Загадки природы

Проф. Б.И. Лучков,
МИФИ, г. Москва

Тайна тунгусского метеорита

Тунгусский метеорит занимает первое место среди природных катастроф по своей энергетике, масштабу вызванных разрушений и упорной многолетней таинственности. Событие, произошедшее в глухой сибирской тайге, почти не замеченное ученым миром вначале, приобретало грандиозные размеры по мере его изучения, поднимаясь до уровня библейских потрясений (гибель Атлантиды, всемирный потоп и др.). Почти сто лет понадобилось науке, чтобы раскрыть его тайну.

История Тунгусского метеорита, многократно повторяемая, хорошо известна сейчас каждому. Ранним утром 30 июня 1908 г. Центральная Сибирь от Лены до Енисея была разбужена страшным грохотом и световыми вспышками. По небу пронесся огненный болид, движущийся от Байкала на северо-запад и где-то в районе реки Подкаменная Тунгуска закончивший путь гигантским взрывом. Ударная волна вырывала с корнем деревья, выбивала стекла в домах за сотни километров от места взрыва, сбивала с ног. Тепловое излучение взрыва зажгло тайгу. Прямых свидетелей финальной стадии полета Тунгусского метеорита ввиду малой населенности мест и скрытности жителей (эвенков) не нашлось. В ближайшем поселении, охотничьей фактории Ванавара, люди видели ослепительные вспышки на горизонте, за которыми последовали оглушительные раскаты. В течение многих дней в тайге бушевали пожары.

Первыми на явление обратили внимание европейцы и американцы, геофизические станции которых отметили прохождение сильной ударной волны, дважды обогнувшей земной шар. Сейсмические колебания вызвали землетрясения в ряде достаточно удаленных мест (Иркутск, Ташкент, Йена). Тунгусский метеорит породил магнитную бурю с изменением магнитного поля на большой площади. Самым удивительным последствием стали белые ночи над Европой (от Скандинавии до Италии), где их никогда раньше не видели, сияние атмосферы и серебристые ночные облака.

Заметили также, что Тунгусскому метеориту предшествовали необычные явления. Еще весной в Европе отмечались небывалые половодья, а над Атлантическим океаном висела густая пыль. За несколько дней до катастрофы наблюдались полярные сияния в непривычных местах (средняя Волга); в Европе и Сибири отмечались яркие цветные зори. Возможно, не все эти явления связаны с метеоритом, но все же, казалось, его приближение предваряла некая космическая «свита».

Разразившаяся мировая война на время прервала расследования.

Научные экспедиции

Истинные размеры разрушений (и определенной по ним энергии взрыва) были открыты экспедициями в район падения. В 1924 г. геолог С.В.Обручев, проводя исследования в этом месте, установил, что севернее Ванавары находится гигантский массив поваленного леса площадью около 700 км² (на самом деле в 3 раза больше). О «скошенной тайге» с яркими, фантастическими подробностями сообщали и охотники-эвенки. На землю, по их словам, спустился бог Агды в образе железной птицы, изрыгающей огонь. Тунгусский метеорит вписался в эпос северных народов. Реальные факты обросли богатым вымыслом.

Выделить реальность помогли экспедиции Л.А.Кулика, который стал первооткрывателем Тунгусского метеорита и создателем первой научной гипотезы его происхождения. Ученый секретарь Комитета по метеоритам, Леонид Алексеевич Кулик организовал и провел пять сибирских экспедиций (1921–1939 гг.) по изучению необычного явления. Были установлены истинные размеры и характер выпада леса – деревья лежали корнями в одну сторону. В 70 км к северу от Ванавары найден был эпицентр взрыва, где стоял мертвый лес из голых обожженных стволов, указывающих на приход ударной волны сверху. Местом падения метеорита, как считал Кулик, стало Южное Болото, на котором обнаружили несколько грязевых кратеров. На их дне могли находиться остатки распавшегося метеорита. Однако длительные раскопки не внесли ясность – не было найдено ни одного осколка. Метеорит, наделавший столько шума, бесследно исчез.

Наряду с поисками метеоритного тела была проведена огромная поисковая работа: анализы почвы, повреждений деревьев, зарисовки, аэрофотосъемка. Была создана база для новых исследований.

Следующей экспедицией, которая должна была состояться в 1941 г., помешала война. Л.А.Кулик воевал в составе московского ополчения, попал в плен и там погиб в 1942 г. Его ученик Е.А.Кринов в монографии, вышедшей в 1949 г., подвел итог этим легендарным экспедициям.

В 50-х гг. геохимик К.П.Флоренский продолжил исследования. Были обнаружены сферические микрочастицы космического происхождения в конусе от эпицентра в северо-западном направлении на расстоянии до 200 км. Был установлен еще один удивительный факт – ускоренный рост деревьев в зоне поражения. Тунгусский метеорит вызвал заметные мутации в местной флоре. Тайга быстро залечивала раны.

Несмотря на новые результаты, тайна оставалась нераскрытой. С 60-х гг. начались систематические, из года в год, паломничества к Тунгусскому метеориту. Подкаменная Тунгуска стала вторым Клондайком, но людей туда притягивало не золото, а желание докопаться до истины. В 90-х гг. в экспедициях стали принимать участие иностранные ученые, внесшие свои методы исследований. В дело включились физики с высокоточной аппаратурой, измеряющей радиоактивность, магнитные аномалии, элементный и изотопный составы пород.

Основные характеристики

Опросы свидетелей, установленные на месте факты и анализ материалов позволили установить достоверные характеристики Тунгусского метеорита:

• Болид проделал путь в атмосфере от северной части Байкала до района Подкаменной Тунгуски (примерно 1400 км).
• Он летел по очень пологой траектории с углом наклона 10–15°.
• Взрыв произошел на высоте 6–10 км.
• Сила взрыва – около 40 Мт тротила, что соответствует взрыву 2000 атомных бомб «калибра Хиросимы».
• Выделившаяся энергия 1023–1024 эрг пошла на световую вспышку, ударную воздушную и сейсмическую волны.
• Оцененная масса метеорита – больше 1 млн т.
• Взрыв вызвал магнитную бурю, перемагничивание пород в радиусе 30 км, серебристые облака и белые ночи (в течение двух-трех последующих суток) на большом пространстве к западу от взрыва, наследственные изменения растительности.
• Никаких фрагментов метеорита в окрестностях взрыва найдено не было, его вещественный состав неизвестен.

Многие факты «второго уровня» (микроскопические шарики в почве, анализ повреждений деревьев, данные по магнитным и радиоактивным измерениям) дополняли, хотя и с меньшей достоверностью, «облик» Тунгусского метеорита. Были и третий, и четвертый «уровни» (вплоть до откровенных слухов), к которым надо было относиться с большой осторожностью. Из этой массы данных надо было воссоздать картину явления и указать «виновника».

Гипотезы и сценарии

Первое предположение высказал Л.А.Кулик: приход на Землю железного метеорита, более крупного, чем все доселе известные. Но появились и другие, даже не связанные с космосом, варианты «тунгусского чуда». Кто-то подсчитал их общее число – 77, – что отражает небывалый интерес и удивительную изобретательность исследователей. Можно выделить следующие группы гипотез.

Метеоритная. Первоначально Л.А.Кулик считал, что на месте катастрофы «выпал рой обломков железного метеорита, связанных с кометой Понса–Виннике». Гипотеза встретила серьезные трудности. Она не могла ответить на вопросы: почему произошел высотный взрыв? Где остатки метеорита? Что вызвало западные белые ночи? Ее надо было дополнить или даже сильно изменить, чем и занялись последователи ученого (К.П.Флоренский, Г.И.Покровский, К.П.Станюкович и др.). Пришел, по-видимому, не обычный метеорит, а каменный, который в воздухе распался на мелкие фрагменты.

Кометная. Известный английский космофизик Ф.Уипл предположил, что Земля столкнулась с небольшой кометой. Ядро кометы – это, по выражению ученого, «комок грязного снега», который полностью испарился в атмосфере, не оставив следа. Но как могла комета подкрасться незамеченной? Обычно, приближаясь к Солнцу, эти объекты выкидывают большой, отражающий солнечный свет хвост. И еще важный аргумент против: комета не могла проникнуть так глубоко в атмосферу.

Похожую модель предложили француз Ф.де Руа и академик В.И.Вернадский, считавшие, что Земля столкнулась с облаком космической пыли.

Рикошетная. Вторгшееся в земную атмосферу под малым углом к горизонту тело (ядро кометы или метеорит), не достигнув Земли, раскололось и испытало рикошет, поднявшись на сотню километров вверх. Осколки, потеряв скорость, выпали уже совсем в другом месте. Гипотеза объясняла отсутствие вещественных улик, белые ночи и другие побочные явления, но расчеты ее не подтверждали. Очень странный рикошет такого крупного тела. Может ли произойти рикошет булыжника о поверхность воды?

Геофизическая. Геологи, геофизики, вулканологи тоже не остались в стороне, высказав свою версию. Не было никакого «небесного гостя», а произошел большой выброс газа, подожженный молнией. Действительно, место взрыва – район ярко выраженного грязевого вулканизма, и найденные Куликом кратеры, которые позднее исчезли, могли быть неударного происхождения. Подсчитывалось необходимое количество газа, рассматривались способы образования взрывчатой смеси с кислородом и т.д., но на многие вопросы гипотеза не давала ответа. Что такое огненный болид? Почему белые ночи? Чем вызваны изменения магнитного поля?

Со временем эта модель обросла дополнительными предположениями (особый вид вулканической активности, магнитные монополи, вылетающие из земных недр, и пр.). Очень непроизводительно пытаться объяснить одно непонятное явление другим, столь же непонятным. А ведь еще Ньютон призывал не заниматься сочинительством гипотез («hypotheses non fingo»)!

Антивещественная. Американский физик Л.Лапаз (1948 г.), а позднее нобелевские лауреаты К.Коуэн и У.Либби предположили, что Тунгусский метеорит – это кусок антивещества, испытавший аннигиляцию в атмосфере, т.е. полностью превратившийся за счет ядерных процессов в излучение. Аннигиляция, однако, должна была произойти еще в верхних слоях, и совершенно непонятно, как метеорит смог проникнуть так глубоко в атмосферу.

На возможный антивещественный состав метеоритных потоков указал академик Б.П.Константинов, под руководством которого в 60-х гг. была проведена серия экспериментов на высотных аэростатах. Продукты аннигиляции – нейтроны и гамма-кванты – искались в совпадении с метеоритами, но обнаружить веские свидетельства таких совпадений не удалось.

В настоящее время большинство физиков считают, что заметных (макроскопических) скоплений антивещества в природе нет – ни в Солнечной системе, ни в Галактике. Вся Вселенная вещественна, объяснение этому удивительному факту было дано А.Д.Сахаровым в его статье в 1967 г.

Научно-фантастическая. Вмешались в дело и писатели, и любители научной фантастики. В 1946 г.
А.П.Казанцев в рассказе, опубликованном в журнале «Вокруг света», описал атомный взрыв космического корабля над тунгусской тайгой. Напрашивалась прямая аналогия между внешним проявлением Тунгусского метеорита и взрывами атомных бомб над Хиросимой и Нагасаки. Эта тема дальше разрабатывалась геофизиком А.В.Золотовым и др., усложняясь и обрастая забавными подробностями. Уже не один корабль, а два НЛО, прилетевшие с Марса, или три контейнера с информацией, направляемой на Землю, и т.д. Отсутствие следов жизни на Марсе несколько остановило этот поток, но он и сейчас продолжает фонтанировать. Заметного превышения уровня радиации в кольцах деревьев за 1908 г., что обязательно должен был вызвать атомный взрыв, не обнаружили.

Привлекались к объяснению Тунгусского метеорита и шаровые молнии, и необычные электрические разряды, и черные дыры, и «обратный ход времени». Правильное, объясняющее все детали дела, решение было найдено не в экзотических гипотезах, а на пути рационального уточнения и строгих расчетов метеорной модели.

Участники экспедиции 1929 г. Второй слева внизу и на фото справа – Л.А.Кулик

Гигантский каменный метеорит

В начале 90-х гг. в научной печати появились расчеты разрушения каменного метеорита большой массы в атмосфере. Согласно им тело распадается на много фрагментов, но, как известно, ни один осколок не был обнаружен на территории Южного Болота, куда должны были упасть остатки метеорита. Выход из затруднения был найден сотрудником Института динамики геосфер РАН В.В.Светсовым, проведшим точные расчеты на ЭВМ тел большой массы (10–20 Мт), влетающих с высокой скоростью в атмосферу.

В отличие от маломассивных метеоритов (» 1000 т), тормозящихся еще в верхних слоях атмосферы и достигающих поверхности Земли, тело массой около 1 Мт ведет себя совершенно по-другому. Оно проникает глубоко в атмосферу, не сбросив достаточно скорость, и в плотных слоях испытывает огромные аэродинамические нагрузки, которые полностью разрушают его, превращая в рой мелких (диаметром не больше 1 см) осколков, погруженных в радиационное поле высокой интенсивности. Происходит тепловой взрыв и полное испарение-распыление вещества, называемое абляцией. Такой сценарий, основанный на расчетах В.В.Светсова, докладывался на ряде Международных конференций по Тунгусскому метеориту и на конференции 1996 г. и был признан как окончательное решение проблемы: астероид (или новый термин – метеороид) диаметром приблизительно 30 м разрушился и испытал взрыв с абляцией вещества на высоте около 8 км. На рисунке показан воссозданный вид Тунгусского метеорита на конечной стадии разрушения и взрыва.

Остатки вещества, как пыль, развеялись в западном направлении, по вектору полета. Они-то и образовали серебристые облака над Европой и Атлантикой, вызвавшие необычные белые ночи, пока циркуляционные потоки в атмосфере не разнесли их по всему земному шару.

По оценкам, массивный метеороид сталкивается с Землей не чаще, чем раз в 10 тыс. лет. Все наблюдаемые свойства Тунгусского метеорита нашли наконец естественное объяснение. Можно считать, что его тайна раскрыта, и дальнейшие исследования имеют совсем другие цели (прогноз подобных катастроф, экологические последствия, влияние на коренное население).