Очерки о Вселенной - Борис Александрович Воронцов-Вельяминов

Не подумайте, пожалуйста, что 42 км/сек — это какое-то абсолютно роковое число. По теории тяготения на всяком расстоянии от Солнца есть скорость V0, при которой движение тела должно быть круговым; это движение будет эллиптическим — при скорости, большей чем V0, но меньшей чем скорость, равная V0√2, и гиперболическим — при скорости, хотя бы ничтожно большей, чем V0√2. В случае же скорости, меньшей чем V0 на данном расстоянии от Солнца, тело упадет на него по кривой линии. Тело будет падать на Солнце по прямой, если его скорость равна нулю, т. е. если телу, неподвижному относительно Солнца, предоставлено падать на него столь же свободно, как зернышку на пашню.

Мы наблюдаем метеоры только вблизи самой Земли, и потому для наблюдаемых метеоров число 42 км сек действительно является как бы «роковым». К сожалению, простые зарисовки пути метеоров вследствие трудности запомнить точно путь метеора, в особенности его начало, из-за внезапности его появления и из-за скоротечности явления не дают желаемой точности и ведлгт к преувеличению оценки скорости движения.

Большую точность дает фотографирование метеора двумя фотокамерами, отстоящими друг от друга на несколько километров. При этом, однако, перед объективами камер надо поставить сектор, быстро вращаемый электромотором, так что в течение секунды объективы камер несколько раз закроются этим сектором, и экспозиция несколько раз прервется.

В результате след метеора на фотопластинке получается с перерывами, промежутки между которыми равны по времени, но не равны по длине. В этом случае ясно видно, что в начале своего пути метеор летел быстрее, а к концу медленнее. Этим выявляется тормозящее действие атмосферы. Высота определяется так же, как и при наблюдениях глазом, — по смещению пути метеора на фоне звезд, зафиксированных на обеих фотографиях.

К несчастью, получить такие парные фотографии метеоров удается, конечно, еще реже, чем в случае обычного фотографирования.

Что касается яркости метеоров, то при наблюдениях глазом она оценивается по сравнению со звездами и говорят о метеорах первой звездной величины, второй величины и т. д.

Анализ наблюдений показывает, что чем ярче метеор, тем глубже в атмосферу он проникает, но высота точки его возгорания почти не зависит от его яркости. Подавляющее большинство метеоров начинает светиться на высоте 100–120 км и гаснет на высоте 80–85 км. Выяснилось, что на этой высоте в атмосфере существует особый слой, где плотность воздуха быстро повышается. Этот слой — невидимая воздушная преграда — разрушает остаток достигшего ее метеора. Большинство небесных гостей гибнет у этой «стены», натолкнувшись на нее.

Легко понять, что при данной скорости полета, определяющей силу сопротивления воздуха, а следовательно, и быстроту испарения метеора (а с ней и его яркость) метеор будет тем ярче, чем больше его масса. Только более массивные и медленные метеоры пробивают «броню» на высоте около 80 км и проникают ниже, разрушаясь нацело, на высоте 30–40 км. Этой высоты достигают болиды, полет которых сопровождается звуком, зачастую напоминающим шипение. Наконец, метеориты, выпадающие на Землю, обычно перестают светиться на высоте около 22 км и падают с нее на Землю как темные, несветящиеся тела с обычной скоростью падающих тел. В этом месте запас их космической скорости обычно иссякает.

С другой стороны, чем больше скорость метеоров при их врезывании в атмосферу, тем больше высота, на которой начинается их свечение и разрушение. При больших скоростях сопротивление воздуха растет пропорционально квадрату скорости, а может быть, и быстрее. Поэтому метеор со скоростью 20 км/сек светится на высоте около 60 км, а со скоростью 70 км/сек — на высоте около 100 км.

Для изучения земной атмосферы и свечения метеора интересна его скорость по отношению к Земле, о которой тут идет речь. Для изучения же происхождения метеоров нужно знать их скорость относительно Солнца. Скорость их относительно Земли складывается из их скорости относительно Солнца и из скорости движения Земли. Например, метеор, летящий прямо навстречу Земле со скоростью 40 км/сек, вонзится в нашу атмосферу со скоростью 70 км/сек, потому что Земля сама делает по 30 км/сек ему навстречу. Такой же метеор в погоне за Землей подлетит к ней со скоростью всего лишь 40–30=10 км/сек, но притяжение Земли немного увеличит эту скорость.

Рис. 92. Метеоры налетают 'в лоб' на 'утреннюю' сторону Земли и догоняют ее 'вечернюю' сторону

Так как для любого момента величина и направление скорости движения Земли известны, то из наблюденной скорости метеора всегда можно вычесть скорость Земли и получить его скорость относительно Солнца. При таком расчете надо учитывать угол между скоростями и изменение пути и скорости движения метеора под влиянием притяжения Земли.

Фотографирование с вращающимся сектором перед объективом фотокамеры определенно говорит, что скорости метеоров явно эллиптические, т. е. что метеоры являются постоянными членами Солнечной системы. Три таких метеора оказались обращающимися вокруг Солнца (конечно, до их гибели в земной атмосфере) в среднем с периодом около 4 лет по орбите с большой полуосью в 2х/2 астрономические единицы, с эксцентриситетом того же порядка, что у периодических комет и у некоторых астероидов (0,7) и притом почти что в плоскости эклиптики.

Скорость в 42 км/сек на расстоянии Земли от Солнца — это уже скорость чуждого нам тела, движущегося по параболе. Скорость же 41 км/сек (всего на 2–3 % отличающаяся от критической) уже соответствует периоду обращения лишь в 27 лет по орбите, всего в девять раз большей, чем орбита Земли.

Итак, в данном случае малейшая ошибка в определении скоростей метеоров (а их трудно определить!) ведет к совершенно новому заключению об их месте в Солнечной системе.

За последнее время скорости движения тысяч метеоров вне Земли были определены при помощи совершенно нового метода. Наблюдалось отражение радиоволн от тех следов, которые оставляют за собой метеоры. Много наблюдений метеоров радиометодами выполнено на английской станции Джодрелл Бэнк и на советской обсерватории в Душанбе. Из этих очень точных наблюдений выяснилось, что практически все метеоры движутся по эллиптическим орбитам и являются членами Солнечной системы, и, быть может, лишь единичные метеоры приходят к нам извне, как редкие гости. Так вопрос о природе метеоров решен окончательно.

Теория свечения метеоров приводит к следующим данным о массах метеоров. Масса очень яркого метеора нулевой звездной величины, если его скорость в атмосфере 55 км/сек, составляет 0,25 г. Это равно весу нескольких капель воды. Масса метеора пятой величины, едва приметного для глаза, — несколько тысячных грамма.

Так как, изучая метеоры, можно оценить их массы, то и их размеры не являются для нас тайной. Обычный яркий метеор