понедельник, 29 апреля 2013 г.

Repost: Народное научное исследование болида

Оригинал взят у don_beaver в Народное научное исследование болида

Всю неделю я получал новые фотографии болидного следа из Кусы, Миасса и Челябинска. Урожай богатейший! Прекрасные серии фотографий прислали геофизик Любовь Ивановна Усольцева из села Злоказово, миассцы Денис Дорофеев и Алексей Кирюшкин, Олег Андреев из села Александровка и другие.
В будние дни, закончив работать с космическими данными по болиду, я до полуночи сортировал эти наземные фотографии и переписывался с их авторами, уточняя время съемки и прочие детали. В выходные появилось время более внимательно рассмотреть полученные фото. И я сразу же натолкнулся на ряд важных открытий и находок. Хотя в науке не принято раскрывать ход исследований до публикации, я решил пойти на исключение (массовое участие граждан в научном исследовании тоже исключительный факт) и сделать беглый обзор полученных фотографий, чтобы показать – что можно исследовать с их помощью, и почему они так важны для ученых.
С помощью этих фотографий будут вычислены траектория полета, высота и координаты главного взрыва, а также высота главного облака – и как она меняется со временем. Это даст скорость подъема главного облака. Пока эти расчеты не закончены - и я затрону сейчас только те феномены, которые видны невооруженным глазом. Посмотрите на рис. 1 из двух фотографий Усольцевой, полученных из одной точки в разное время. Каждое приведенное фото имеет квадратную форму и одинаковые угловые размеры – что показывают вершины деревьев, на которые опираются квадраты. Отмечу, что хронометраж фотографий еще не закончен, он требует не только постоянной поправки, но и учета набежавшего за два с половиной месяца и постоянно растущего смещения.
Slide1
Мы видим, что за примерно восемь минут облако превратилось из «кудрявого барашка» в «слоистый пирог». При этом обнаруживается интереснейший феномен, который на английском называется «overshooting» конвективных облаков или «перелёт». Смысл этого феномена понять очень легко. Возьмите детский мячик и утопите в ванне.

Отпустите мячик – пусть он свободно всплывает, подчиняясь силе Архимеда. Мячик, выныривая из воды в воздух, попадает в точку, где сила Архимеда равна нулю - сила гравитации уравновешивает силу давления воды. Остановится ли мячик в этой точке равновесия? Легко заметить, что мячик по инерции проскочит эту точку и выскочит из воды больше, чем ему разрешено условием равновесия – после чего вернется назад. Вот этот феномен и называется «перелёт» в атмосферной физике – только применяется он не к мячику, а к теплому конвективному облаку, которое быстро всплывает в тропосфере. Достигая тропопаузы, где его плавучесть исчезает, облако проскакивает эту точку - и потом оседает назад. Я надеялся найти этот феномен в случае стратосферного облака – и судя по фотографиям Усольцевой, он действительно существует. Обратите внимание, что все детали облака просели вниз – и особенно сильно просела вершина облака – «барашек» попросту лишился головы, превращаясь в «пирог». Пока это гипотеза – нужны дополнительные фотографии, которые бы показали эволюцию вершины облака в деталях – и что она действительно «вернулась», а не «рассосалась». Как только я докажу «перелёт», то сразу напишу одному знакомому американскому профессору, который активно моделирует этот феномен для обычных облаков – и, полагаю, он с удовольствием просчитает стратосферное облако болида на компьютерной гидродинамической модели.

Меня особенно интересует вопрос – а что будет с облаком дальше, после этого «проседания»? Есть серьезные аргументы в пользу того, что оно медленно – в тысячу раз медленнее, чем конвекционный подъем, но все равно будет карабкаться выше и выше – из-за турбулентной диффузии и других факторов. Но обнаружение этого феномена требует тщательного анализа большого количества фотографий.
Посмотрим на следующий рисунок из фотографий, полученных Олегом Андреевым. Прямоугольники примерно одинаковых размеров (ориентируясь по малоподвижным деталям облака и самолетному следу) тоже показывают феномен «перелёта». Смещение следа болида влево относительно более неподвижного следа самолета показывает - насколько быстрые ветра дуют в стратосфере!
Теперь попробуйте сами обнаружить на фотографиях Андреева ещё один примечательнейший феномен, о котором я раньше даже не подозревал, но сейчас он для меня стал почти очевидным.
Slide2
Рассмотрим нижнюю кромку облака. Если на верхней фотографии она четко очерчена, то на нижней, полученной всего 2 минуты спустя, она стала похожа на растрепанную бороду. С другими частями облака такого разительного изменения не произошло. Что за «борода», откуда она так стремительно выросла? Аналогичную бороду легко наблюдать под дождевым облаком – когда капельки в обычном облаке укрупняются настолько, что начинают двигаться к земле, то под облаком появляются такие седые «космы дождя».
Здесь мы имеем дело, как я полагаю, с «пылевым дождем». В первую минуту взрыва смерч раскаленного воздуха устремился вверх со скоростью до 130 метров в секунду – треть скорости звука! – и затянул с собой на высоту все пылинки и песчинки мельче примерно миллиметра. Но этот ураган закончился очень быстро – уже через минуту облако достигло предельной высоты (примерно в 35 км) и остановилось. Скорость вертикального ветра (дельтапланеристы зовут его «термик») резко упала – и самые крупные пылевые частицы (в десятые доли миллиметра) - быстро посыпались вниз, образовав «пылевую бороду». Именно эта крупная пыль выпала в снег вокруг Челябинска, где её и собрали ученые Челябинского университета. Я уже видел фотографии этой космической пыли – очень симпатичные крупинки! – примерно треть её составляют прозрачные кристаллы зеленоватого космического оливина.
Мелкая пыль, конечно, отказалась от падения и устремилась в дальнейший воздушный полёт.
Эта пылевая борода, время появления которой известно с плохой точностью (нужны дополнительные фотографии!), очень заинтересует моих соавторов из НАСА и Канады, потому что по скорости её движения к земле (~ 1 км в минуту) можно определить размер частиц в «бороде».
Slide3
На следующем снимке Эльзы Кобелевой эта пылевая «борода» видна вблизи, как и загадочные пока слои в районе главного взрыва. Вообще этот кадр – самый приближенный к центру облака из имеющихся у меня. Панорамное фото, полученное Эльзой, я приводил в предыдущем посте http://don-beaver.livejournal.com/120330.html
Slide4
Серия фотографий, которую прислал Денис Дорофеев из Миасса, особо ценна тем, что первые две получены 41 и 51 секунду после взрыва – это очень редкие фото. Снимки, полученные в течение первой минуты, можно пересчитать по пальцам одной руки. На этих снимках, которые будут очень полезны для изучения эволюции облака, я заметил интереснейшую деталь – следы обломков астероида, которые после взрыва полетели в разные стороны, и, видимо, выпали крупными метеоритами. Побольше бы фото, сделанных в первую минуту, можно было бы определить точки падения этих крупных тел.
Из серии снимков, сделанных Алексеем Кирюшкиным, можно извлечь многое, но я хотел бы обратить ваше внимание на эволюцию тонкого следа, образованного после главного взрыва Чебаркульским обломком и его несколькими соседями (на фото Дорофеева этот след еще слабо изогнут). Я сравнил эти завитушки с профилем ветра по высоте и нашел четкое соответствие – каждая завитушка соответствует скачку скорости ветра. То есть этот росчерк рожден метеоритом и ветром – и изучение его деталей позволит точнее определить высоту отдельных частей следа болида. Обратите внимание на пока таинственную деталь – часть следа голубоватая, а часть красноватая. Эта голубоватость связана, возможно, с тем, что на эту часть следа падает не прямое солнечное излучение, а свет, уже рассеянный на аэрозоле самолетного следа. Но это пока гипотеза, нужно изучать этот феномен.
Slide5
Эту фотографию прислала Лидия Борисовна Зубкова. Она написала, что пыталась поймать "странную завораживающую клочковатость" следа. Потом она добавила фразу, которая своей емкостью вызвала мою писательскую зависть: "Сразу после третьего снимка докатилась ударная волна, что прервало процесс съемки". Эта фраза займет почетное место в болидных анналах!
Slide6
Эти два рисунка показывают, как проэволюционировало облако за несколько минут с точки зрения челябинцев. Тут напрашивается одно интереснейшее исследование прозрачности облака со временем, которое поможет определить его химический состав. Дело в том, что пылевое облако может только рассеиваться, а облако из ледяных кристаллов еще может вдобавок ещё и испаряться, что дает другую динамику изменения плотности облака со временем.
Должен отметить, что в мире нет ни одного специалиста по анализу поведения следа болида, оставленного в стратосфере. Приходится всему учиться на ходу!
Надеюсь, я продемонстрировал читателю спектр явлений, которые можно изучать с помощью наземных фотографий. Пожалуйста, если у вас есть таковые – присылайте мне.
В этом обзоре я не упомянул фотографии Надежды Ивановны Козловой из пос. Магнитка, Кусинского района; Людмилы Булатовой из Металлургического района Челябинска, Владимира Гуляшова из Кусы, Артема Репьева из Челябинска и других, чьи фото и видео продолжают поступать.
В эту субботу, оценив сполна объем и ценность собранного материала, я решительно понял, что нужно писать книгу. Такая небольшая книга, собирающая самые ценные наземные фотографии, данные зарубежных спутников и анализа выпавших метеоритов, будет написана в самые кратчайшие сроки. Надеюсь, что она будет издана в Челябинске, будет содержать цветные иллюстрации и окажется интересной не только ученым, но и всем уральцам. Я постараюсь, чтобы все люди, приславшие свои фотографии следа болида и упомянутые в данной книге, а также журналисты, участвовавшие в сборе материалов, получили её бесплатно.

Уважаемые журналисты областных и районных газет Урала! Сколько можно писать о жуликах и плохих дорогах. Напишите о вечном и красивом. Научная ценность уже собранных фотографий болида, сделанных уральцами, вполне сопоставима с информационным урожаем межпланетной станции. В свое время к комете Галлея было направлено несколько дорогостоящих космических аппаратов, которые в ходе пролета возле кометы получили несколько скромных фото и провели беглый анализ пыли. Уральцы 15 февраля побывали в настоящем космическом полете, только не они загружались в ракету, а космическое изучаемое тело само приблизилось к ним. Встреча Урала и космоса была скоротечной, поэтому все фотографии, полученные во время пролета Челябинска возле астероида, обладают исключительной ценностью. Время дорого: фотографии стираются, возможности их хронометрирования уменьшаются из-за неточности часов в фотоаппаратах – несколько серий полученных мной фотографий из-за этого уже потеряли часть своей ценности.

Собранные фотографии будут систематизированы и размещены на специальном сайте, доступном как для ученых, так и для широкой публики. Прислать оригиналы фотографий следа болида, с указанием координат съемки, можно по е-мейлу astrovit@yandex.ru
От имени ученых выражаю огромную благодарность всем землякам-уральцам, кто уже прислал фотографии болида, а также журналистам Марине Пентюховой из районной газеты Кусы, Ирине Богдановой из «Челябинского металлурга» и Александру Дыбину из «Комсомольской правды», поддержавшим эту инициативу.

P.S. Кстати. «Независимая газета» и некоторые другие газеты продолжают массировать и доить теории о «взрыве ракеты». Ребята, кончайте нести ахинею. Есть два хорошо установленных факта:

1. Энергия взрыва была сравнима с 400 тысячами тонн взрывчатки. Это установлено независимо и разными способами американскими и российскими учеными. Расхождения несущественны по порядку величины. Я сам прикидывал энергию, необходимую только на один наблюдаемый феномен - образование нагретого облака объемом в тысячу кубических километров – и получил сравнимую оценку.
2. Факт второй – никаких следов повышенной радиоактивности нет ни на земле, ни в атмосфере.

Этого достаточно для честно закончившего среднюю школу. Первый факт полностью зачеркивает абсолютно все конспирологические теории с ракетами на химическом топливе (а другого у нас нет), потому что ракет весом хотя бы в сто тысяч тонн не существует. Наблюдаемую энергию мог бы объяснить ядерный взрыв, но второй факт полностью убирает такую вероятность. Реальным остался только метеорит, если не принимать во внимание пришельцев из космоса или путешественников во времени с неизвестными нам источниками энергии.

Комментариев нет:

Отправить комментарий