-  С. 177 −183.

8. Соботович Е. В., Семененко В. П. Метеоритное вещество. Киев, Наукова Думка, 1984, 191 с.

9. Адушкин В. В., Попова О. П., Рыбнов Ю. С., Кудрявцев В. И., Мальцев А. Л., Харламов В. А. Геофизические эффекты Витимского болида 24.09.2002 г.— Доклады РАН, 2004, т. 397, № 5,  С. 685–688.

10. Чеботарев В. Е., Котельников С. П., Андреев А. П. Новая космическая загадка Сибири. -  Земля и Вселенная, 2004, № 5, С. 67–71.

 
(c) Астрономическая Обсерватория ИГУ
Иркутск, 2007