Новые методы изучения метеорных тел

В атмосфере Земли был обнаружен ряд электропроводящих слоев, состоящих из ионизованных молекул воздуха. Роль этих слоев велика - они действуют на радиоволны, как зеркало, отражая их вниз. Благодаря им возможна радиосвязь вокруг земного шара. Отражаясь по многу раз, радиоволны обегают земной шар между его поверхностью и электропроводящими слоями.

Отражение радиоволн электропроводящими слоями атмосферы сделало возможным определение высоты этих слоев. Оказалось, что они находятся на разных высотах, начиная с 50 км над Землей, с максимумом ионизации на высоте 250-300 км, и возникают под ионизующим действием ультрафиолетовых солнечных лучей и частичек (корпускул), выбрасываемых с поверхности Солнца. С изменениями в излучении Солнца, сопровождающими изменения на его поверхности, меняются также высота и толщина электропроводящих слоев земной атмосферы.

Некоторую роль в ионизации воздуха играют и проникающие в него метеоритные частички. Испаряясь при нагревании вследствие торможения, частицы метеорного тела, дающие картину «падающей звезды», сталкиваются с частицами воздуха, ионизуя их и ионизуясь сами. Область таких частичек, остающихся на пути полета метеора, видна нам в виде метеорного следа в течение долей секунды, а иногда даже нескольких минут.

Наэлектризованные частицы в метеорном следе должны отражать радиоволны.

В ночь с 9 на 10 октября 1946 г. многие астрономы подстерегали новое появление дождя падающих звезд - Драконид, обрушившегося на ленинградское небо в эти же дни в 1933 г. Эти метеоры - осколки ядра кометы Джакобини - Циннера, имевшей период обращения около Солнца в 6 1/2 лет. Впервые ее метеоры встретились с Землей еще в 1926 г., но тогда их было мало. 9-10 октября Земля сближается с орбитой кометы, вдоль которой рассеялись осколки ее ядра. В 1946 г. Земля должна была встретиться с метеорами, отставшими от своего ядра на 230 млн. км, т. е. находящимся ближе к ядру, чем те, с которыми она встретилась в 1933 г.

Но обстоятельства сложились неблагоприятно. В это время свет яркой Луны мешал видеть не очень яркие метеоры. Число метеоров, видимых вечером, было очень мало и очень медленно нарастало к утру. Очевидно, максимум их приходился на светлое время суток, когда на ярком утреннем небе метеоры невозможно было видеть.

Рис. 98. Метеоры на экране радиолокатора (схема и фотографии)

Однако их «увидели» радиолокаторы, которые 9 октября 1946 г. впервые пришли на помощь охотникам за метеорами. Быстро посылая радиоизлучение в разные стороны неба, радиолокаторы в то же время ловили и регистрировали каждое отражение его от ионизованного следа метеора. Погода почти всюду была ясная, но если бы небо было закрыто тучами и шел проливной дождь, радиолокаторы делали бы свое дело с таким же успехом - для посылаемых ими радиоволн тучи столь же прозрачны, как чисто протертое стекло для лучей прожектора.

Так радиолокаторы дали знать, что в 6 час. 10 мин. по московскому времени по небу пролетало 150 метеоров за минуту - это был максимум. К 9 час. утра число метеоров сошло на нет. Как мы видим, слой метеоров был очень тонок, Земля прошла его практически за 2-3 часа, а главную его часть - за 40 минут, чему соответствует толщина 35 000 км, т. е. всего лишь в три раза большая поперечника самой Земли...

Рис. 98. Метеоры на экране радиолокатора (схема и фотографии)

Наблюдения метеоров с помощью радиолокаторов проводятся теперь все шире и шире. Передатчик мощностью до нескольких тысяч киловатт посылает направленные волны, вращая свой луч. Радиоволна, попадая на след метеора, отражается обратно и отмечается время прохождения сигнала, дающее расстояние до метеора. Расстояние от летящего метеора до наблюдателя меняется; меняется также время прохождения сигнала от разных точек пути метеора. На верхнем рис. 98 схематически показаны пути метеоров (I, III) и соответствующая картина на экране радиолокатора (IV). Форма кривой позволяет определить быстроту полета. Легко понять, что чем быстрее полет, тем быстрее меняется расстояние до метеора и тем круче кривая на экране II, направленная вершиной книзу. На рисунке приведены кривые, соответствующие двум различным скоростям движения. Нижняя точка кривой отмечает время Т0, когда метеор проходит на кратчайшем расстоянии от наблюдателя. В виде кривой получается запись с экрана полета головной части метеора, а запись остающегося и расплывающегося следа его - в виде широкой полосы (IV). Примеры таких записей даны на схеме IV внизу, правее записи от трех метеоров, из которых только метеор б миновал наблюдателя и удалился. Метеоры айв оставили за собой следы, постепенно таявшие. Фактический вид экрана радиолокатора показан на нижних фотографиях.

Наблюдения с мощными радиолокаторами позволяют наблюдать метеоры гораздо более слабые, чем те, которые видны невооруженным глазом, а тем более на фотографиях. На карточках, идущих затем в математическую обработку на автоматические машины, зарегистрированы уже многие миллионы метеоров. Сотни тысяч их наблюдались также и визуально.

Исследование метеорных тел стало теперь доступно также при помощи искусственных спутников Земли и межпланетных автоматических станций.

Мы можем на ракетах регистрировать удары метеоритов. С разными, но большими скоростями эти, чаще всего мелкие, частицы вещества бороздят Солнечную систему. Мы можем теперь определять частоту встреч с ними ракеты, их размеры, массы и их пробивную способность.

В межпланетном безвоздушном пространстве даже довольно мелкие частицы могут пробить космический корабль. Тогда они лишат его герметичности, повредят аппаратуру, могут погубить экипаж. В результате исследований на советских искусственных спутниках и космических аппаратах впервые было установлено, что эта метеорная опасность не так велика, как опасались. Спутники и станции подавали свои радиосигналы на Землю без помех в течение очень долгого времени, т. е. не были повреждены ударагли метеоритов.

Для изучения межпланетных метеорных частиц применяли разные методы. Одни аппараты накапливали энергию ударов метеорных тел. Посредством запоминающих устройств и телеметрии они сообщали на Землю суммарную мощность этих ударов. Другие приборы регистрировали отдельно каждый удар или их частоту и т. д. Как и ожидали, оказалось, что чем мельче метеоры, тем их больше.

Иногда автоматические станции встречали потоки метеорных тел, циркулирующих вокруг Солнца по определенной орбите. Число их в единице объема менялось со временем. За тысячу секунд на квадратный метр отмечалось два удара частиц со средней массой около 5•10^-9 г, а частиц более крупных было раз в пять меньше. Однажды частота ударов возросла в 10 000 раз.

Эти мелкие и многочисленные удары регистрировались чувствительными приборами, но они не вредили межпланетной лаборатории. С более же крупными метеорными телами межпланетные станции, видимо, не сталкивались и опасность с их стороны не так уж велика. Впрочем, возможно, что сигналы межпланетной станции, запущенной в СССР в 1962 г. к Венере, прекратились досрочно вследствие столкновения ее с метеоритом.

До последнего времени энергию и массу метеорных тел приходилось рассчитывать только теоретически, исходя из определения скорости и яркости метеоров. Расчеты были очень неуверенными и разноречивыми. За пределами земной атмосферы даже крупные метеорные тела остаются невидимыми. Они там недоступны для изучения. Теперь же их энергия движения измеряется непосредственно космическими станциями.

16-18 ноября 1959 г. станция «Авангард-3» (США) отметила резкое увеличение числа метеоритных ударов, иногда до 200 за шестиминутный интервал, хотя за один из двухчасовых оборотов этого искусственного спутника Земли не было отмечено ни одного удара. Это указывает на то, что данные метеорные тела, по-видимому, принадлежавшие ежегодному потоку Леонид, мало еще рассеялись поперек орбиты породившей их кометы. Всего за трое суток ударов было отмечено 2800, почти столько же, сколько за остальные 75 суток «работы» этого спутника. При относительной скорости частиц 70 км/сек и плотности, как у льда, их диаметр был около 7 микрон. Все эти частицы по размеру и массе были меньше тех, которые производят в атмосфере явление падающих звезд, видимых невооруженным глазом и даже в телескоп. Лучшую возможность изучить распределение по размерам и по скорости метеорных частиц в пространстве представит изучение их с поверхности Луны, где нет атмосферы. Их падения на Луну еще ни разу не причинили неприятности космонавтам, находившимся на ней длительное время. К изучению же более редких, но и более крупных метеоритных тел мы перейдем в следующей главе.