Файл: Лушев, Ю. Г. Физика верхней атмосферы Земли учебник.pdf

Но блеск метеора изменяется обратно пропорционально квадра­ ту расстояния. Тогда

i

или

= 2 , 5 1 2 ? ~ я .

Здесь L — расстояние от наблюдателя до метеора, км. Логарифмируя последнее равенство и учитывая, что 1g L 0 =

= lg 100 = 2, получим

Формула (2.3) используется для перевода видимых звездных величин в абсолютные. Измеряются абсолютные величины метео­ ров в единицах шкалы видимых звездных величин.

Численность метеоров

Оценки общего числа метеоров, наблюдающихся в атмосфере Земли в течение суток (N), весьма противоречивы. По данным Милмана, например, полное суточное число видимых метеоров

Рис. 14.1. Полное суточное число метеоров NM в атмо­

сфере Земли в зависимости от их абсолютной видимой величины М:

1 — по Милману; 2 — по Хокинсу и Эптону; 3 — по Ватсону

276

Рис. 14.2. Средние суточные вариации численности спо­ радических метеоров:

/ — видимые наблюдения; 2, 3 и 4 — радиолокационные наблюдения, отличающиеся типом используемой аппа­ ратуры

Рис. 14.3. Средние годичные вариации численности метеоров:

J — визуальные наблюдения невооруженным глазом; 2 — визу­ альные телескопические наблюдения; 3, 4 — радиолокационные наблюдения, отличающиеся типом используемой аппаратуры

277

абсолютной величины М = 5 т составляет 200-106. Оценки дру­ гих авторов (Ватсон, Хокинс) дают величину, значительно мень­ шую (75-7-90) • 106 метеоров. На рис. 14.1 изображены кривые, ха­ рактеризующие полное суточное числометеоров в атмосфере Земли Nм в зависимости от абсолютной видимой величины М.

Из рисунка видно, что значительного расхождения между кри­ выми в обычном интервале абсолютных величин (—5 т М < < 10 т )не наблюдается. Из рис. 14.1 можно оценить и суточное число метеоритов, которое оказывается порядка нескольких де­ сятков.

Существуют суточная и годовая вариации среднечасовой чис­ ленности метеоров. При отсутствии активных метеорных потоков максимум метеоров приходится на ранние утренние часы (см. рис. 14.2), а минимум — на 18—19 ч местного времени. Метеор­ ные потоки могут искажать подобную картину. Так, январские Квадрантиды, приходящиеся на послеполуденные часы, могут увеличивать среднечасовое число метеоров днем до значений, превосходящих утренний максимум.

На рис. 14.3 показан годовой ход численности спорадических метеоров, полученных разными методами. Отчетливо прослежи­ ваются минимум в первой половине года и максимум численно­ сти в августе—сентябре.

Высоты метеоров

Высоты появления метеоров зависят от массы и скорости ме­ теорных тел, плотности атмосферы и наклона пути к горизонту.

г км

Общее распределение высот появления и исчезновения споради­ ческих метеоров приведено на рис. 14.4. Из рисунка видно, что

278

подавляющее большинство метеоров вспыхивает на высотах от 75 до 120 км, с максимумами на высотах около ПО, 100 и 85 км, а исчезают в основном на высотах 70—80 км.

Анализ данных показывает, что существуют годовые вариа­ ции высот появления спорадических метеоров с некоторым повы­ шением повторяемости их возгорания в области высот ПО км и более в теплое время года. Подобное распределение высот появ­ ления метеоров связано, по-видимому, не только с особенностями распределения метеоров по скоростям, но и с особенностями го­ дового распределения плотности воздуха в верхней атмосфере.

Характер распределения высот появления периодических ме­ теоров свидетельствует о большей однородности метеоров по ско­ ростям в соответствующих метеорных потоках. На рис. 14.5 по­ казано распределение высот трех метеорных потоков. Для всех потоков характерен меньший по сравнению со спорадическими метеорами разброс высот появления. В то же время кривые рез­ ко различны между собой. Из анализа кривых следует, что ско­ рости метеорных тел потока Персеид должны превосходить ско­ рости в двух других потоках. Высоты исчезновения метеоров по­ токов Персеид и Драконид близки и составляют 80—98 км. Ме­ теоры потока Геминид проникают в атмосферу значительно глуб­ же — до высот порядка 50 км.

Скорости метеорных тел

Со скоростями метеорных тел тесно связан вопрос о их про­ исхождении. Длительное время, по крайней мере до середины 40-х годов, ряд ученых, основываясь на данных визуальных на­ блюдений, поддерживал мнение о том, что около 50—60% мете­ орных тел движутся по гиперболическим орбитам с геоцентриче­ скими скоростями, превышающими 72 км/сек, и приходят в сол­ нечную систему из межзвездного пространства. Анализ данных рядов наблюдений за скоростями, полученных с помощью фото­ графических и радиолокационных методов, показал ошибочность подобных представлений. Согласно данным анализа, процент ме­ теоров, имеющих геоцентрические скорости более 72 км1сек, не превышает 1—3 и, следовательно, метеорные орбиты в подавляю­ щем большинстве случаев являются эллиптическими, а сами ме­ теорные тела порождаются в нашей солнечной системе. На рис. 14.6 и 14.7 приведены относительные распределения наблю­ денных геоцентрических скоростей метеоров, полученные соответ­ ственно при радиолокационных и фотографических измерениях. На обоих рисунках во всех распределениях имеются два четко выраженных Максимума скоростей, вызванных сложным взаимо­ действием нескольких факторов: концентрации орбит у плоскости эклиптики, наличия областей на небесной сфере с относительно небольшим числом метеоров, влияния фактора вероятности для

279

радио- и фотонаблюдений и др. Максимум скоростей при радио­ наблюдениях приходится на 35—40 и 60—65 км/сек, а при фото-

Рис. 14.6. Относительное распределение геоцентрических скоростей

ров); 3 — данные ст. Джодрелл Бэнк (2000 метеоров); 4 — по Е. И. Фиалко (273 метеора)

наблюдениях — на 15—20 и 60—70 км/сек. Кроме того, при ра­ дионаблюдениях оказывается значительно выше процент боль­ ших скоростей. Подобные различия в распределениях, по-види-

Рис. 14.7. Относительное распределение геоцентрических скоростей спорадических метеоров по данным фотографических наблюдений: / — по данным Гарвардской обсерватории (621 метеор); 2 — по Мак-Кроски (2433 метеора); 3 — по Л. А. Катасеву (2164 метеора)

мому, связаны с особенностями методов наблюдения. Выявлены и годовые вариации скоростей спорадических метеоров. В целом в течение всего года оба максимума в распределении скоростей сохраняются, меняются лишь их величина и форма.

280

В апреле—июне очень резко выделяется максимум в области малых скоростей. В августе—октябре наряду с первым хорошо выражен и второй. В осталь­ ные месяцы года максимумы хотя и заметны, но распреде­ ления имеют более плавный характер.

Ряды наблюдений за ско­ ростями метеоров, принадле­ жащих различным метеор­ ным потокам, значительно меньше рядов наблюдений для спорадических метеоров. Данные о средних скоростях для наиболее изученных ме­ теорных потоков приведены в табл. 14.1. В третьей графе таблицы указано соответ­ ствующее число наблюдений.

Разброс скоростей мете­ орных потоков, как и спора­ дических, очень большой —

от 13,2 км у Аристид до 71,1 км у Леонид. Характерно, что все по­ токи имеют скорости, меньшие предельной 72 км/сек, т. е. мете­ орные тела этих потоков движутся по эллиптическим орбитам во­ круг Солнца.

что с убыванием геоцентрической скорости почти линейно убы­ вают и высоты появления и исчезновения метеоров. Значитель­ ный разброс в высотах исчезновения объясняется тем, что поми­ мо скорости эти высоты зависят и от массы метеорных тел. При

281

прочих равных условиях чем больше масса, тем глубже метеор­ ное тело будет проникать в атмосферу.

Аналогичный характер имеет зависимость соответствующих высот от скорости и для метеорных потоков.

Массы и размеры метеорных тел

Непосредственное определение масс, размеров и структуры метеорных тел возможно либо при выпадении метеоритов, либо путем захвата частиц в космосе с помощью аппаратуры, устанав­ ливаемой на космических аппаратах. Наиболее распространен­ ным пока остается косвенный фотометрический метод, разрабо­ танный Н. И. Сытинской, Ф. Уипплом и др.

Имеющиеся многочисленные оценки показывают, что массы метеорных частиц как спорадических, так и потоков в большин­ стве случаев составляют граммы или доли граммов. Реже они достигают величин десятков и сотен граммов и весьма редко ки­ лограммов. Выявлена зависимость масс метеорных частиц от наклона орбит их движения: более массивные частицы обладают

прямым движением и имеют сравнительно малые углы наклона орбит.

По размерам метеорные частицы в общем не сильно отли­ чаются друг от друга. Большинство из них имеет размеры 0,5—3 мм. Процент более крупных частиц весьма мал. Следует, однако, указать, что распределение частиц по размерам в разных метеорных потоках различно. Так, в потоке Геминид частицы бо­ лее крупные (0,5—15 мм), чем в потоке Персеид или Орионид

282

(менее 10 мм) , Распределение по размерам спорадических ме­ теорных тел может быть описано показательным законом вида

можным оценить и плотность метеорного вещества. Графически распределение плотности спорадических частиц и частиц четы­ рех метеорных потоков изображено на рис. 14.9.

Максимум распределения всех потоков приходится на плот­ ность (2-еЗ) • 103 кг/м3. Средние значения плотностей частиц по­ токов близки друг к другу. Для спорадических метеорных тел ха­ рактер распределения плотностей иной. Более 60% частиц имеют плотности, меньшие 2 -103 кг/м3.

§ 3. ИЗУЧЕНИЕ ПЛОТНОСТИ, ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЕТРОВОГО РЕЖИМА В ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ ПО ДАННЫМ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА МЕТЕОРАМИ

Физические свойства метеоров связаны со свойствами верх­ ней атмосферы. До середины 40-х годов оценки температуры и плотности, полученные по наблюдениям за метеорами, были поч­ ти единственными для высот 60—150 км. Первая попытка исполь­ зования визуальных метеорных наблюдений для определения параметров термобарического режима верхней атмосферы была предпринята Ф. Линдеманом и Д. Добсоном в 1923 г. Получен­ ные результаты, несмотря на их весьма большие погрешности, позволили получить не только качественные, но и количественные

данных о плотности и температуре на высотах 60—80 км исполь­ зовали результаты фотографических наблюдений. Несовершен­ ство физической теории метеоров позволило этим исследовате­ лям получить лишь относительные значения указанных парамет­ ров атмосферы. Для получения абсолютных величин плотности и температуры необходимо было знать их значения хотя бы в ка­ кой-то одной точке. Более поздний анализ данных В. В. Федынского и К. П. Станюковича показал хорошее их совпадение по плотности с результатами прямых измерений [13].

Разработкой физической теории метеоров, а также методов исследования верхней атмосферы на основе использования ме­ теорных данных занималось большое число ученых как в СССР, так и за границей. Помимо уже указанных авторов, большой вклад в развитие теории метеоров и ее приложений был внесен

283