Высокоточное моделирование дает новое представление о Челябинском метеорите

0 915

Утром 15 февраля 2013 года небольшой астероид взорвался над Челябинском, вызвав ударную волну по всему региону, повредив здания и ранив более 1о00 человек. Метеор диаметром около 20 метров (примерно размером с шестиэтажное здание) стал одним из крупнейших метеоров, расколовшихся в атмосфере Земли за более чем сто лет. Мощность взрыва, произошедшего в момент входа метеорита в плотные слои атмосферы над Челябинской областью, по оценкам NASA составила от 300 до 500 килотонн.

Десять лет спустя ученые из программы планетарной защиты LLNL публикуют подробности своего исследования взрыва в воздухе. Команда провела последние три года, моделируя разрушение Челябинского метеорита. Их исследование подчеркивает важную роль прочности материала в динамике разрушения.

Хотя Челябинское событие изучалось различными исследовательскими организациями, ученые LLNL первыми смоделировали Челябинский метеор в полном 3D с помощью модели материала, основанной на данных исследований частей метеорита, извлеченных после падения.

В отличие от исторических метеоритов, взрыв в воздухе в 2013 году был записан на мобильные телефоны, видеорегистраторы и камеры видеонаблюдения с разных ракурсов, а 500-килограммовый фрагмент был извлечен из озера Чебаркуль вскоре после удара.

Симуляции, которые точно соответствовали реальным наблюдаемым событиям, предполагают, что объект мог быть монолитным или цельным куском скалы. Исследователи заявили, что если это так, то прочность материала и трещины сыграли значительную роль в разрушении объекта и возникновении взрывной волны.

«Это то, что действительно можно зафиксировать только с помощью 3D-моделирования», — сказал Джейсон Перл, ведущий исследователь проекта. «Когда вы объединяете специализированный опыт LLNL в физике ударов с современными возможностями высокопроизводительных вычислений, вы получаете уникальные возможности для моделирования метеора в полном 3D».

«Наше исследование подчеркивает важность использования этих типов высокоточных моделей для понимания событий взрыва астероидов. Многие более мелкие астероиды представляют собой груды щебня или слабо связанные скопления космического гравия, поэтому возможность существования монолита действительно интересна».

Исследовательская группа использовала гидродинамику сглаженных частиц (SPH), вычислительный метод, используемый для моделирования динамики твердого тела и потоков жидкости, для изучения режима распада монолитного астероида, подобного челябинскому.

В ходе моделирования ученые обнаружили, что взрыв в воздухе происходит, когда под действием растягивающего напряжения в задней части астероида образуются крупные трещины. Шкала времени распространения трещины к передней части астероида определяет время, когда астероид распадется на более мелкие фрагменты при входе в атмосферу Земли.

Семейство фрагментов вблизи фронта ударной волны затем временно защищает область поврежденного материала, пока примерно в 30 км над поверхностью Земли неповрежденные фрагменты не отделяются, и обломки не подвергаются воздействию набегающего потока.

Связь астероида с атмосферой зависит от площади его поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем больше объект подвергается воздействию тепла, напряжения и давления.

«Когда астероид входит в атмосферу, у вас начинается своего рода катастрофический сбой», — говорят ученые. «И он имеет тенденцию сжиматься в направлении движения. Это было похоже на то, как астероид сжимался в направлении движения, разбиваясь на отдельные части, которые начали разделяться и ломаться перпендикулярно направлению движения.

«Внезапно вы получаете гораздо больше материала, подвергающегося гиперзвуковому взаимодействию с воздухом, сбрасывается гораздо больше тепла, на него оказывается гораздо больше нагрузки, что заставляет его ломаться быстрее, и вы получаете своего рода каскадный неуправляемый процесс».

Лучшее понимание процесса распада может быть использовано для построения более совершенных статистических моделей риска, связанного с астероидами челябинского класса. По словам исследователей, понимание того, как эти объекты распадаются и передают свою энергию в атмосферу, имеет решающее значение для обеспечения точной оценки ущерба, который они могут нанести, и может быть использовано для улучшения информирования о стратегиях защиты.

Дополнительные материалы:
Подписаться
Уведомление о
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии