«Сердце» планеты Плутон оказалось тунгусской «бабочкой»

Дмитриев Евгений Валентинович (Астрономическое общество)

Дмитриев Е.В. «Сердце Плутона оказалась тунгусской «бабочкой» // Система «Планета Земля»: 175 лет со дня кончины Александра Семеновича Шишкова (1841–2016). М.: ЛЕНАНД, 2016, с 276-281.

Краткая история открытия тунгусской «бабочки»

Когда Л.А. Кулик впервые увидел центр Тунгусской катастрофы, грандиозная картина вывала леса его настолько поразила, что всю оставшуюся жизнь он посвятил изучению причин, вызвавших катастрофу. О своих первых впечатлениях он очень образно написал в дневнике.

«Ошеломляющая картина открылась передо мной. Тайга, не знающая полян, тайга расступилась в стороны, и мощные цепи белоснежных гор засверкали под яркими лучами апрельского Солнца. Еще недавно,
по заверению местных жителей, здесь синела тайга, бесконечная, сплошная, могучая. Теперь она вся уничтожена, повалена на землю, лежит параллельными рядами голых, без ветвей и коры стволов. Я не могу реально представить себе всей грандиозности картины этого исключительного падения. Не видно отсюда, с нашего наблюдательного пункта и признаков леса: все повалено и сожжено, а вокруг на эту мертвую площадь надвигается молодая двадцати летняя поросль.
И жутко становится, когда видишь десяти-двадцативершковых столетних великанов, переломленных пополам, как тростинки. В этом поверженном лесу не видно ни зверей, ни птиц, не заметно никаких признаков жизни».

Уже во время первой экспедиции в 1927 г. Л.А. Кулик сделал три выдающихся открытия: нашел центр грандиозной катастрофы, обнаружил радиальный, веерный вывал леса и указал причину катастрофы – падение крупного космического тела [10].

Следующее открытие было сделано уже в послевоенное время, благодаря экспедициям Комитета по метеоритам (1958-1960 г.г.). Установлено, что Тунгусский метеорит не упал на Землю, а взорвался
на высоте порядка 5-10 км и почти всю свою кинетическую энергию передал воздушным ударным волнам, действие которых на поверхность привело к грандиозному вывалу леса.

Однако саму идею взрыва метеорита в атмосфере высказал в своем научно-фантастический рассказе «Взрыв» писатель А.П. Казанцев еще
в 1946 г. [9]. Он обратил внимание на следующий факт: в центре вывала леса в радиусе примерно 5 км деревья не были повалены и на них отсутствовали крона и ветки. По этой причине этот участок вывала стали называть телеграфником. А.П. Казанцев предположил, что ударная волна действовала на деревья сверху вниз. Отсюда он сделал важный вывод, что взрыв произошел не на Земле, а в воздухе, на более отдаленных участках ударная волна уже действовала под углом и валила деревья.

В 1960 г. 23 членами полевого отряда второй Комплексной Самодеятельной Экспедиции (КСЭ) под руководством В.Г. Фаста была проведена масштабная работа по изучению вывала леса. Всего было замерено 5500 азимутов поваленных деревьев, в результате был установлен эпицентр взрыва λ = 101⁰53,5`, f = 60⁰53,7`. Также была оконтурена вся площадь вывала леса, которая, как, оказалось, имела
в плане форму «бабочки» (Рис.2а). Замеренная общая площадь разрушенного лесного массива составила 2150 ± 25 км² [13].

Рис.1. Фаст Вильгельм Генрихович

В 1961-1968 г.г. И.Т. Зоткином и М.А. Цикулиным были проведены экспериментальные работы по моделированию процесса образования вывала леса. В барокамере, в целях имитации баллистической ударной волны был натянут детонирующий шнур под углом предполагаемой траектории полета Тунгусского метеорита (ТМ). На конце шнура закреплялся заряд взрывчатого вещества, имитирующий взрыв ТМ. Лесной массив был представлен вертикально стоящими проволочками из мягкого алюминиевого сплава. В результате проведенного эксперимента четко проявились крылья бабочки (Рис. 2б), а схожий с натурой ее план объяснялся взаимодействием взрывных и баллистических волн при угле наклона траектории в 30⁰ [8].

В 1970-1980 г.г. были проведены обширные работы
по математическому моделированию физических процессов распространения ударных волн ТМ в атмосфере и их взаимодействие
с земной поверхностью. Наибольший вклад в создание такой модели взнесла группа В.П. Коробейникова, П.И. Чушкина, Л.В. Шуршалова. В результате этих работ была получена схема вывала леса, мало отличимой от бабочки Фаста (Рис. 2в) [9].

Рис. 2. Схемы вывала леса.

а – «бабочка» Фаста, б – «бабочка» в эсперименте Зоткина-Цикулина,

в – «бабочка» в одном из решений группы Коробейникова.

Работы по изучению физики взрыва ТМ были начаты
К.П. Станюковичем и В.П. Шалимовым. Ими было введено понятие «тепловой взрыв» – квазимгновенная потеря массы метеороида
на конечном участке траектории, и он рассматривался, как переход кинетической энергии в тепловую. Все расчеты проводились для ледяной модели метеороида [12].

Г.И. Покровский предложил, что при достижении предельно допустимых нагрузок начинается процесс дробления метеороида и носит спонтанный и прогрессирующий характер и в конце процесса имеет лавинный характер и подобен взрыву [11], а С.С. Григорян предложил сколовый механизм дробления метеороида, который также подобен взрыву [3]. .

Таким образом, советскими учеными к 1980 г. были практически решены все задачи по физике взрыва ТМ, распространению в атмосфере ударных волн и их взаимодействию с поверхности Земли, в результате чего была выявлена причина появления грандиозного вывала леса, имеющего в плане форму «бабочки».

Более детально материалы по истории ТМ изложены в монографиях В.А. Бронштэна [1] и Н.В. Васильева [2].

Тунгусская «бабочка» на Марсе

На основе анализа макрорельефа планеты, выполненного
по топографической карте Марса (M25M 3 RMC, 1976, США) был сделан вывод о том, что 4±0,2 млрд. лет тому назад, грандиозная космическая катастрофа полностью изменила облик северного полушария планеты. При этом оказалось, что планета имела мощную первичную атмосферу (МПА), в верхних слоях которой над северным полюсом планеты на высоте
~ 2500 км произошел взрыв мегаударника. Образовавшиеся в атмосфере сильные ударные волны сложной конфигурации, подобно ударным волнам Тунгусского метеорита, тяжелыми катками прошлись по поверхности северной части Марса, что привело к разрушению рельефа и понижению его уровня, т.е. вызвало дихотомию планеты. Со временем, из-за малых размеров и интенсивному звездному ветру, Марс не смог удерживать мощную первичную атмосферу и постепенно ее потерял. Благодаря тому, что планета, практически не обладала тектонической активностью и интенсивными атмосферными процессами, свойственными Земле, а также не имела морей, она в значительной мере сохранила свой первозданный вид [5].

На рис. 3 представлен план депрессии в полярных координатах.
За границу депрессии принята так называемая «береговая» линия, где постепенно начинает проявляться древний рельеф. Несмотря на то, что план депрессии мало чем напоминает план «бабочки» тунгусского лесоповала, природа этих образований едина. Однако в марсианском варианте отношение энергии взрыва к энергии торможения ударника,
по–видимому, было значительно выше, чем на Тунгуске, что повлекло
за собой существенное увеличение головы «бабочки».

Рис. 3. План марсианской «бабочки»

Происхождение крыльев «бабочки» и в том и в другом случае объясняется усилением давления на грунт по линиям пересечения фронтов взрывной и баллистической ударных волн. На Марсе левое крыло «бабочки» представлено равнинами Ацидалия и Хриса, а правое – равнинами Исиды и Большого Сирта. Если крылья тунгусской «бабочки» расположены симметрично, то у марсианской они развернуты по часовой стрелке. Если бы МПА имела твердотельное вращение, то план депрессии был симметричен. Разворот крыльев «бабочки» в сторону противоположную вращению планеты указывает, что МПА имела дифференциальное вращение: верхние ее слои вращались быстрее глубинных. Эти результаты, полученные при анализе плана планетарной депрессии, может иметь принципиальное значение для решения ряда ключевых проблем планетологии и космогонии.

Тунгусская «бабочка» на Плутоне

На снимках Плутона, полученным с помощью межпланетной автоматической станции НАСА «Новые горизонты», всеобщее внимание привлекло большое светлое образование (депрессия) на поверхности планеты, имеющее форму сердца шириной 1590 км. Каких-либо приемлемых идей о происхождении «сердца» пока не предложено. Вполне понятно, что само по себе это образование не могло появиться на планете. Первое, что сразу приходит на ум, а не имеет ли «сердце» туже природу происхождения, что и тунгусский лесоповал? Однако для такого вывода необходимо допустить, что Плутон, также как и Марс имел в прошлом внушительную первичную атмосферу, в которую вторгся крупный ударник, породивший мощные ударные волны, а их воздействие на поверхность планеты привело к появлению депрессии (Рис. 4).

Рис.4. Образование тунгусской «бабочки» на Плутоне.

Проведем анализ плана депрессии. Обращает внимания на себя выемка, расположенная с северной стороны. Ее образование можно несложно объяснить в рамках процессов образования «бабочки». Так как скорость ударника в сотню раз превышает скорость распространения ударной волны в атмосфере, то она принимает цилиндрическую форму вокруг траектории полёта ударника. Интенсивность ударных волн будет возрастать по мере погружения ударника в атмосферу, вследствие увеличения аэродинамического сопротивления. В верхних слоях атмосферы ударник генерировал ударные волны небольшой интенсивности. Поэтому под проекцией траектории, падающие ударные волны вначале не оказывали заметного воздействия на рельеф местности. Теперь проведем линию, соединяющую края крыльев «бабочки». Вдоль этой линии в разные стороны распространялся падающий ударный фронт. При достижении угла падения >45⁰ он слился с отраженным ударным фронтом, что привело к формированию головной ударной волны, характеризующейся более высокими давлениями [4], которая стала разрушать структуры поверхности, и в результате чего у «бабочки» начали формироваться крылья. По мере погружения ударника в атмосферу интенсивность выделения энергии торможения возрастала, и даже падающий ударный фронт принялся разрушать рельеф, что стало причиной появления на планете обширной депрессии. По форме крыльев «бабочки» можно предположить, что ударник был довольно прочным и разрушался равномерно почти на всем пути длиной ~ 900 км, и лишь
в конце траектории, его энерговыделение довольно резко упало, видимо из-за потери скорости и массы. Такое поведение ударника может также указывать на его пологую траекторию. Вполне возможно, что не будь
у Плутона на этот момент атмосферы, ударник пролетел мимо планеты.

Действия ударных волн, могли не только разрушить рельеф, но и понизить его уровень путем сжатия его верхних слоев. Но наибольший вклад в понижения уровня рельефа мог внести, также как и на Марсе [5], нагрев верхних слоев депрессии, что привело к удалению из нее влаги и других низкокипящих флюидов.

Определить параметры атмосферы на момент катастрофы затруднительно, пока можно лишь примерно указать высоту (Нз) начала интенсивного разрушения («загорания»), ударника. Ее расчет можно сделать исходя из расстояния краев крыльев «бабочки» от проекции траектории полета ударника. Как было сказано выше, края крыльев отображают начало разрушительного воздействия на местность только что образовавшейся головной ударной волны, что позволяет вычислить Нз, которая оказалась равной ~ 415 км.

Тунгусская «бабочка» — ключ к решению многих

проблем космогонии и планетологии

Следы планетарных депрессий в виде «бабочек» на Марсе и Плутоне могли образоваться, только при наличии на планетах МПА и произошедших в них взрывах крупных ударников. Но, если в процессе дальнейших исследований, выяснится, что МПА на этих планетах все же имели место, то придется пересматривать множество устоявшихся представлений в космогонии Солнечной системы и планетологии.
Так, принятие МПА Марса позволило разработать, едва ни единственный, возможный неполный сценарий образования солнечных планет [6], в котором изложена последовательность процессов в Солнечной системе до настоящего времени. Сценарий начинается с идеи, что для аккреции газа такой небольшой планетой как Марс, температура газопылевого облака в зоне его орбиты должна быть очень низкой. А это, в свою очередь означало, что на Солнце еще не начались ядерные реакции. В этот период Марс успел поглотить солидную долю газа, т.е. превратился в некое подобие планеты-гиганта. Начало на Солнце ядерных реакций привело
к появлению интенсивного звездного ветра, рост планеты сразу же прекратился. Дальше свою атмосферу Марс стал терять; сначала ее стал сносить звездный ветер, а затем потеря шла за счет термической диссипации. В период гигантской метеоритной бомбардировки тел Солнечной системы, 4±0,2 млрд. лет тому назад, когда Марс обладал еще остатками МПА, над северным полюсом планеты произошел взрыв мегаударника, что привело к дихотомии планеты. В сценарии не рассматриваются проблемы появления допланетного облака, вращательных моментов планет, спутников у планет, в тоже время подмечены некоторые взаимосвязи в строении Солнечной системы.

Происхождение вращения планет и появление у них спутников, связывается с наличием у них МПА.
Земля, также как и Марс, в своем развитии прошла стадию планеты-гиганта.
Близость к Солнцу Меркурия и Венеры не позволили им обзавестись МПА. Наращивание массы планет происходило только за счет аккумуляции твердого вещества, что явилось причиной отсутствия у их вращательных моментов и спутников. Остальные планеты, включая Землю и Марс, пополняли свои массы в основном за счет аккреции газа на зародыш планеты.
Сделан вывод, что наблюдаемые скорости вращения Марса и Земли являются космогоническими признаками наличия у планет в прошлом МПА.
В момент возникновения звездного ветра молодого Солнца, произошло разделение планетной системы на планеты земной группы и планеты-гиганты.
Марс и Земля никогда не подвергались полному расплавлению.
Не обладая тектонической активностью и интенсивными атмосферными процессами, свойственными Земле, а, также, не имея морей, Марс в значительной мере сохранил свой первозданный вид. За истекшие миллиарды лет его поверхностные слои, в основном насыпного типа, насыщались выпавшими осколками астероидов, комет и других объектов: например, отходов внеземных цивилизаций или следов их пребывания.

Для проверки выдвинутых идей предлагается провести серию целенаправленных прямых исследований Марса с помощью автоматических аппаратов. В отличие от многих марсианских программ, носящих в основном познавательный характер и частично рассчитанных на удачу, предложенный план исследований Марса имеет четко поставленные цели и направлен на решение фундаментальной задачи — происхождение Солнечной планетной системы [7].

Вернемся к Плутону. В зоне орбиты Плутона всегда была очень низкая температура, так что даже такая малая планета как Плутон за счет аккреции газа могла обзавестись МПА, о наличии которой указывает, тунгусская «бабочка», вращение планеты и наличие спутников. А вот по какой причине она ее потеряла пока неясно. Если Плутон с момента рождения находился на современной орбите, то потерять МПА за счет термической диссипации никак не мог, из-за очень низких температур. Интересно, что по планетным характеристикам Плутона вполне можно считать планетой земной группы.

Здесь, в рамках нашего неполного сценария, можно предложить почти фантастическую историю Плутона. Согласно закону Тициуса-Боде на месте пояса астероидов должна находиться планета, однако она отсутствует. Его происхождение объясняют разрушением планеты Фаэтон, влиянием притяжения Юпитера, не позволившей планетозималям собраться в единую планету и пр.

Можно предположить, что в районе орбиты пояса астероида, вслед за Марсом, также шло формирование планеты, но меньшими темпами, из-за удаленности от Солнца. После возникновения интенсивного солнечного ветра, рост планеты прекратился, но к этому моменту планета успела обзавестись МПА. В своем дальнейшем развитии она обзавелась спутниками и получила вращение. На роль такой планеты вполне подходит Плутон, тем более что он в ~ 2 раза легче массы Марса. В период гигантской метеоритной бомбардировки, в его атмосфере взорвался крупный ударник, в результате чего образовалась планетарная депрессия в виде «сердца». Через какое-то время, из-за малой массы, Плутон полностью лишился атмосферы. Таким образом, Плутон можно считать планетой земной группы и поэтому нужно вернуть ему статус планеты. Дальше произошло еще одно катастрофическое событие. Сквозь Солнечную систему прошло крупное небесное тело (звезда, планета-гигант, т,п.) и своим притяжением выбросила Плутон со спутниками на периферию Солнечной системы. Кроме того, возможно был потревожен и Нептун, что привело к деформированию его круговой орбиты. В состав пояса астероидов могли войти планетезимали, не успевшие поглотиться растущим Плутоном и осколки, образовавшиеся от столкновения свиты «пришельца» (планеты и их спутники, кометы и астероиды) со спутниками Плутона.

Подводя итог, можно сказать, что неординарные события, произошедшие на Земле, могут происходить и на других планетах, и как их изучение позволяет развязывать гордиевы узлы в планетологии и космогонии Солнечной системы.

Литература.

Бронштэн В.А. Тунгусский метеорит: история исследований – Сельянов А.Д., — 320 с. 2. Васильев Н.В. Тунгусский метеорит. Космический феномен лета 1908 г. – М.: НП ИД «Русская панорама», 2004. – 372 с. 3. Григорян С.С. — К вопросу о природе Тунгусского метеорита // Докл. СССР. 1976. Том. 231. № 1. С. 57-60. 4. Действие ядерного взрыва. Изд-во «Мир». Москва. 1971. 5. Дмитриев Е.В. Марсианский вариант Тунгусской катастрофы / Околоземная астрономия – 2003. Труды конф. т. 1. Терскол, 8-13 сент. 2003 / Институт астрономии РАН. — СПб.: ВВМ, 2003. С. 134-140. 6. Дмитриев Е.В. Утро Солнечной системы / Там же, с. 141-145. 7. Дмитриев Е.В. Новые задачи по исследованию Марса в интересах космогонии, планетологии и проверки гипотезы Джордано Бруно о множестве обитаемых миров. — 40th Vernadsky-Brown Microsymposium, CD-ROM, # MS20. 8. Зоткин И.Т., Цикулин М.А. Моделирование взрыва Тунгусского метеорита // Докл. АН СССР, 1966, т. 167, № 1, с. 59-62. 9. Казанцев А.П. Взрыв // Вокруг света. 1946, № 1, с. 39-46. 9. Коробейников В.П., П.И. Чушкин, Л.В. Шуршалов. О гидродинамических эффектах и взрыве в атмосфере Земли крупных метеоритных тел // Метеоритика, 1973, вып. 32, с. 73-89. 10. Кулик Л.А. Предварительные итоги метеоритных экспедиций 1921-1931 гг. Труды Ломоносовского института АН СССР, 1932, вып. 1, стр. 73-81. 11. Покровский Г.И. О возможном варианте взрыва метеоров // Метеоритика. 1964. Вып. 24. С. 108-110. 12. Станюкович К.П., Шалимов В.П. О движении метеорных тел в атмосфере Земли // Метеоритика, 1964, вып. 20, с. 54-71. 13. Фаст В.Г. Статистический анализ параметров Тунгусского вывала. // Проблема Тунгусского метеорита. Вып. 2. Томск: ТГУ, 1967, с. 40-61.

С работами автора можно познакомиться на страничке сайта К.А Хайдарова http://bourabai.ru/dmitriev/works.htm .