Font Size

SCREEN

Layout

Menu Style

INFOFIZ

Поиск по сайту

Среда, 06 Март 2013 22:51

Почему метеориты сгорают в плотных слоях атмосферы?

Автор 
Оцените материал
(5 голосов)

   Наша планета с момента своего образования и до наших дней, в течение уже около 5 млрд. лет, при движении вокруг Солнца испытывает столкновения с разными космическими телами. 

   Тела, размеры которых заключены в пределах от 10-8 см (атом или молекула) и примерно до нескольких сотен метров, принято называть метеороидами. Когда они влетают в земную атмосферу, то из-за трения нагреваются до белого каления и плавления, оставляя за собой светящиеся следы. Согласно научной терминологии эти явления называют метеорами или болидами (в зависимости от масштаба явления), а в народе их часто называют "падающими звездами". 

   У поверхности Земли воздух самый плотный. Когда мы поднимаемся над Землей, плотность окружающего воздуха уменьшается, и чем выше, тем сильнее. Молекул в воздухе остается все меньше и меньше, пока их количество не сходит на нет. Теперь мы оказались в космическом пространстве, где можно встретить случайную молекулу, но очень и очень редко. Половина всех молекул атмосферы находится в слое от 0 до 5 км над поверхностью Земли. В следующих пяти километрах по высоте (от 5 до 10 км над поверхностью) находится половина всех оставшихся молекул. Слой атмосферы от 0 до 11 км над поверхностью Земли называют тропосферой. В этом слое сосредоточено примерно три четвертых всех молекул атмосферы и вся земная жизнь. Только в тропосфере могут летать птицы. Здесь же собираются почти все облака. У границы тропосферы, на высоте около 10 км, совершают перелеты современные реактивные пассажирские самолеты. Здесь сопротивление воздуха не слишком мешает их движению, но все же воздуха еще достаточно, чтобы не дать самолету упасть.

   Выше тропосферы, на высоте от 11 до 51 км, лежит слой, называемый стратосферой. Здесь плотность воздуха очень мала, но все же достаточна для того, чтобы удерживать легкие водородные шары, запускаемые метеорологами. Над стратосферой лежат слои настолько разреженные, что их и воздухом-то можно назвать с большой натяжкой. Однако что-то там есть. Пожалуй, лишь на высоте более 1000 км от поверхности Земли мы можем считать, что атмосфера уже кончилась и началось космическое пространство. Между тропосферой и стратосферой, конечно, нет никаких «пограничных столбов».

   Но воздух в этих двух сферах ведет себя немного по-разному. В тропосфере чем выше мы поднимаемся над Землей, тем ниже опускается температура окружающего воздуха (в среднем на полградуса за каждые 100 м высоты). В стратосфере же температура с изменением высоты практически не меняется, а в верхних слоях даже начинает возрастать. Итак, воздух большей части атмосферы очень разреженный.

   Почему же в нем сгорают метеориты? Мы уже выяснили, что огонь может возникнуть от трения.

   Ударяя кремнем об огниво, можно высечь искру, способную поджечь бумагу. Но как поджечь камень? Если, катаясь на велосипеде, вы вздумаете тормозить об асфальт железным прутом, из асфальта полетят искры, а прут сильно нагреется. Значит, трение вполне может разогреть металл.

   Правда, метеориты летят не сквозь асфальт, а сквозь воздух, в котором пустоты значительно больше, чем молекул. Зато скорость метеоритов настолько велика, что сталкиваются они с молекулами так же часто, как если бы продирались сквозь плотную среду (вспомните свое хождение под ураганным ветром). Вот и получается, что при трении об атмосферу метеориты нагреваются так сильно, что начинают оплавляться, гореть или испаряться в зависимости от того, из какого материала они сложены.

   Большая часть метеоритов сгорает в атмосфере. Те же, которые долетают до Земли, оплавлены по краям.

Физические явления, вызываемые метеороидными телами в земной атмосфере

   При входе метеороидного тела в земную атмосферу происходит много интересных явлений, о которых мы только упомянем. Скорость любого космического тела всегда превышает 11,2 км/с и может достигать в земных окрестностях 40 км/с при ее произвольном направлении. Линейная скорость движения Земли при движении вокруг Солнца в среднем составляет 30 км/с, поэтому максимальная скорость столкновения метеороида с земной атмосферой может достигать примерно 70 км/с (на встречных траекториях).

   Вначале тело вступает во взаимодействие с очень разреженной верхней атмосферой, где расстояния между молекулами газа больше его диаметра. Очевидно, взаимодействия с молекулами верхней атмосферы практически не влияют на скорость и состояние достаточно массивного тела. Но если масса тела мала (сравнима с массой молекулы или на 2-3 порядка ее превышает), то оно может полностью затормозиться уже в верхних слоях атмосферы и будет медленно оседать к земной поверхности под действием силы тяжести. Оказывается, что таким путем, то есть в виде пыли, на Землю выпадает львиная часть твердого космического вещества. Уже подсчитано, что ежедневно на Землю поступает от 100 до 1000 т внеземного вещества, но только 1% от этого количества представлено большими обломками, имеющими возможность долететь до ее поверхности.

   На движущееся достаточно большое тело действуют три основные силы: торможения, гравитации и выталкивания (Архимедова сила), которые и определяют его траекторию движения. Эффективное торможение наиболее крупных объектов начинается только в плотных слоях атмосферы, на высотах менее 100 км.

   Движение метеороида, как и любого твердого тела в газовой среде с высокой скоростью, характеризуется числом Маха - отношением скорости тела к скорости звука. Это число на разных высотах полета метеороида бывает разным, но часто превышающим 50. Перед метеороидом образуется ударная волна в виде сильно сжатых и разогретых атмосферных газов. Поверхность самого тела в результате взаимодействия с ними нагревается до плавления и испарения. Набегающие газовые струи разбрызгивают и уносят расплавленный (а иногда и твердый раздробленный) материал с его поверхности. Этот процесс называется абляцией. Раскаленные газы за фронтом ударной волны, а также капельки и частички вещества, уносимые с поверхности тела, светятся и создают явление метеора или болида. При достаточно большой массе тела возникновение болида сопровождается иногда не только ярким свечением, но и разными звуковыми эффектами (громкий хлопок, как при переходе самолетом сверхзвукового барьера, раскаты грома, шипение и т. п.).

   Если масса тела не слишком мала и не очень велика, а его скорость находится в диапазоне от 11 км/с до 22 км/с (это возможно на "догоняющих" Землю траекториях), то оно успевает затормозиться в атмосфере еще не сгорев. После чего метеороид движется с такой скоростью, при которой абляция уже не эффективна, и может в неизменном виде долететь до земной поверхности. Если масса тела не очень велика, то продолжается дальнейшее уменьшение его скорости до тех пор, пока сила сопротивления воздуха не сравняется с силой тяжести, и начинается его почти вертикальное падение со скоростью 50-150 м/с. С такими скоростями на Землю упало большинство метеоритов. При большой массе метеороид не успевает ни сгореть, ни сильно затормозиться и сталкивается с поверхностью с космической скоростью. В этом случае происходит взрыв, вызванный переходом большой кинетической энергии тела в тепловую, механическую и другие виды энергии, а на земной поверхности образуется взрывной кратер. В результате значительная часть метеорита и подверженной удару земной поверхности плавится и испаряется.

   Достаточно часто наблюдается выпадение метеоритных дождей. Они образуются из фрагментов разрушающихся при падении метеороидов. Как показывают расчеты, при снижении твердого тела в плотных слоях земной атмосферы на него действуют огромные аэродинамические нагрузки. Например, для тела, движущегося со скоростью 20 км/с разность давлений на его фронтальную и тыльную поверхности меняется от 100 атм. на высоте 30 км до 1000 атм. на высоте 15 км. Такие нагрузки способны разрушить абсолютное большинство падающих тел. Только наиболее прочные монолитные металлические или каменные метеориты способны их выдержать и долететь до земной поверхности.

   Сейчас созданы так называемые болидные сети - множество наблюдательных пунктов или обсерваторий, оборудованных специальной техникой, позволяющей осуществлять регистрацию падающих метеороидов и слежение за ними, изучать возникающие при этом явления и оперативно определять координаты возможных падений метеоритов. Они созданы в США, Канаде, Англии, Западной Европе и России и охватывают территории примерно по 106 кв. км.

Прочитано 22500 раз Последнее изменение Вторник, 26 Март 2013 01:46

Теги

UGrokit web WWW Опыты Фарадея Правило Ленца Тим БернерсЛи Циклическая частота Эйнштейн Электростатика Явление электромагнитной индукции амплитуда астрономия атмосфера волна вопросы гаджеты гидростатика гидроэлектростанции диапазон радиоволн динамика дифракция жесткость закон Архимеда закон Фарадея законы Кеплера из жизни физиков изображение в линзе интерференция кинематика кинетическая энергия книги колебания компьютерная мышь космическая скорость линза магнетизм магнитное поле магнитные явления маятник молекулярная физика мощность мощность тока музыка нанотехнологии насыщенный пар неравномерное движение облака образование капель оптика отражение света параллельное соединение переменный ток период последовательное соединение почему почитать правило левой руки преломление света природа причина стресса психология работа работа тока равноускоренное движение радиоволна радиоволны разгрузка распространение радиоволн релаксация самоиндукция сила Ампера сила Архимеда сила Лоренца сила тока сила упругости скорость солнечная система солнце средняя скорость статика стресс термодинамика уравнение гармонических колебаний ускорение фаза физика звука физика и музыка формулы по физике фотография частота шнобелевская премия электрический ток электрическое поле электродинамика электролиз электромагнитная волна электромагнитная индукция энергетика энергия юмор

Все права защищены

   Все материалы взяты из открытых источников и представлены исключительно в ознакомительных целях, только на локальном компьютере. 
   Все права на статьи, книги, видео и аудио материалы принадлежат их авторам или правообладателям и издательствам и отмечены соответствующими ссылками на первоисточники. Любое распространение и/или коммерческое использование без разрешения законных правообладателей не разрешается. 
   Если Вы являетесь автором материалов или обладателем авторских прав, и Вы возражаете против его использования на моем интернет-ресурсе - пожалуйста, свяжитесь со мной. Информация будет удалена в максимально короткие сроки.
   Спасибо тем авторам и правообладателям, которые согласны на размещение своих материалов на моем сайте! Вы вносите неоценимый вклад в обучение, воспитание и развитие подрастающего поколения.

Правообладателям

Об авторе   Контакты

Статистика

Яндекс.Метрика

 

 

 

​ 

Сейчас на сайте

Сейчас 98 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте