 |
Историческое развитие взглядов на метеоры
|
|
|
|
Метеоры
В. В. Федынский
Популярные лекции по астрономии
Выпуск 4
Государственное издательство технико-теоретической литературы
Москва 1956
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Историческое развитие взглядов на метеоры
2. Современные методы исследования метеоров
3. Полёт метеоров в земной атмосфере
4. Метеоры как средство изучения верхних слоев атмосферы
5. Столкновение метеорных тел с Землей
6. Метеорное вещество в Солнечной системе
7. Метеорные потоки
8. Метеоры и другие малые тела Солнечной системы
9. Процессы развития в системе малых тел Солнечной системы
10. Пылевое вещество в межзвёздном пространстве
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Довольно часто в тёмную безоблачную ночь можно увидеть, как на небе среди созвездий вспыхивает и быстро проносится яркая светящаяся точка, словно внезапно упавшая звезда. Это явление называется метеором, от греческих слов μετα - среди и αιρου -воздух, что буквально означает "парящий в воздухе". Раньше метеоры часто называли падающими звёздами, но теперь этот термин почти совершенно вышел из употребления в научной литературе, так как между звёздами - далекими солнцами -и метеорами, вспыхивающими в земной атмосфере, нет ничего общего.
Метеоры вспыхивают в результате того, что небольшие твёрдые космические частицы - метеорные тела - сталкиваются с Землёй, имея большую относительную скорость - от 10 до 70 км/сек. При вторжении в верхние слои атмосферы эти частицы сильно нагреваются, ярко светятся и разрушаются (рис. 1). Чем больше скорость и масса частиц, тем ярче метеор. Обычно свечение метеоров происходит на высотах 120-80 км над уровнем моря, однако крупные частицы могут проникать и в более низкие слои атмосферы. Очень яркие метеоры, превосходящие яркостью Венеру, называются болидами (греч. (βολισ - копьё). Болиды, которые проникают в атмосферу ниже 50-55 км и попадают в более плотные слои воздуха, образуют в них волны сжатия и разрежения и поэтому сопровождаются звуковыми явлениями, иногда весьма мощными.
|
|
|
Рис. 1. Яркий метеор, окруженный цилиндром ионизированного газа.
Внезапное появление болидов, их яркий блеск, громоподобные звуки, сопровождающие их полёт, наконец, большие дымоподобные облака пыли, остающиеся часами на небе как продукт разрушения метеорного тела в воздухе, - всё это производит большое впечатление на случайных очевидцев и в наше время. Можно себе представить, какими таинственными и грозными казались появления болидов нашим предкам, которые называли их "огненными змеями", "драконами" и т.д.
Наиболее крупные метеорные тела из числа тех, которые вызывают явление болидов, выпадают в виде осколков камней и железа на поверхность Земли. Такие осколки называют метеоритами. Изучение структуры и химического состава метеоритов даёт нам важнейшие сведения о природе вещества тел Солнечной системы.
Итак, метеорное тело - это осколок твёрдого космического вещества, сталкивающийся с Землёй, метеор - явление в земной атмосфере, наблюдаемое при проникновении в неё метеорного тела, а метеорит - остаток метеорного тела, выпавший на Землю. Такая терминология имеет смысл, пока мы рассматриваем метеорные тела во взаимодействии с Землёй, когда же мы изучаем метеорные тела в космическом пространстве, то нам нет необходимости применять все эти термины, определяющие лишь взаимоотношение этих тел с Землёй при их взаимной встрече. Следуя обычаю, практически установившемуся в научной литературе, мы будем называть метеорные тела в космическом пространстве просто метеорами, когда не требуется уточнять это понятие.
|
|
|
В определённые дни года можно наблюдать явление метеорных потоков, когда из одной области неба вылетает много метеоров. Метеорные потоки обычно называют по латинскому названию созвездия, из которого, как нам кажется, вылетают метеоры.
Изучение метеоритов, выпадающих на Землю, и метеоров, летящих в атмосфере, имеет большое значение для современной науки. От крупных метеоритных глыб до мельчайших метеорных пылинок изменяются размеры частиц, образующих большое облако метеорного вещества вокруг Солнца. Изучение структуры и истории развития этого облака проливает свет на прошлое и будущее Солнечной системы, помогает понять историю происхождения и развития планет, в том числе и Земли, на которой мы живём. Следовательно, наука о метеорах, так называемая метеорная астрономия, имеет большое научное и познавательное значение. Этим объясняется факт возникновения и быстрого роста метеорной астрономии, - как особой ветви научного знания в XIX и особенно в XX веке.
Немногим более 30 лет прошло с тех пор, как не только астрономы, но и геофизики начали интересоваться метеорами. Оказалось, что изучение метеоров доставляет очень важные сведения о верхних слоях атмосферы - их физическом состоянии, о воздушных течениях на больших высотах, о приливах, которые происходят в воздушном океане нашей планеты под воздействием Луны и Солнца. Эти сведения имеют не только теоретическое, но и практическое значение. В наши дни управляемые ракетные снаряды поднимаются как раз в те верхние слои атмосферы, где происходит явление метеоров. Подготовка к пуску межпланетных ракет и перспектива полётов кораблей с пассажирами в стратосферу и космическое пространство ещё больше повышают интерес к метеорам. Перед техникой возникает задача защиты космических кораблей от опасности встреч с метеорными телами.
Итак, метеоры в наше время являются предметом внимания и всестороннего изучения со стороны астрономов, геофизиков, инженеров. Эта книжка имеет своей целью кратко познакомить читателя с современным состоянием науки о метеорах.
ИСТОРИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ НА МЕТЕОРЫ
Явление метеоров известно человечеству со времён глубокой древности. Первые документальные записи о метеорах найдены в древнеегипетском папирусе, написанном за 2000 лет до нашей эры, ныне хранящемся в Ленинградском Эрмитаже. Легенды и сказания многих народов отражают примитивные взгляды и поверья, связанные с внезапным появлением болидов, полётом метеоров и выпадением "камней с неба". Древнегреческий миф рассказывает о Фаэтоне, который похитил упряжку огненных коней своего отца, бога Солнца Аполлона, проехал на пылающей колеснице по небу, а затем упал на Землю в виде огромного камня. Это в сущности поэтическое повествование о полёте гигантского болида, завершившегося падением метеорита. Миф о Фаэтоне перекликается со сказаниями индейцев Северной Америки, которые, наблюдая в незапамятные времена падение гигантского метеорита в Аризонской пустыне, передавали из поколения в поколение легенду о боге огня, сошедшем на Землю. В арабских легендах, вошедших в цикл сказаний тысячи и одной ночи Шехерезады, говорится о метеорах как об огненных стрелах, которые ангелы мечут в демонов. Упоминания о звёздных дождях в китайских летописях встречаются впервые ещё в 1768 г. до н.э.,, и с тех пор их можно найти в многочисленных летописях Китая, Кореи, Руси, стран Западной Европы.
|
|
|
В IV веке до н.э. древнегреческий философ Диоген Аполлонийский впервые высказал правильное предположение о том, что метеоры - это космические тела и что они представляют собой "невидимые звёзды, которые попадают на Землю и потухают, как упавшая у реки Эгос-Потамос огненная каменная звезда". Правда, это мнение не стало общепринятым. Вместе с Аристотелем большинство античных, а затем и средневековых философов и учёных считало, что метеоры являются чисто атмосферным явлением, возникающим при воспламенении земных испарений, когда они, подымаясь, приближаются к огненной сфере Солнца. Глыбу же около реки Эгос-Потамос, которая в действительности, вероятно, была метеоритом, Аристотель считал камнем земного происхождения.
В IX-XI веках н.э. в китайских летописях встречаются довольно подробные наблюдения метеоров, уже в наши дни впервые научно обработанные советским астрономом И.С. Астаповичем. Оказалось, что около тысячи лет назад наблюдались многие из действующих и поныне метеорных потоков, но некоторые потоки с тех пор совершенно исчезли. В древнерусских летописях мы встречаем в 1091 г. первую запись о болиде, а в 1202 г. - упоминание об обильном метеорном потоке Леонид. Довольно подробно описан в русских летописях каменный дождь 25 июня 1290 г. близ г. Устюга Великого. Выпадение метеоритов в этот день сопровождалось мощным весьма ярким болидом, громкими звуками и сотрясением почвы. Сильно пострадал в результате полёта болида и выпадения каменных осколков лес в районе Котоваловская Весь. 19 мая 1421 г. в Новгороде Великом был отмечен яркий болид, сопровождавшийся мощными звуковыми явлениями и выпадением роя каменных метеоритов. Известен и ряд других аналогичных записей.
|
|
|
Несмотря на постепенное накопление фактического материала, в течение почти двух тысячелетий в воззрениях человечества на метеорные явления не произошло никаких существенных изменений. После многовекового застоя в развитии астрономии и в том числе представлений, относящихся к метеорам, впервые на них вновь обратили внимание в конце XVII века. В частности, Галлей в Англии определил в 1686 г. траекторию полёта яркого болида и высказал гипотезу о космическом происхождении метеорного тела, породившего это явление.
В России первые наблюдения метеоров наряду с другими атмосферными явлениями производились в Петербурге И. Гмелиным, Г. Крафтом, А. Татищевым, начиная с 1734 г.
Конец XVIII столетия можно считать временем возникновения метеорной астрономии. В 1794 г. член-корреспондент Петербургской академии наук Э.Ф. Хладни убедительно показал, что метеориты попадают на Землю из межпланетного пространства. В 1798 г. немецкие студенты Г. Брандес и И. Бенценберг впервые определили высоты метеоров на основании одновременных наблюдений из двух удалённых пунктов. В 1799 г. А. Гумбольдт наблюдал во время своего путешествия в Южную Америку звёздный дождь метеорного потока Леонид и из расспросов старожилов-индейцев установил, что такие же звёздные дожди наблюдались в 1733 и 1766 гг. и что, следовательно, периодичность появления звёздных дождей Леонид составляет 33 года. В 1832 г. обильный звёздный дождь Леонид наблюдался в восточном полушарии Земли, а в 1833 г. - в западном. В 1832 г. курский астроном-самоучка Ф.А. Семёнов наблюдал Леониды, открыл явление радиации метеоров, связанное с кажущимся перспективным расхождением их путей, на самом деле параллельных между собой в пространстве, и, наконец, высказал предположение о связи метеоров с кометами. В 1833 г., независимо от Ф.А. Семёнова, явление радиации метеоров было открыто многими наблюдателями в Западной Европе и Северной Америке.
|
|
|
Звёздные дожди 1799 и 1832-1833 гг. вызвали большой интерес среди учёных и заставили французских астрономов Д. Араго и Ж. Био обратиться к изучению китайских, корейских и японских летописей. Оказалось, что звёздные дожди Леонид наблюдаются уже в течение более чем 3500 лет с периодом в 33 года. Была вычислена орбита метеорного роя Леонид в Солнечной системе, причём выяснилось её сходство с орбитами некоторых больших комет. Однако доказательство тесной связи комет с метеорами было получено значительно позже.
В 1852 г. были начаты первые систематические наблюдения метеоров в России, производившиеся Б.Я. Швейцером на астрономической обсерватории Московского университета, а затем М.М. Гусевым в Вильно. В 1862 г. Ф.А. Бредихин в работе "О хвостах комет", обобщая результаты русских и иностранных наблюдений комет и метеоров, высказал мысль о возможности выделения метеорных потоков из комет. В 1865-1866 гг. массовые систематические наблюдения метеоров были начаты в Англии У. Деннингом, в Италии Дж. Скиапарелли, в США Г. Ньютоном, а также и в других странах. Такое возрастание интереса учёных к метеорам в те годы объясняется ожидавшимся возвращением звёздного дождя Леонид.
Леониды не обманули надежд астрономов и дали в 1866-1868 гг. блестящие звёздные дожди. В 1866 г. Дж. Скиапарелли установил родство метеорных потоков Леонид и Персеид с кометами и высказал гипотезу о распаде комет под действием притяжения Солнца. С другой стороны, Ф.А. Бредихин, развивая свои идеи, к 1881 г. закончил разработку теории извержения метеорных частиц из ядер комет. Идеи Скиапарелли и Бредихина и поныне являются основой для всех работ, в которых изучается взаимоотношение между кометами и метеорными потоками.
В 1882 г. И.А. Клейбер написал первую русскую монографию о метеорах, изданную в Петербурге через два года.
В конце XIX столетия к изучению метеоров начинают применяться современные астрофизические методы. В 1885 г. в Праге была получена первая фотография метеора. В 1893 г. X. Элькин на Иельской обсерватории (США) и независимо от него П.К. Штернберг на астрономической обсерватории Московского университета применили вращающийся затвор (обтюратор) для определения угловой скорости метеоров. Много позже, в 30-х годах XX века, и вплоть до наших дней этот метод определения скорости метеоров нашёл широкое применение. В 1901 г. И.И. Сикора в Ташкенте впервые в России организовал систематическое фотографирование метеоров. В 1904 г. С.Н. Блажко на астрономической обсерватории Московского университета получил первую спектрограмму метеора.
Начиная с 20-х годов XX столетия, интерес к метеорам сильно возрос в связи с изучением верхних слоев атмосферы. Это время совпадает с возникновением советской метеорной астрономии на фоне общего роста науки в СССР после Великой Октябрьской социалистической революции. За последние тридцать с лишним лет советская наука сделала большие успехи в области изучения метеоров. В 1921 г. впервые организуется коллективная работа советских любителей астрономии по изучению метеоров, которая с успехом продолжается до наших дней. В 1925 г. И.С. Астапович разработал наиболее полную программу наблюдений метеоров и начал вести систематические наблюдения по этой программе. Этот замечательный ряд наблюдений охватывает период свыше 25 лет и представляет вместе с аналогичными рядами наблюдений В.А. Мальцева, Н.Н. Сытинской и других советских наблюдателей, а также У. Деннинга (Англия) и К. Хоффмейстера (Германия) очень большую ценность для познания природы метеоров.
Начиная с 1925 г., для изучения метеоров в СССР организуется ряд специальных экспедиций в южные районы страны с хорошим климатическими условиями - на Кавказ и в Среднюю Азию, где можно было получить богатый фактический материал. В 1935 г. была созвана первая в СССР научная конференция по изучению комет и метеоров. С тех пор научные совещания советских исследователей комет и метеоров созывались неоднократно, за последние годы - в Киеве (1951), Сталинабаде (1952), Одессе (1955).
Советские учёные выполнили много интересных и важных работ по метеорной астрономии. Содержание советских научных работ в значительной мере определяет современный уровень метеорной астрономии.
За рубежом метеорная астрономия также испытала быстрое развитие за последние 30-35 лет. Были созданы ассоциации исследователей метеоров в Англии, Чехословакии, США, Канаде и Новой Зеландии.
Одной из важнейших проблем, решению которой, начиная с 20-х годов нашего столетия, был посвящен большой ряд работ как в СССР, так и за рубежом, является вопрос о взаимодействии метеорного тела с атмосферой и изучение строения атмосферы по наблюдениям метеоров.
Ещё в 1923 г. Ф. Линдеман и Г. Добсон в Англии применили приближённую физическую теорию метеоров для изучения строения верхних слоев атмосферы.
В 1931 г. советский радиоинженер и любитель астрономии Н.А. Иванов опубликовал работу, в которой впервые на основании экспериментальных данных была установлена связь между ионизацией земной атмосферы и метеорными явлениями. В том же 1931 г. в США были произведены наблюдения, также установившие наличие связи этих двух явлений.
В 1935 г. автор настоящей книжки совместно с К.П. Станюковичем положили начало изучению физических условий в верхней атмосфере по метеорным фотографиям. Много работ по изучению метеоров, в частности фотографическим методом, было сделано в 1932-1938 гг. и после 1948 г. членами Московского отделения Всесоюзного астрономо-геодезического общества (К.П. Станюкович, Г.О. Затейщиков, Н.И. Гришин и др.). В СССР систематическое фотографирование метеоров специальным патрулём было начато в 1938 г. на Сталинабадской астрономической обсерватории.
В 1936 г. началось систематическое фотографическое изучение метеоров в Гарвардской обсерватории (США) под руководством Ф. Уипла, а затем также Л. Яккиа и других исследователей, давшее весьма важные результаты. По данным этих наблюдений были составлены таблицы состояния верхних слоев атмосферы до высоты 120 км (их плотности, температуры и т. д.).
Весьма подробная физическая теория полёта метеоров в атмосфере была развита Б.Ю. Левиным в 1939-1941 гг. Этот вопрос продолжает разрабатываться и в настоящее время многими исследователями.
Вторым важным вопросом, привлекшим внимание исследователей за последние 25 лет, является вопрос о природе самих метеорных тел. Большое значение здесь имеет получение спектров метеоров, которые дают нам сведения об их химическом составе.
В 1932 г. П. Миллман (Канада) опубликовал первую сводку по метеорным спектрам и с тех пор успешно работает вместе со своими сотрудниками по изучению метеорных спектров с призменными и диффракционными спектрографами.
Начиная с 1934 г., спектрографирование метеоров успешно производится и в СССР.
С 1935 г. в СССР ведутся работы по изучению свечения метеоров, начатые Н.Н. Сытинской, которая в 1940 г. разработала метод определения массы метеоров по их яркости.
Систематические плодотворные визуальные и фотографические наблюдения ведутся в Чехословакии на астрономической обсерватории в Ондржейове и в других местах. Важные работы о природе метеорных тел и метеорных потоков, а также по методике изучения метеоров были выполнены в Чехословакии В. Гутом, Ф. Линком, М. Плавецом и 3. Цеплехой. Нужно отметить многолетние систематические исследования метеоров, проводившиеся К. Хоффмейстером в Германии и Южной Африке и давшие интересные результаты.
Одним из новейших методов изучения метеоров, дающим весьма разносторонние результаты, является радиолокация метеоров.
В 1945 г. Дж. Хей и Г. Стюарт в Англии впервые применили радиолокационную аппаратуру для наблюдения метеоров. При участии П. Блэккета и Е. Эпплтона в 1946 г. там была организована работа по систематическому изучению метеоров при помощи радара. Вблизи Манчестера в Джодрелл Бэнк была создана крупная современная радиообсерватория - экспериментальная станция Манчестерского университета, возглавляемая А. Ловеллом, где исследования метеоров ведутся как ночью, так и днём, во всякую погоду, нередко во время частых в Англии дождей и туманов.
В 1946 г. П.О. Чечик и Б.Ю. Левин провели первые в СССР, радиолокационные наблюдения метеорного потока Драконид, а в настоящее время такие наблюдения проводятся в ряде советских обсерваторий. Радионаблюдения метеоров, кроме Англии и СССР, ведутся в Канаде, где обширные ряды наблюдений предприняты П. Миллманом и Д. Мак-Кинли, в США (У. Лиллер), а также в Индии (С. Чоманлал, К. Венкатораман).
В 1948 г. А.Г. Калашников в СССР разработал и успешно применил новый метод регистрации метеоров, основанный на изучении магнитного эффекта, производимого метеорами при их полёте в земной атмосфере.
В настоящее время метеорная астрономия является быстро развивающейся отраслью естествознания, находящейся на стыке астрономии, геофизики и радиофизики. Основными задачами современной метеорной астрономии в настоящее время являются: 1) изучение проникновения метеоров в земную атмосферу, 2) изучение метеорного вещества, его движения и развития в космическом пространстве, 3) изучение роли метеоров в происхождении и развитии Солнечной системы.
Советские учёные принимают активное участие в решении всех этих проблем, используя традиции и богатый опыт русской науки, а также обмениваясь своими достижениями с зарубежными учёными в порядке культурного содружества, прежде всего с учёными стран народной демократии - Чехословакии, Польши, Германской Демократической Республики, Китайской Народной Республики и многих других стран.
|
|
|
