Астероиды - опасные гости из космоса

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Астероиды - опасные гости из космоса

Жердев А.Д. 1
1МОАУ «СОШ №13 г. Орска»
Бирюк Т.В. 1
1МОАУ «СОШ №13 г. Орска»)
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

На каникулах я смотрел художественный фильм «Армагеддон», сюжет которого заинтересовал меня. В фильме Земля подвергается массовому обстрелу метеоритов, в результате которого разрушается часть Нью-Йорка. Сначала в НАСА полагали, что это была террористическая атака, но вскоре астроном-любитель, обнаружил, что к Земле приближается гигантский астероид размером со штат Техас. Специалисты НАСА подтвердили существование астероида после наблюдения в телескоп «Хаббл», а после дальнейших вычислений установили, что вскоре астероид упадёт на Землю — но куда бы он ни упал, в результате столкновения не выживет ни одно живое существо на Земле, и тем самым может наступить Армагеддон, финал человеческой истории.

После просмотра фильма я вспомнил, что совсем недавно в средствах массовой информации как раз обсуждалось очередное пророчество о конце света, который наступит в результате падения астероида. Кроме того, сообщения об астероидах, несущих гибель всему живому, появляются в новостных лентах едва ли не каждый день. Самую массовую за последние годы панику вызвал Апофис — астероид размером с пирамиду Хеопса. Мне стало интересно, почему ученых и обычных людей так волнует сближение космических тел с Землей. Что может произойти на самом деле, если астероид рухнет на нашу планету? Неужели наступит конец света?

Предположим, что падение астероида на Землю может повлечь за собой глобальные катастрофы, в результате которых не выживет ни одно живое существо на нашей планете.

Цель исследования – поиск и изучение теорий и доказательств, позволяющих рассматривать астероиды как одну из основных причин глобальных катастроф, которые уже происходили и ещё могут произойти на Земле.

Для достижения данной цели необходимо реализовать следующие задачи:

- определить понятие «астероид» и изучить его основные характеристики;

- проанализировать и сравнить описание последствий падения астероидов в мифах и легендах народов мира;

- изучить исторические хроники, в которых зафиксированы события, связанные с падением астероидов;

- изучить научное определение основных последствий удара астероида с Землей;

- смоделировать с помощью компьютерной программы Scratch последствия столкновения астероидов разного диаметра с Землей;

- смоделировать последствия падения астероида на территорию Оренбургской области (на примере Челябинского метеорита и астероида Апофис);

- систематизировать и обобщить полученные данные.

Объект исследования: астероиды, как потенциально опасные объекты.

Предмет исследования: последствия падения астероидов на Землю.

Методы исследования:

- изучение и анализ литературных источников (чтение книг, статей Интернета);

- эксперимент (разработка и проведение);

- анализ полученных данных;

- систематизация и обобщение.

Теоретическая значимость моей работы заключается в том, что результаты исследования могут быть полезны для школьников в формировании их интереса к изучению космоса в целом и актуальной проблемы астероидной опасности в частности.

Практическая значимость моей работы заключается в том, что собранный материал, а также созданный мною ролик могут быть использованы на уроках по окружающему миру, истории, астрономии в качестве познавательной и наглядной информации.

ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «АСТЕРОИД» И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Прежде чем приступить к изучению возможных последствий падения астероидов на Землю, необходимо понимать, что они из себя представляют.

Изучив доступную мне литературу, я узнал, что термин «астероид» стал часто использоваться в науке и средствах массовой информации только после 2006 года. До этого популярным было понятие «малая планета».

Согласно научно-техническому энциклопедическому словарю астероид – это «небольшое тело, вращающееся вокруг Солнца по самостоятельной орбите».

По данным, полученным в ходе наблюдений, у всех астероидов неправильная форма, они не имеют своей атмосферы, зато есть свои спутники, так же, как и у больших планет.

Их принято различать по размерам, строению, форме орбит и расположению в Солнечной системе.

Размеры варьируются от нескольких сантиметров до километров. Самые крупные астероиды имеют в диаметре: Церера – 770 км, Паллада – 490 км, Веста – 420 км, Юнона – 200 км. Большинство астероидов расположено между Марсом и Юпитером. По своей структуре астероиды бывают четырех типов: железные, состоящие в основном из железно-никелевого сплава с небольшой примесью иного вещества; железно-каменные, состоящие в среднем на 50% из железа и на 50% из минералов; каменные, состоящие в основном из материалов с примесью железа.

При огромном количестве астероидов вероятность их столкновения между собой сравнительно велика. Продуктом столкновений являются новые астероиды, метеороиды и космическая пыль. Наблюдается также самопроизвольное разрушение астероидов.

Астероиды принято разделять на три группы: астероиды Главного пояса, околоземные и астероиды, представляющие потенциальную опасность. В настоящее время открыто более 7000 астероидов, сближающихся с Землёй, около 800 из них имеют размеры, превышающие 1 км. К потенциально опасным астероидам относятся те, которые в настоящую эпоху сближаются с орбитой Земли до расстояния около 7,5 млн. км.

Астероид, вошедший в атмосферу Земли, называется метеором, упавший на Землю — метеоритом. Выделяют также такое понятие как болид – это фактически очень яркий метеор. Если обычный метеор вспыхнул и сгорел, то болиды настолько массивные, что зачастую их пролеты сопровождаются ударной волной.

Есть две гипотезы образования астероидов. По первой гипотезе, выдвинутой еще в 18 веке, предполагается, что в прошлом существовала планета Фаэтон. Она разрушилась либо при столкновении с крупным небесным телом либо благодаря процессам внутри самой планеты. Таким образом, астероиды – это останки планеты Фаэтон.

Современные ученые считают, что астероиды являются результатом столкновения более крупных космических тел. Эта точка зрения подтверждается тем фактом, что астероиды различаются по своему составу.

Первый астероид был обнаружен в 1801 году после тщательного поиска пропавшей планеты в промежутке между орбитой Марса и Юпитером, он был назван Церера. За этим последовали другие открытия более мелких тел, но настоящий взрыв открытий произошел лишь недавно в связи с систематическим наблюдением неба фотографическими методами, также детальное исследование астероидов стало возможным с запуском космических кораблей.

Таким образом, получив более полное представление о том, что такое астероиды, я решил перейти к изучению последствий, которые может повлечь за собой падение астероида на Землю. Это поможет мне понять, почему астероиды так опасны для нас.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ АСТЕРОИДОВ С ЗЕМЛЕЙ

2.1. ПАДЕНИЕ АСТЕРОИДОВ НА ЗЕМЛЮ В МИФАХ, ЛЕГЕНДАХ НАРОДОВ МИРА И ИСТОРИЧЕСКИХ ХРОНИКАХ

В самом начале своей исследовательской работы я выдвинул предположение о том, что человечество в древности уже сталкивалось с ужасающими последствиями падения астероидов на Землю. А раз так, значит, описание подобных событий обязательно должно присутствовать в древних преданиях и сказаниях, либо в исторических хрониках.

В своем исследовании я целенаправленно старался изучить мифы и легенды народов каждого континента, т.к. если катастрофы, вызванные падением астероидов на Землю, были глобальными, то и описаны они будут одинаково. В основном, я искал мифы о конце света и не ошибся. Необходимо отметить, что термином «глобальные катастрофы» в данной главе я обозначаю очень крупные по своим масштабам и последствиям катастрофы, не приводящие к вымиранию всего человечества.

Мне удалось изучить греческий миф о Фаэтоне, славянский цикл о битве сварожечей, скандинавский миф о последней битве Рагнарек, во время которой был уничтожен прежний мир, миф ацтеков о конце эпохи Ягуара, древнеегипетский миф о боге Ра, и ветхозаветную историю об уничтожении Содома и Гоморры.

Наиболее подробное описание катастрофы, связанной с падением астероида на Землю дано в редакции мифа о Фаэтоне, опубликованной в книге Н. Куна«Легенды и Мифы Древней Греции». В нем сказано, что пламя от близко опустившейся колесницы охватило Землю. Гибли города и народы. Горели горы, покрытые лесом. Дым заволакивал все вокруг. Кипела вода в реках и ручьях. От жара трескалась земля, пересыхали моря, и лучи солнца проникали в мрачное царство Аида. Когда Зевс ударил своим копьем, Фаэтон, с горящими на голове кудрями, пронесся по воздуху, подобно падающей звезде. В глубокой скорби отец Фаэтона, Гелиос, закрыл свой лик, и целый день не появлялся на небе. Только огонь пожара освещал землю.

Таким образом, объединив изученные мифы в единое целое, у меня сложилась следующая картина древней катастрофы, происходившей на Земле после столкновения с астероидами.

Итак, на небе появились огненные тела, затмившие свет Луны и Солнца. Эти тела с шумом падали в воду и на Землю. Их падение сопровождалось ослепительно яркими вспышками, пожаром гор, пламенем до небес, громовым грохотом и прокатившимися по всему земному шару землетрясениями. Через некоторое время наступила великая тьма, на землю обрушились с неба огромные массы воды, и произошел катастрофический подъем уровня моря. Завершилась катастрофа морозами, в результате которых уцелевшие люди погибали от холода и голода.

Таким образом, о том, что астероиды неоднократно падали на Землю и последствия от их ударов были разрушительными, повествуют легенды и мифы чуть ли не всех живущих на ней народов. Несмотря на очевидные различия этих легенд, объясняемые как местом жительства, так и культурными традициями хранящих их народов, всем им присущи общие особенности, которые позволяют воссоздать сценарий произошедшей страшной катастрофы.

Однако мифы так и остались бы мифами, если бы события в них не подтверждались историческими документами современников или научными исследованиями.

О падении метеоритов на планету было давно известно нашим предкам. Наиболее ранние описания падения метеоритов имеются в китайских летописях: в 616 году до нашей эры каменным дождем были убиты десять человек, причем еще одно подобное событие, также приведшее к гибели людей, произошло в 588 году до н.э.

О падении астероидов писали древнегреческие философы. Кстати, в первом тысячелетии до нашей эры римляне чеканили на своих монетах даже изображения метеоритов. Есть свидетельства о падении метеоритов и в русских летописях.

Еще одним историческим документом, описывающим последствия падения астероида, является «Планисферная табличка», найденная сэром Остином Генри Лейардом в середине XIX века в руинах библиотеки царского дворца в Ниневии. На ней изображены созвездия и нанесен клинописный текст. Ученые считают, что это выполненная около 700 года до н.э. копия записок шумерского астронома, который наблюдал за ночным небом. Он описывает астероид как «приближающийся белый каменный шар, который стремительно пронесся по небосводу».

Марк Хэмпсэлл, являющийся старшим лектором по астронавтике Бристольского университета и Алан Бонд, управляющий директор компании по разработке космических двигателей «ReactionEngines», считают, что табличка является отчётом об астрономических наблюдениях и является великолепным научным описанием. Из нее следует, что трагедия произошла в 3123 года до н.э. Астероид размером более 800 метров врезался – по касательной (около 6 градусов) – в землю в австрийских Альпах.

Отсутствие ударного кратера ученые объясняют тем, что метеорит вначале взорвался на определенной высоте, образовав огненный шар диаметром почти в 5 километров. Затем около двух третей астероида в виде обломков устремились дальше по направлению его движения, упав в Альпах.

Температура вдоль его пути по подсчетам ученых достигала до +400 градусов по Цельсию, убивая таким образом всё на своем пути. Вода на поверхности кипела, а пустыня, вплоть до Восточно-африканского разлома, накалилась до такой степени, что выжигала все полусухие деревья, создавая тем самым множество пожаров. Было опустошено около 1 миллиона квадратных километров поверхности, а сила взрыва была сопоставима с взрывом мощностью в 1000 тонн в тротиловом эквиваленте. Затем поднятое взрывом астероида облако каменного мусора было унесено на юго-восток к Мертвому морю и на большой скорости обрушилось, воспламеняясь и уничтожая все живое.

М. Хэмпсэлл отмечает, что разрушения такого типа и масштаба, которыми может характеризоваться столкновение с астероидом, как раз и отразились, по меньшей мере, в 20 древних мифах, в том числе в ветхозаветной истории об уничтожении Содома и Гоморры и в древнегреческом мифе о сыне Гелиоса Фаэтоне.

Начиная с 17 века, события связанные с падением астероидов документально фиксировались практически в каждой части земного шара с периодичностью в 2-3 года.

Принято считать, что на Землю за весь известный нам период ее существования обрушился не один астероид, а их рой, т.к. с их падением связывают гибель целых цивилизаций, вымирание динозавров и многих других видов крупных млекопитающих. В пользу этого предположения указывают упоминания об «огненных телах» в небе непосредственно перед началом катаклизмов. По мнению астронома Ф.Хойла за последний миллиард лет Земля вполне могла пострадать от 130 000 крупных столкновений с космическими объектами.

Таким образом, о том, что падение астероидов несло за собой землетрясения, потопы, холод, голод и гибель всего живого на Земле говорится не только в мифах и легендах, но подтверждается также и историческими документами. Изучив древние источники, связанные с описанием и фиксированием последствий от столкновения нашей планеты с астероидами, я решил приступить к исследованию научных трудов современных ученых по данной проблеме.

1.2. СОВРЕМЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ СТОЛКНОВЕНИЯ АСТЕРОИДОВ С ЗЕМЛЕЙ И МЕРЫ ПО ИХ НЕДОПУЩЕНИЮ

Долгое время глобальные катастрофы, которые могли влиять на эволюцию земной жизни, мало интересовали ученых. Лишь относительно недавно, в середине прошлого столетия, когда установили, что массовые вымирания отдельных видов совпадают по времени с катастрофическими событиями, такими как вспышки вулканизма и падение метеоритов, их стали изучать целенаправленно. Именно с этого момента и произошла существенная переоценка угрозы падения астероидов на Землю. Эта проблема, которая долгое время была предметом изучения узкого круга специалистов, в наши дни осознается гораздо более широко, включая правительства разных стран и ООН, как комплексная глобальная проблема, стоящая перед человечеством.

На сегодняшний день обнаружены 818 астероидов диаметром около одного километра, орбиты которых проходят в опасной близости от Земли. Считается, что они нам угрожают. И есть реальный риск, что кто-то из них когда-нибудь упадет на нашу планету. Более того, с каждым годом шансы подобного события возрастают, поскольку количество астероидов увеличивается. При современном уровне развития науки и техники нет способов уберечься от километрового астероида. Но можно узнать, чем грозит столкновение с ним. Компьютерное моделирование позволяет решать такие задачи.

Ученые пытались определить, если бы в Землю врезался астероид, какие из последствий этой катастрофы стали бы наиболее разрушительными. Чтобы выяснить это, учёные из разных стран изучили семь эффектов, связанных с воздействием на нашу планету астероидов при столкновении. В этом списке – экстремально высокие температуры, ударные волны, летящие обломки, цунами, сейсмические толчки, ураганные ветры, а также образование кратеров. Все эти эффекты являются результатом импактного события, т.е.столкновения крупного метеорита, астероида, кометы или иного небесного тела с Землёй или другой планетой.

Полученные данные у каждой группы исследователей практически идентичны. Различие состоит в ориентире, который брался за основу, чтобы рассчитать размер ущерба. Так, для ученых из США отправной точкой стала энергия, высвобождающаяся при ударе. Меня больше всего заинтересовала работа британских ученных, которые в качестве ориентира для определения степени воздействия каждого эффекта при ударе с астероидом взяли количество человеческих жертв. Степень влияния каждого фактора на количество человеческих жертв показано на рисунке 1.

Рисунок 1.1 –Влияние поражающих факторов на человеческие жертвы

По результатам работы британских ученых, наибольшее число жертв унесли бы ветер и ударные волны: согласно экспериментальным сценариям, от них погибло бы 60% людей. Предполагается, что ударная волна невероятной силы при столкновении Земли с астероидом должна возникнуть из-за резкого скачка атмосферного давления – такого, который повредил бы внутренние органы людей. Что касается ветра, его силы будет достаточно, чтобы с лёгкостью швырять человеческие тела или, например, превращать леса в ровную поверхность.

Тепловое воздействие, которое накрыло бы Землю от удара, может унести около 30% человеческих жизней. Но этого можно избежать, если население спрячется в подвалах или любых других подземных сооружениях.

Далее в списке следуют цунами – на их счету 20% случаев летального исхода для людей. Но здесь есть важная поправка: последствия зависят от того, куда приземлится астероид. Если в океан – то это будет не так страшно: волна, вызванная столкновением, передвигаясь по воде, постепенно будет рассеиваться, и когда дойдёт до континента, будет уже не такой огромной. Гораздо хуже, если астероид упадёт на сушу.

Необходимо отметить, что американские ученые также согласны со своими британскими коллегами, что в глобальном масштабе цунами не самое опасное. Хуже другое. Соединения хлора и брома, содержащиеся в морской воде, после взрыва разрушат озоновый слой планеты. Озоновая дыра сначала возникнет над местом падения астероида. Но быстро распространится примерно на 70 процентов территории земного шара. И в основном в Северном полушарии. В результате на экосистему обрушатся потоки жесткого ультрафиолетового излучения. Люди смогут найти способы защиты. Но животные, растения и, главное, фитопланктон - основа пищевой цепочки океана - обязательно пострадают. Вплоть до массового вымирания. Ученые выдвигают версию, что именно ультрафиолет окончательно уничтожил динозавров 65 миллионов лет назад, после того как в районе нынешнего Мексиканского залива упал огромный астероид - диаметром около 10 километров.

Команда выяснила так называемые критические размеры астероидов: повлечь человеческие жертвы способно столкновение с небесным телом диаметром от 18 метров. Наименее опасными оказались сейсмические толчки (на их долю пришлось 0,17% жертв) и падающие обломки небесного тела (1% жизней). Кроме того, команда выяснила так называемые критические размеры астероидов: повлечь человеческие жертвы способно столкновение с небесным телом диаметром от 18 метров. Астероиды поменьше распадутся в атмосфере Земли до того, как достигнут её поверхности. Учеными был вычислен следующий эффект от падения астероида в соответствии с диаметром:

• 50 м — взрыв сопоставимый с Тунгусской катастрофой.

• 200 м — взрыв, сопоставимый с взрывом водородной бомбы.

• 1000 м — разрушения в масштабах континента.

• 5000 м — глобальное изменение климата.

• 10 000 м — закат человеческой цивилизации (но таких объектов, к счастью, на околоземных орбитах нет).

Таким образом, изложенное описание поражающих факторов, возникающих при падении небесных тел на поверхность Земли, свидетельствует о серьезных последствиях таких падений. При увеличении размеров падающих небесных тел до нескольких километров и, тем более, десятков километров их удары могут привести к глобальным катастрофам, угрожать существованию части или всего человечества.

Возможно ли предотвращение столкновения Земли с небесными телами? На данный момент существует определенная методология противодействия астероидам, которая включает в себя три этапа: обнаружение и мониторинг потенциально опасных и угрожающих объектов; выбор средств противодействия; доставка средств противодействия к угрожающему объекту.

Первая составная часть и связанные с ней проблемы сегодня находятся в процессе решения. Ведётся работа по созданию системы контроля за потенциально опасными сближающимися с Землёй небесными телами, систематизация 90% всех объектов, сближающихся с Землёй, размером более 140 м.

Кроме того, учитывая, что астероиды не вращаются вокруг Земли, а направляются к нам с дальних уголков Солнечной системы, предусматривается развёртывание оптических и радиолокационных систем сканирования космического пространства непосредственно в космосе. Это будут летающие обсерватории, которые в состоянии распознать небесные тела, летящие к Земле как в ночное время, так и среди белого дня с солнечной стороны.

Существует две стратегии действий в случае, если траектория астероида пересечется с траекторий Земли: разрушение или изменение траектории. Причем первая стратегия не рассматривается, поскольку вследствие разрушения один объект превратится в несколько тел с неизвестными траекториями.

Первую из них предлагается использовать при недостатке времени. Она предусматривает мощное, но кратковременное силовое воздействие на угрожающее тело. Результатом такого воздействия может являться измельчение тела. Вторая стратегия, предпочтительнее, если времени достаточно. Она заключается в воздействии на объект существенно меньшей силы, но действующей в течение длительного времени. Ее однозначным результатом должен стать увод тела с траектории удара по Земле.

Следовательно, использование тех или иных способов противодействия астероидной опасности определяется, в основном, временем, которое необходимо для проведения всей операции, то есть отрезком времени между принятием решения о противодействии и расчетным временем столкновения опасного объекта с Землей. Можно надеяться, что человечество, обеспокоенное проблемой астероидно-кометной опасности, ускорит решение вопросов, связанных с предотвращением возможного столкновения небесных тел с Землёй.

Таким образом, в своей работе я рассмотрел последствия от столкновения астероидов с Землей, как фактические, так и смоделированные. Необходимо отметить, что масштаб разрушений зависит от многих факторов, таких как размер, состав, место падения астероида и другое. Чем больше данные параметры, тем страшнее катастрофа. Следовательно, вероятность того, что падение астероида на Землю может повлечь за собой глобальные катастрофы, в результате которых не выживет ни одно живое существо на нашей планете, существует. Чтобы привести конкретные примеры последствий от столкновения с астероидами, я решил в практической части своей работы смоделировать падение астероидов на территорию Оренбургской области.

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ СТОЛКНОВЕНИЯ АСТЕРОИДОВ С ЗЕМЛЕЙ

2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ СТОЛКНОВЕНИЯ АСТЕРОИДОВ С ЗЕМЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «SCRATCH»

В практической части своей работы я решил в первую очередь воссоздать в движении процесс столкновения астероидов с Землей в космосе.

Для данного этапа работы я воспользовался компьютерной программойScratch. Это начальный уровень программирования, который позволяет создавать собственные анимированные презентации и проекты. Scratch можно использовать для образовательных целей и создавать в программе иллюстративные материалы для уроков не только по программированию, но и по истории, биологии, физике и другим предметам.

Я прописал два сценария. В первом к Земле приближаются группа мелких астероидов диаметром до 10 метров. Во втором – крупный астероид диаметром в 5 километров.

Из видео следует, что астероиды малого размера при столкновении с Землей не нанесут ей значительного ущерба, т.к. они практически полностью сгорают в атмосфере. Скриншоты с кадрами моего ролика представлены в Приложении I.

Падение громадного астероида на Землю несет за собой глобальную катастрофу, которая затронет практически все население планеты. Скриншоты с кадрами моего ролика представлены в Приложении II.

Таким образом, я создал видео, наглядно демонстрирующее последствия столкновения астероидов с Землей. Данный материал был показан моим одноклассникам на уроке по окружающему миру и вызвал у них заинтересованность данной проблемой.

2.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ПАДЕНИЯ АСТЕРОИДА НА ТЕРРИТОРИЮ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ (НА ПРИМЕРЕ ЧЕЛЯБИНСКОГО МЕТЕОРИТА И АСТЕРОИДА АПОФИС)

В первой главе своей работы я подробно разобрал вероятные последствия от столкновения астероидов с Землей. Но, приводимые примеры, не смотря на всю свою масштабность и ужасность, воспринимались мной как абстрактные явления. Поэтому я решил на примере Оренбургской области, в которой живу, смоделировать падение астероидов и проанализировать результаты разрушений.

Так как я учусь в 4 классе, математические расчеты, которые используются при подобном моделировании, для меня очень сложны и в некоторой степени еще не совсем ясны. В связи с этим, я решил взять за основу параметры Челябинского метеорита, который взорвался в небе в 2013 г., а также расчетные данные по астероиду Апофис. Подобный выбор объясняется тем, что я хотел сравнить последствия от падения на Землю астероидов различных по своему размеру и составу.

В таблице 1 приведены данные по Челябинскому метеориту, где вариант № 1 – это фактические данные болида, в варианте № 2 я решил изменить угол падения и состав метеорита. Сделано это было для того, чтобы узнать, зависят ли результаты падения от данных величин.

Необходимо отметить, что т.к. я планировал переложить последствия от падения астероидов на карту Оренбургской области, я во всех вариантах оставил сушу как вероятное место столкновения.

При моделировании последствий падения я с помощью своего научного руководителя воспользовался работой Н.И. Шишкина «Влияние импульса метеорита на размеры ударного кратера». В данной работе автор вывел таблицы соответствия размера и структуры астероида их ударным кратерам и мощностям взрыва.

Таблица 1

Челябинский метеорит: исходные данные и последствия падения

Астероид 1 (на примере Челябинского метеорита)

 

Вариант № 1 (факт)

Вариант № 2 (модель)

Вводные данные

Диаметр астероида,м

17

17

Угол падения

15-20

60-90

Скорость падения, км/с

20

20

Состав астероида:

каменно-железный, немонолитный

железный, монолитный

Место падения

суша

суша

Масса, тн

13 000

13 000

Последствия

Мощность взрыва, мегатонны тротила

0,5

1,5

Осколки рассеялись, км2

2 000

-

Кратер, м

нет, взорвался в воздухе

200-300

Прочие последствия

ударные волны, осколки

сейсмический толчок, ударные и взрывные волны, разрушения, пожары, человеческие жертвы

Из таблицы 1 следует, что угол падения астероида на Землю напрямую влияет на мощность взрыва при столкновении с Землей. В случае с Челябинским метеоритом - траектория падения была пологой, поэтому он взорвался еще в воздухе, и катастрофических последствий удалось избежать. Чем больше угол падения, тем больше мощность взрыва и более разрушительны последствия: сейсмический толчок, с образованием кратера диаметром 200-300 метров.

Кроме того, на последствия от столкновения влияет и состав астероида. Чем он прочнее, тем больше у него шансов упасть на Землю. Немонолитные астероиды малого размера, как правило, взрываются в воздухе.

В любом случае, последствия от падения астероида с диаметром 17 метров несут за собой разрушения. Что же будет, если на Землю упадет астероид большего диаметра?

Самый часто упоминаемый в средствах массовой информации астероид, вероятность падения на Землю которого очень велика – это Апофис. На данный момент он является одним из наиболее изучаемых небесных тел. Поэтому, в своей работе я решил воспользоваться его исходными данными. Тем более что размер Апофиса больше размера Челябинского метеорита.

В таблице 2 приведены расчетные данные астероида Апофис, где вариант № 1 – это расчетные данные по оценке НАСА, в варианте № 2 я увеличил угол падения и изменил состав астероида. Сделано это было для того, чтобы узнать, зависят ли результаты падения от данных величин.

Таблица 2

Астероид Апофис: исходные данные и последствия

Астероид 2 (на примере астероида Апофис)

 

Вариант № 1 (расчет НАСА)

Вариант № 2 (модель)

Вводные данные

Диаметр астероида

325

325

Угол падения

15-20

60-90

Скорость падения, км/с

12,6

12,6

Состав астероида:

скальная порода с льдом и пылью, немонолитная

железный, монолитный

Место падения

суша

суша

Масса, тн

280 000 000

280 000 000

Последствия

Мощность взрыва, мегатонны тротила

750

2 050

Высота разрушения, км

49,5

99

Кратер, км

5,97

11,94

Согласно расчетам ученых последствия падения астероида Апофис на Землю приведены в таблице 3.

Таблица 3

Последствия падения астероида Апофис

Таким образом, не смотря на то что эффект от взрыва Апофиса может изменяться в зависимости от состава астероида и угла удара, сам взрыв причинил бы огромные разрушения на территории площадью в тысячи квадратных километров и повлек бы за собой человеческие жертвы.

Получив подробные данные о последствиях падения астероидов на Землю, я решил переложить их на карту Оренбургской области, чтобы понять и прочувствовать эти события.

Местом падения я выбрал малозаселенную местность, которая находится между городами Орск и Гай. Выбор мой был обусловлен тем, что если астероид упадет на город или село, то результат будет вполне прогнозируемым, т.к. пожары, разрушения и даже человеческие жертвы обеспечены.

В Приложении III на рис. III.I. и III.2. обозначены место падения метеорита по типу Челябинского и территория, попадающая в зону разрушений от его столкновения с Землей. Последствия от падения данного метеорита на территорию Оренбургской области:

- Вариант №1.В эпицентре взрыва окажется незаселенный участок степи. От удара образуется кратер, ударные волны городов Гай и Орск не достигнут, но могут пострадать близлежащие села. Возможны разрушения, пожары на небольшой территории, а также человеческие жертвы.

- Вариант № 2.В эпицентре взрыва окажется малозаселенный участок степи. Несомненно, в городах Гай и Орск будут ощущаться толчки, могут наблюдаться акустические и визуальные эффекты, но масштабных разрушений он не вызовет.

В Приложении IV на рис. IV.1. и IV.2 обозначены место падения метеорита по типу Апофиса и территория, попадающая в зону разрушений от его столкновения с Землей. Последствия от падения данного метеорита на территорию Оренбургской области:

Вариант № 1.Взрыв затронет не только нашу область, но и соседние, а также Казахстан. По моему прогнозу в результате удара от взрывной волны и сейсмических толчков города Орск, Гай и Новотроицк перестанут существовать, т.к. они находятся ближе всего к мощнейшему эпицентру взрыва. Рискну предположить, что они практически полностью будут разрушены. Ситуацию усугубляет наличие в г. Орске нефтеперерабатывающего завода и других взрывоопасных и токсичных предприятий, попадающих в зону разрушения, авария на которых приведет к очень серьезной техногенной катастрофе. Все это в совокупности повлечет за собой огромные человеческие жертвы. Кроме того, не стоит забывать и об Ириклинском водохранилище, которое также попадет в мощнейший эпицентр взрыва. Это приведет к прорыву дамбы и разрушительному наводнению. Сейсмические толчки будут ощущаться по всему Поволжью. В небо поднимается столб пыли похожий на гриб от ядерного взрыва высотой несколько километров, затем пыль начинает распространяться в разные стороны, и в течение нескольких дней равномерно расползается по всей планете.После того, как оставшиеся в живых люди переживут сам удар, они столкнутся с нехваткой питьевой воды, заражением почвы и воздуха отравляющими химическими веществами и отсутствием продовольствия.

Таким образом, не смотря на то, что падение астероида не вызовет масштабную глобальную катастрофу в рамках земного шара, наш регион оно опустошит полностью.

Вариант № 2.Масштаб разрушений увеличится в два раза. Жители городов Гай, Орск, Новотроицк погибнут сразу, а сами города будут сметены с лица земли. В радиусе 100 км. от точки падения все строения и здания будут уничтожены практически полностью. Вода в Ириклинском водохранилище начнет испаряться, и пары от нее причинят вред озоновому слою Земли. В небо поднимается столб пыли похожий на гриб от ядерного взрыва высотой несколько километров, затем пыль начинает распространяться в разные стороны, и в течение нескольких дней равномерно расползается по всей планете. Но, не смотря на это, ядерной зимы и конца света не настанет — размер «Апофиса» для этого маловат. При такой мощности взрыва эффект «ядерной зимы» будет небольшим — падение средней температуры на планете на 1-2 градуса, через год всё вернется на свои места.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

О том, что астероиды неоднократно падали на Землю и последствия от их ударов были разрушительными, повествуют легенды и мифы чуть ли не всех живущих на ней народов. Несмотря на очевидные различия этих легенд, объясняемые как местом жительства, так и культурными традициями хранящих их народов, всем им присущи общие особенности, которые позволяют воссоздать сценарий происходящих страшных катастроф. Падение астероида на Землю – одно из самых разрушительных явлений, которое может не только унести тысячи человеческих жизней, но и навсегда изменить климат на планете и это подтверждается не только мифами, но и многочисленными историческими документами.

Лишь относительно недавно, в середине прошлого столетия, когда установили, что массовые вымирания отдельных видов совпадают по времени с катастрофическими событиями, такими как вспышки вулканизма и падение метеоритов, их стали изучать целенаправленно. Именно с этого момента и произошла существенная переоценка угрозы падения астероидов на Землю. Эта проблема, которая долгое время была предметом изучения узкого круга специалистов, в наши дни осознается гораздо более широко, включая правительства разных стран и ООН, как комплексная глобальная проблема, стоящая перед человечеством.

На сегодняшний день обнаружены 818 астероидов диаметром около одного километра, орбиты которых проходят в опасной близости от Земли. Считается, что они нам угрожают. И есть реальный риск, что какая-то из этих глыб когда-нибудь упадет на нашу планету. Более того, с каждым годом шансы подобного события возрастают, поскольку количество астероидов увеличивается. При современном уровне развития науки и техники нет способов уберечься от километрового астероида. Но можно узнать, чем грозит столкновение с ним. Компьютерное моделирование позволяет решать такие задачи. С помощью программирования удалось определить семь эффектов, связанных с воздействием на нашу планету астероидов при столкновении. В этом списке – экстремально высокие температуры, ударные волны, летящие обломки, цунами, сейсмические толчки, ураганные ветры, а также образование кратеров. Все эти эффекты являются результатом импактного события, т.е. столкновения крупного метеорита, астероида, кометы или иного небесного тела с Землёй или другой планетой. Ученным удалось доказать, что степень глобальности катастрофы, вызванной столкновением с астероидом, зависит от размеров космического тела, его состава, скорости, при которой тело входит в атмосферу Земли, места и угла падения.

Чтобы наглядно продемонстрировать последствия от столкновения с астероидами, я решил в первую очередь воссоздать в движении процесс столкновения астероидов с Землей в космосе. Для данного этапа работы я воспользовался компьютерной программой Scratch. Из созданного мною ролика следует, что астероиды малого размера при столкновении с Землей не нанесут ей значительного ущерба, т.к. они практически полностью сгорают в атмосфере. Падение громадного астероида на Землю несет за собой глобальную катастрофу, которая затронет практически все население планеты.

Кроме того, в моей работе на примере Оренбургской области, в которой я живу, было смоделировано падение астероидов и проанализированы результаты разрушений. За основу взяты параметры Челябинского метеорита, который взорвался в небе в 2013 г., а также расчетные данные по астероиду Апофис. Подобный выбор объясняется тем, что я хотел сравнить последствия от падения на Землю астероидов различных по своему размеру и составу. Зоны масштабных разрушений от падения были нанесены на карту Оренбургской области.

Таким образом, в работе были изучены последствия от столкновения астероидов с Землей, как фактические, так и смоделированные, которые позволили прийти к заключению, что вероятность того, что падение астероида на Землю может повлечь за собой глобальные катастрофы, в результате которых не выживет ни одно живое существо на нашей планете, существует.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

https://www.newsru.com/world/31mar2008/sodom.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/(99942)

Прикладная механика и техническая физика. / Издательство Сибирского отделения РАН.:2011. Т. 52, № 6.

4. Большой научно-технический энциклопедический словарь. / Ответственный редактор В.Н. Телия. М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2006. 143 с.

5. В мире науки, №8, август 2005. – М.: В мире науки, 2005. – 96 с.

6. Е.А. Паршаков. Происхождение и развитие Солнечной системы. – М.: ЛКИ, 2008. – 144 с.

7. Джайлс Спарроу. Планеты. Путешествие по Солнечной системе. – СПб.: Амфора, 2008. – 224 с.

8. Марк А.Гарлик. Иллюстрированный атлас. Вселенная. – М.: Издательская Группа Аттикус, 2009. – 128 с.

9. Ю.А. Карпенко. Названия звездного неба. – М.: Либроком, 2010. – 180 с.

10. Джеймс Уэсли Роулз. Как пережить конец света и остаться в живых. – М.: Эксмо, 2011. – 272 с.

11. Александр Громов, Александр Малиновский. Вселенная. Полная биография. – М.: Эксмо, 2011. – 432 с.

12. А.П. Беков. Атлас планет и объектов строения нашей Солнечной системы. Фундаментальная наука. – М.: Грааль, 2003. – 40 с.

13. У.Корлисс. Загадки Вселенной. – М.: Мир, 1970. – 248 с.

14. Ю.А. Карпенко. Названия звездного неба. – М.: Наука, 1981. – 184 с.

15. Ариэль Гуттман, Кеннет Джонсон. Прикладная мифологическая астрология. Личное планетарное исцеление. – М.: Диля, 2006. – 336 с.

16. Алексей Турчин. Война и еще 25 сценариев конца света. – М.: Европа, 2008. – 336 с.

17. С.А. Язев. Лекции о Солнечной системе. – СПб.: Лань, 2011. – 384 с.

18. Станислав Зигуненко. Угроза из космоса. Метеориты в истории человечества. – М.: Вече, 2013. – 304 с.

19. С.И. Дубкова. Фамильные тайны Солнечной системы. Марс. Пояс астероидов. Юпитер. – М.: Воскресный день, Белый город, 2013. – 50 с.

20. Ю.А. Карпенко. Названия звездного неба. – М.: Либроком, 2014. – 180 с.

21. Николай Перов. Малые небесные тела. – М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2010. – 300 с.

22. Владимир Вдовиченко und Галина Кириенко. Исследование Юпитера, Марса, Титана и Весты. – М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2013. – 396 с.

23. Дмитрий Самойлов. Новозаветное учение о кончине мира. – М.: Sanktum, 2012. – 120 с.

24. Маркус Чаун. Солнечная система. Путеводитель по ближним и дальним окрестностям нашей планеты. – М.: Corpus, АСТ, 2015. – с.

Приложение I

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ СТОЛКНОВЕНИЙ АСТЕРОИДОВ МАЛОГО ДИАМЕТРА С ЗЕМЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «SCRATCH»

Рис. I.1. –Столкновение Земли с астероидами малого диаметра

Приложение II

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ СТОЛКНОВЕНИЙ АСТЕРОИДОВ ДИАМЕТРОМ В ДЕСЯТКИ КИЛОМЕТРОВ С ЗЕМЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «SCRATCH»

Рис. II.1. – Столкновение Земли с астероидом диаметром в 5 километров

Приложение III

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ПАДЕНИЯ АСТЕРОИДА НА ТЕРРИТОРИЮ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ (НА ПРИМЕРЕ ЧЕЛЯБИНСКОГО МЕТЕОРИТА)

Рис. III.1. – Место падения метеорита по типу Челябинского и масштаб его разрушений на территории Оренбургской области (Вариант № 1)

Рис. III.1. – Место падения метеорита по типу Челябинского и масштаб его разрушений на территории Оренбургской области (Вариант № 2)

Приложение IV

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ПАДЕНИЯ АСТЕРОИДА НА ТЕРРИТОРИЮ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ (НА ПРИМЕРЕ АСЧТЕРОИДА АПОФИС)

Рис. IV.1. – Место падения метеорита по типу Апофис и масштаб его разрушений на территории Оренбургской области (Вариант № 1).

Продолжение Приложения IV

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ПАДЕНИЯ АСТЕРОИДА НА ТЕРРИТОРИЮ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ (НА ПРИМЕРЕ АСЧТЕРОИДА АПОФИС)

Рис. IV.2. – Место падения метеорита по типу Апофис и масштаб его разрушений на территории Оренбургской области (Вариант № 2).

Просмотров работы: 536