Пушинки или камешки?
Непосредственно определить массу, плотность, структуру и химический состав метеороидов можно в единственном случае, а именно, когда в руках исследователя оказываются метеориты. Иногда, правда, это еще удается сделать при лабораторном анализе космиче-
113
ских пылинок, обнаруженных в океанических отложениях, арктических ледниках и выловленных в атмосфере. В остальных случаях мы можем уповать лишь на данные наблюдений метеоров и зодиакального света и на сведения, полученные в результате регистрации столкновений пылинок со специальными датчиками, установленными на космических аппаратах. При этом оценить физические ха-рактистики индивидуальных метеороидов удается весьма приближенно.
В табл. 3 указаны приблизительные интервалы масс метеороидов, регистрируемых наземными и космическими средствами.
Таблица 3. Массовые характеристики метеороидов согласно различным наблюдениям
Долгое время подавляющее большинство исследователей не сомневалось, что плотность всех метеороидов близка к плотности железных и каменных метеоритов (в среднем 7,8 и 3,5 г/см3). Кризис наступил в 1952 году, когда Ф. Уипл по данным базисных фотографических наблюдений метеоров получил значения плотности метеороидов менее 1 г/см3. По мнению Уипла, полученные значения плотности вполне реальны, если иметь в виду, что большинство метеороидов образуется в результате распада кометных ядер. По сложившимся представлениям кометные ядра — это ледяные глыбы, содержащие большое количество космической пыли. При испарении льда, состоящего в основном из замороженных газов, пылинки слипаются и покидают ядро кометы в виде пористых непрочных образований — метеороидов. Обладая хрупкой структурой, такие тела при взаимодействии с верхними слоями земной атмосферы легко дробятся на осколки.
Среди рыхлых непрочных метеороидов первенство держат члены Драконид, генеалогическое древо которых берет свое начало от кометы Джакобини — Циннера. Об этом красноречиво говорит ряд характерных признаков. Например, длина атмосферной траектории каждого метеора не превышает 10 км, в то время как у метеоров других потоков она может достигнуть 30 км и более. Высоты исчезновения Драконид в большинстве случаев составляют 90–95 км, за редким исключением опускаясь до 85 км. В то же время по яркости метеоры Драконид сравнимы с метеорами и болидами, исчезающими в интервале высот 70–80 км. Все это свидетельствует о катастрофически быстром разрушении Драконид в атмосфере.
В 1955 году, в Северной Ирландии Э. Эпик, проанализировавший имевшиеся данные, пришел к заключению, что все эти аномалии становятся понятны, если метеороиды Драконид представляют собой непрочные пылевые шары. Плотность таких образований равна плотности свежевыпавшего снежного «пуха». Влетев в атмосферу, такой «одуванчик» рассыпается на тысячи пылинок и очень быстро испаряется.
Примечательно, что Дракониды стоят «на левом фланге» не только по значениям плотности и скорости разрушения, но и по особенностям своего химического состава (о методе его определения будет рассказано чуть позже). Очень жаль, что процесс получения свежих данных о редком метеорном потоке приостановлен природой на неопределенное время.
Обработав наблюдательные данные большого количества метеоров, чехословацкий астроном 3. Цепдеха подразделил все метеороиды на несколько групп: от рыхлого кометного вещества типа Драконид с плотностью 0,2 г/см3 до наиболее прочных метеоритов с плотностью 3,7 г/см3. Если добавить еще железные метеориты, то интервал возможных значений плотности метеороидов расширится до 7,8 г/см3.
Следует заметить, что представления о хрупкой структуре и малой плотности большинства метеороидов пока признаются не всеми. Англичанами Дж. Джонсом, Т. Кайзером, советским исследователем В. Н. Лебединцом и другими было показано, что проявление дробления может быть вызвано особенностями разрушения железных и каменных частиц, обусловленными неоднородностью их состава и другими причинами. Так, например, увеличение поверхности испарения может происходить не за счет дробления тела, а вследствие сноса большого количества капель расплавленного вещества, что также будет приводить к ускорению разрушения тела и ускорению траекторий метеоров.
Для решения общей фундаментальной проблемы о происхождении и эволюции Солнечной системы очень важно получить полное представление о химическом составе всех ее обитателей. Пока еще нет возможности доставить образцы метеорного вещества на анализ в физическую или химическую лабораторию. Точно так же нет в этих лабораториях образцов солнечного и звездного вещества. Но наука знает достаточно много о звездном и особенно солнечном веществе. Мало того, некоторые химические элементы (например, гелий) были обнаружены вначале на Солнце и лишь затем на Земле.
Метод, с помощью которого удается познакомиться с химическим составом небесных тел, удаленных от нас на миллиарды километров, подарил нам И. Ньютон. Он первым обратил внимание, что если луч света пропустить через призму, то свет разложится в спектр на семь цветов радуги. Помните, как в школьные годы нас учили запоминать последовательность цветов; каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Первые буквы слов указывают порядок цветов в спектре: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Впоследствии стало ясно, что свет разного цвета испускают нагретые тела различной температуры.
Если излучающее тело твердое и непрозрачное, то спектр будет непрерывным и цвета будут постепенно переходить друг в друга. Если излучает высокотемпературный газ, то спектр будет состоять из отдельных ярких линий. Если же излучает твердое тело, окруженное оболочкой более холодного газа, то на фоне непрерывного спектра, идущего от тела, будут видны темные линии поглощения этого газа.
Примечательная особенность спектральных линий состоит в том, что их взаимное расположение в спектре строго фиксировано. Каждая линия соответствует определенному энергетическому переходу атома определенного вещества, и, следовательно, по расположению линии можно точно определить, какому именно химическому элементу они принадлежат. Правда, процедура измерения и отождествления линий в спектрах — задача сложная и трудная. Во-первых, это связано с обилием линий различных элементов. Так, число спектральных линий у никеля составляет 505, у кобальта — 920, а у железа — 3045. Разумеется, не все линии каждого элемента присутствуют в спектре, но все-таки их бывает достаточно много. Во-вторых, линии так тесно располагаются друг к другу, что порой их удается разделить лишь с большим трудом.
Лучи света, разложенные в спектр, несут нам в зашифрованном виде сведения и о таких важных параметрах светящегося метеорного облака, как температура, давление и количественное содержание различных химических элементов. Американскому астрофизику А. Адлеру принадлежит остроумное сравнение спектров с отпечатками пальцев. Правда, отпечатки пальцев дают ценную информацию, если только при их снятии не злоупотреблять мастикой (иначе вместо тонкого характерного рисунка получатся грубые невыразительные пятна). Роль мастики в метеорном спектре играет свет. При получении спектра обычным (немгновенным) способом избежать избытка «световой мастики» не удается. Порожденная излучением коротко- и долгоживущих метеорных следов, она накапливается на фотоэмульсии, искажая истинный рисунок спектра.
Следовательно, мгновенные спектры, в которых лишняя «мастика» остается «за кадром», имеют решающее преимущество перед обычным. К сожалению, как уже говорилось, их получение сопряжено с большими техническими и методическими трудностями, обусловленными случайным характером появления метеоров в различных областях неба.
К настоящему времени в спектрах метеоров отождествлены линии атомов и ионов, принадлежащих водороду, натрию, магнию, кремнию, кальцию, хрому, марганцу, железу, никелю. Как мы увидим дальше, эти элементы обнаружены в метеоритах при лабораторном анализе.
Хотя в исследованиях физических характеристик и химического состава метеороидов имеются определенные успехи, полученные результаты еще недостаточно надежны. И здесь определенную пользу могут принести эксперименты но созданию искусственных метеоров путем запуска с ракеты твердых тел («метеороидов») с известными массой, плотностью и химическим составом. Несмотря на то что постановка таких экспериментов требует высокого инженерного искусства, несколько успешны» попыток было осуществлено. Правда, «метеороиды», сотворенные в лабораториях на Земле, были сплошь стальные, железные и алюминиевые, да и выстреливались они со скоростями, не превышающими 16 км/с. Поэтому полученные пока результаты не имеют решающего значения.