Большая Советская Энциклопедия (МЕ)

Систематическая фотография, наблюдения М. (рис. 1 ) с использованием метеорных патрулей были начаты в 30-е гг. 20 в. Одновременные наблюдения на двух установках, разнесённых на расстояние порядка 30 км, позволяют измерить высоту М. и ориентацию их траекторий. Если одна из установок снабжена обтюратором, периодически прерывающим экспозицию, фотография М. получается прерывистой (рис. 2 ); измеряя расстояние между перерывами можно измерить скорость М. на разных участках их траектории и т. о. — торможение в атмосфере. По этим данным может быть вычислена орбита метеорного тела, породившего данный М. Установленные перед объективами фотокамер призмы или дифракционные решётки позволяют фотографировать спектры М.

Метод радиолокационных наблюдений М. основан на регистрации радиоволны, отражённой от ионизованного следа М., — метеорного радиоэха. Вследствие дифракции радиоволн на формирующемся метеорном следе, амплитуда радиоэха имеет флуктуации во времени (рис. 3 ); измеряя расстояния между различными максимумами дифракционной картины радиоэха и зная расстояние до М., можно вычислить скорость М. Если используется несколько разнесённых на расстояния от 5 до 50 км приёмников, то можно определить также ориентацию следа М. и рассчитать орбиту метеорного тела до его входа в земную атмосферу. Наиболее мощные комплексы метеорной радиотехнической аппаратуры позволяют изучать очень слабые М. до + 12—15 звёздной величины, порождаемые метеорными телами с массами до 10^{– 6} —10^{– 7} г. Радионаблюдения М. могут проводиться круглосуточно, в любую погоду. Однако для них характерна более низкая точность по сравнению с фотографическими наблюдениями. Наиболее интенсивные фотографические и радиолокационные наблюдения М. ведутся в СССР, США, ЧССР, Великобритании, Австралии.

Датчики, установленные на космических летательных аппаратах, позволяют регистрировать удары метеорных тел с массами 10^{– 7} —10^{– 11}г, однако такие наблюдения не позволяют вычислить их скорости и ориентации траекторий.

Взаимодействие метеорных тел с атмосферой. Метеорные тела, движущиеся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, влетают в атмосферу Земли со скоростями от 11 до 73 км/сек. Т. о. начальная кинетическая энергия метеорных тел намного больше энергии, необходимой для их полного испарения, а начальная скорость существенно больше тепловой скорости молекул воздуха. Характер взаимодействия с атмосферой зависит от массы метеорного тела. Если размеры метеорного тела намного меньше длины свободного пробега молекул верхней атмосферы, взаимодействие осуществляется в результате ударов отдельных молекул о поверхность метеорного тела. Налетающая молекула полностью или частично передаёт метеорному телу свой импульс и кинетическую энергию, что приводит к торможению, нагреванию и распылению метеорного тела. Когда температура поверхности метеорного тела повышается примерно до 2000 К, начинается его интенсивное испарение, и дальнейший рост температуры резко замедляется. Кроме распыления и испарения, потеря вещества метеорного тела — т. н. абляция — может происходить в результате различных видов дробления — отделения от метеорного тела более мелких твёрдых частиц или капелек. При одновременном отделении от М. множества мелких частиц происходит кратковременное увеличение его блеска — вспышка. Очень мелкие метеорные тела с массами меньше примерно 10^{– 9} г тормозятся на высотах 110—130 км, не успев нагреться до температуры начала интенсивного испарения, их кинетическая энергия расходуется главным образом на тепловое излучение с поверхности метеорного тела. Потеряв часть своей начальной массы вследствие распыления, такие мелкие метеорные тела затем оседают на поверхность Земли в виде микрометеоритов. Метеорные тела с массами, большими 10^{– 9}г , не теряя космической скорости, т. е. той скорости, которую они имели до встречи с земной атмосферой, проникают в более плотные её слои, где роль потерь энергии на тепловое излучение с их поверхности сравнительно невелика. Метеорные тела с массами от 10^{– 9} до 10 г, порождающие М. от +20 до — 4 звёздной величины, практически полностью теряют свою начальную массу до того, как они успевают затормозиться в атмосфере. При движении в атмосфере ещё более крупных метеорных тел, с которыми связаны яркие болиды, образуется ударная волна, что приводит к уменьшению теплопередачи и, следовательно, к уменьшению доли начальной массы, теряемой до того, как тело утратит свою космическую скорость. Затормозившиеся остатки таких очень крупных метеорных тел могут выпадать на поверхность Земли в виде метеоритов. Огромные метеорные тела с начальными массами в десятки тысяч т и более могут достигать поверхности Земли, частично сохраняя свою космическую скорость; при ударе о поверхность Земли происходит очень сильный взрыв, который может привести к образованию метеоритного кратера .

Спектры метеоров и химический состав метеорных тел. На основании исследований спектров, полученных для ярких М. от +1 до — 10 звёздной величины, установлено, что излучение М. состоит главным образом из ярких эмиссионных линий атомных спектров со значительно более слабыми молекулярными полосами. Иногда наблюдается слабый непрерывный фон. Наиболее интенсивные линии в спектрах М. принадлежат атомам и ионам: Fe, Na, Mg, Mg⁺ , Ca, Ca⁺ , Cr, Si⁺ , N, О. Эти же химические элементы входят и в состав метеоритов. Как и метеориты, метеорные тела разделяются на железные и каменные, причём преобладающими являются каменные. Однако отсутствие данных об эффективных сечениях возбуждения при столкновениях метеорных атомов с молекулами атмосферы не позволяет провести количественный химический анализ метеорных тел по наблюдаемым спектрам М.

Эффективность процесса ионизации обычно характеризуется коэффициентом метеорной ионизации b — средним числом свободных электронов, порождаемых одним метеорным атомом, выделенным в результате абляции. Имеющиеся данные об эффективных сечениях ионизации при столкновениях различных метеорных атомов с молекулами атмосферы позволили указать следующую зависимость b от скорости М.:

b = 4x10^{– 25}V^7/2 ,

где V выражено в см/сек. Для скоростей, с которыми М. движутся в атмосфере, b изменяется примерно от 0,001 до 1. После пролёта М. остаётся ионизованный метеорный след длиной от нескольких км до нескольких десятков км; линейная электронная плотность следа a связана с визуальной абсолютной звёздной величиной М. приближённым соотношением

m = 35,1 — 2,5 lga,

где a выражено в см^{– 1} . Начальный радиус ионизованного следа М. r _{определяется процессом термодиффузии за время установления теплового равновесия следа с окружающей атмосферой и может достигать нескольких м; ro возрастает с высотой и скоростью М., что приводит к уменьшению объёмной электронной плотности следа и к ухудшению условий для наблюдений быстрых высоких М. при радиолокационных наблюдениях. Свойство ионизованных метеорных следов отражать радиоволны используется для радиосвязи в диапазоне УКВ (см. Метеорная радиосвязь ).}

Высоты метеоров. Высоты появления М. обычно заключены в пределах 80—130 км, они систематически возрастают с увеличением скорости М. Высоты исчезновения М. обычно лежат в пределах 60—100 км и также возрастают с увеличением скорости М. и с переходом от более ярких к более слабым М. Очень яркие болиды могут исчезать на высотах 20—40 км.

Дробление и структура метеорных тел. При фотографических наблюдениях обнаруживается дробление значительные части метеорных тел, порождающих М. от О до + 4 звёздной величины. Мелкие осколки метеорных тел испытывают большее торможение, вследствие чего появляются светящиеся хвосты М. Дробление приводит к увеличению торможения М. и укорочению их видимого пути. Дробление может объясняться как рыхлой структурой метеорного тела с очень низкой плотностью (менее 1 г/см³ ), так и особенностями абляции в атмосфере плотных каменных и железных метеорных тел, связанными с неоднородностью их состава, а также с процессом сдувания с поверхности метеорного тела расплавленной плёнки.

Приток метеорного вещества на Землю. При средней внеатмосферной скорости 40 км/сек приближённая зависимость максимальной визуальной абсолютной звёздной величины метеора m от начальной массы метеорного тела M (выраженной в г ) имеет вид

m = -2,5-2,5lgM _.

Распределение метеорных тел по массам обычно представляется степенным законом N ~ M ^{– s} , причём показатель степени s близок к 2. Подсчитывая полное число М. в атмосфере Земли за сутки, можно оценить приток метеорного вещества: за сутки выпадает на Землю в среднем несколько десятков m метеорного вещества. Приток метеорного вещества оказывает существенное влияние на примесный газовый, ионный и аэрозольный состав верхней атмосферы, а также на ряд процессов в верхней атмосфере: образование серебристых облаков, спорадических слоев E_s ионосферы и др.

Лит.: Фесенков В. Г., Метеорная материя в междупланетном пространстве, М. — Л., 1947; Федынский В. В., Метеоры, М., 1956; Левин Б. Ю., Физическая теория метеоров и метеорное вещество в солнечной системе, М., 1956; Астапович И. О., Метеорные явления в атмосфере Земли, М., 1958; Ловелл Б., Метеорная астрономия, пер. с англ., М., 1958; Мак-Кинли Д., Методы метеорной астрономии, пер. с англ., М., 1964; Бабаджанов П. Б., Крамер Е. Н., Методы и некоторые результаты фотографических исследований метеоров, М., 1963; Кащеев Б. Л., Лебединец В. Н., Лагутин М. Ф., Метеорные явления в атмосфере Земли, М., 1967.

В. Н. Лебединец.

Рис. 2. Фотография яркого метеора со вспышкой, полученная 14 августа 1964 в Душанбе с помощью неподвижной фотокамеры с обтюратором; видны следы звёзд.

Рис. 1. Фотография яркого метеора со вспышкой, полученная 11 августа 1964 в Душанбе с помощью фотокамеры, вращающейся в соответствии с суточным движением небесной сферы; видны изображения звёзд.

Рис. 3. Регистрация метеорного радиоэха при измерениях скоростей и радиантов метеоров (Харьков). На снимке видны: грубая и точная развёртки дальности; три дифракционные картины радиоэха, полученные в трёх разнесённых пунктах.