Международный день астероида — 30 июня — приурочен к дате падения Тунгусского метеорита в 1908 году. Хотя в научных кругах до сих пор ведутся споры — падал он вообще или нет — прочие космические тела сталкиваются с поверхностью нашей планеты довольно часто. Евгений Бурмистров, преподаватель астрономии, заместитель директора Политехнической школы ПНИПУ, рассказал, как отличить астероид от метеора и кометы, какие из них падают, а какие — сгорают в атмосфере, почему после удара не всегда появляется кратер, что нам известно о самых крупных из них, и могла ли жизнь попасть на Землю из космоса.
Метеориты, метеоры, астероиды и кометы — в чем отличия?
— В ночном небе можно различить небесные тела: крупные и малые, стационарные и подвижные. Последние служат огромным кладезем информации о нашей Вселенной, — рассказывает Евгений Бурмистров.
Давайте разберемся, чем отличаются относительно небольшие космические тела друг от друга. Астероиды — космические тела меньше планет, не имеют своей атмосферы, характеризуются неправильной формой, но довольно крупные. Например, самый большой астероид на данный момент — Веста, ее диаметр составляет 525 км. Орбита этого тела, как и всех остальных, проходит вокруг Солнца, между Юпитером и Марсом. В этом месте скопилось множество подобных объектов — более 100 000, потому оно называется главным поясом астероидов. Они крайне редко падают на Землю — раз в несколько десятков тысяч лет.
Кометы схожи с астероидами, но имеют очень вытянутую эллиптическую орбиту, и потому могут надолго удаляться от Солнца.
Метеориты — космические тела диаметром до 30 метров и весом до нескольких десятков тонн. Они способны достигнуть поверхности Земли, не сгорев полностью в атмосфере. Эти объекты являются частью небесных тел, сталкивающихся друг с другом, например, астероидов в главном поясе. Множество осколков разлетается в разные стороны, и некоторые из них способны достичь атмосферы и даже поверхности Земли.
Метеоры, в свою очередь, которые сгорают в атмосфере и на поверхность планеты не падают. В этом их единственное отличие от метеоритов.
Какие небесные тела достигают Земли, а какие нет?
Метеоры не достигают поверхности планеты, поскольку их трение о слои воздуха слишком велико, из-за этого они нагреваются настолько, что полностью сгорают в атмосфере. Потому чем меньше это трение, тем больше шансов у космического объекта достичь Земли.
— Вот простой набор «успешного метеорита»: большая скорость, большой угол вхождения в атмосферу, большая масса. Такая глыба идет напролом, постепенно испаряясь слой за слоем. В таком марафоне побеждает далеко не каждый. Но вот незадача: большинство метеоритов, падающих на Землю, имеют совсем малые размеры. Верно, ведь чем меньше космический объект, тем меньше сопротивления он встречает в воздушных слоях. А это может и вовсе не привести к его разогреванию! Поэтому у маленьких тел шансов достичь Земли даже больше, — объясняет преподаватель астрономии ПНИПУ.
Как часто метеориты падают на Землю?
— Все случаи мы не можем зафиксировать, потому что размеры некоторых объектов слишком малы. В среднем, каждый год на Землю обрушивается метеоритный шквал общей массой примерно 21,3 тонны. В это число входят 19 тысяч мелких тел массой до килограмма, примерно 4 тысячи малых метеоритов более 1 кг и приблизительно 830 массой более 10 кг. Регистрируется лишь малая их часть, обычно 10-20 штук, — объясняет Евгений Бурмистров.
Если метеоритов огромное множество, то где же все кратеры?
— При столкновении с мягкими слоями земной поверхности (например, почвой) крупный метеорит может оставить после себя кратер. Убедиться в этом очень просто: бросьте камень покрупнее в детскую песочницу. Вот вам и кратер, сделанный своими руками. Но почему тогда вся поверхность Земли не усыпана кратерами, как, например, поверхность Луны? Все просто: при приближении к планете метеориты тормозят о слои воздуха, благодаря чему большая часть их кинетической энергии попросту рассеивается — оттого удар получается несильный. К тому же подавляющая часть метеоритов к моменту падения имеют довольно небольшую массу, отчего оставить за собой явный след им очень сложно, — рассказывает эксперт ПНИПУ.
Что мы знаем о самых крупных астероидах, упавших на Землю?
Самые большие кратеры на Земле можно отнести к падению именно астероидов. Например, около 36 млн лет назад на территории северной Сибири (современных Красноярского края и Якутии) упал астероид Попигай (назван в честь реки, протекающей в этих местах). Диаметр воронки составил боле 100 км, а глубина — 200 м. Считается, что объект был хондритным, то есть его структура была пористой, состоящей из множества каменных «шариков».
Впервые «внеземное» происхождение котловины предположили в 1970-е. Тогда же в ходе изучения местных пород были открыты алмазные месторождения, появившиеся из-за ударного плавления и дробления. Это самые крупные в мире залежи драгоценного минерала, появившегося из-за падения астероида. Кстати, ювелирной ценности они не представляют, но отличаются прочностью, жаростойкостью и твердостью, поэтому их можно использовать в промышленности.
Кратер Чикшулуб (Юкатан, Мексика) появился из-за падения 10-километрового астероида более 66 млн лет назад. В результате образовалась воронка диаметром 180 км и глубиной в 17-20 км. Такую силу разрушения можно сравнить с ударом 2 млн самых мощных ядерных бомб. Это привело к одному из крупнейших массовых вымираний на Земле.
— Известно, что астероид совершил падение под экстремально крутым углом, примерно 60° относительно горизонта, при этом двигаясь с северо-востока. Этот сценарий падения является наиболее опасным, поскольку в результате в атмосферу было выброшено максимальное количество пыли. Осколки горных пород из-за столкновения объекта с Землей разлетелись на многие тысячи километров вокруг. Цунами, возникшее после падения Чикшулуба, в высоту должно было достигать 50-100 м. Ударная волна спровоцировала и лесные пожары по всему миру, из-за чего в атмосферу попало огромное количество сажи и угарного газа, согласно компьютерной модели, около 15 трлн тонн. Оттого днем на планете было так же темно, как и ночью. Недостаток света повлек снижение температур на суше и в океанах, гибель растений, фитопланктона, других животных. По одной из гипотез, именно этот астероид вызвал гибель динозавров, — рассказывает преподаватель Пермского Политеха.
Ударный кратер Садбери (Онтарио, Канада) появился около 1,85 млрд лет назад. Размеры воронки — 248 км. Ученые полагают, что он мог стать последствием падения кометы на Землю, причем ее размеры должны были достигать 10 км. В ходе геологических процессов кратер приобрел более вытянутую форму. По его периметру найдены крупные залежи никелевой и медной руды, которые эксплуатируются с 1889 года и до сих пор.
Самый большой кратер — Вредефорт — нашли в ЮАР (Африка). Его диаметр составляет около 300 км. Он сформировался из-за падения астероида величиной более 20 км 2 млрд лет назад (± 4 млн лет). Несмотря на возраст, воронка хорошо сохранилась и до сих пор различима из космоса.
Потенциально на Земле существует ударный кратер большего размера, он находится под ледяным щитом Антарктиды, в районе Земли Уилкса. Поскольку мерзлота затрудняет исследования в этой зоне, к единому мнению насчет появления этого геологического образования ученые еще не пришли. Хотя научные изыскания последних лет все же говорят о метеоритном происхождении.
На данный момент известно, что диаметр воронки составляет 500 км. Потому размер метеорита должен был превышать 60 км. Возраст кратера оценивают в 250 млн лет, что совпадает с крупнейшим вымиранием в истории Земли — массовым пермским вымиранием. Тогда исчезло 96 % всех морских видов жизни и 73 % наземных позвоночных.
Что нового о космосе мы узнали благодаря метеоритам?
Подавляющее большинство метеоритов, падающих на Землю, представляют из себя каменные, железные или железно-каменные образования. Иногда в них встречаются вкрапления и других материалов, которые встречаются на Земле, хоть и редко.
— Каменные метеориты (их еще называют хондриты и ахондриты) позволяют проследить историю формирования протопланетного облака, а железные метеориты — историю жизни более крупных небесных тел, например, астероидов. Когда-то давно спокойное движение астероидов в главном поясе Солнечной системы нарушилось из-за увеличения Юпитера в размерах. Тела «перемешались» — неподалеку друг от друга теперь двигались астероиды с сильно различающимся составом. Они начали сталкиваться, и в результате на поверхности астероидов стали накапливаться вещества, сформировавшиеся в разных условиях. С тех пор отдельные фрагменты сталкивающихся тел отправляются в свободный полет и падают на планеты, в том числе на Землю. Именно этим процессом можно объяснить химическое разнообразие состава, присущее большинству найденных метеоритов, — рассказывает Евгений Бурмистров.
Некоторые метеориты могут представлять интерес и с точки зрения происхождения жизни. Существует целое научное направление — бактериальная палеонтология — которая также пытается находить следы внеземной жизни на метеоритах и кометах. Например, несколько лет назад ученые из Японии и США впервые достоверно обнаружили рибозу и другие сахара в веществе двух метеоритов типа углистых хондритов, а также подтвердили их внеземное происхождение. Это означает, что подобные вещества могли попасть на планеты земной группы на заре их эволюции в ходе бомбардировок и в дальнейшем способствовать образованию функциональных биополимеров, таких как РНК, в которых хранится генетическая информация всего живого.