физическая задача Челябинский метеор

[v_phi]

Как прекрасно видно на клипе с видеорегистратора под Костанаем (Казахстан) и вот на этих фрагментах кадров, выбранных с интервалом 1 секунда и совмещенных по горизонтали для компенсации поворота автомобиля, несшего видеорегистратор:

– ярко светящаяся сфера вокруг метеора:
1) имела центр, движущийся по треку метеора с космической скоростью (как пишут, сначала 17,5 км/с)
2) имела переменный радиус, увеличивающийся временами также с космической скоростью (иногда до половины скорости метеора)
3) оставалась именно сферой, даже при максимальном радиусе (около 13 км)
Легко объяснить огромный и мгновенный плазменный шар при ядерном / термоядерном взрыве: он создается вспышкой ионизирующего излучения при распаде тяжелых атомных ядер или слиянии легких.
А как создает себе плазменный шар метеор?

апдейт
апдейт-2 с сайта neo.jpl.nasa.gov
Момент вспышки максимальной яркости 15 Feb. 2013/03:20:33 GMT
в этот момент координаты 54.8 deg. N 61.1 deg. E высота 23.3 km скорость 18.6 km/s
Полная энергия метеора 440 ктонн тротила, из них излучено ~90 ктонн тротила = 3.75 x 10^14 джоулей

Comments

[v-phi.livejournal.com]

тени от вспышки метеорита имеют резкие края
Возражаю. Имеются видеоклипы из Челябинска, где резкие тени возникают в начале, когда плазменный шар маленький (диаметр 5 км) и далеко (150 км), так что его угловой размер в небе всего 4 градуса; спустя 4-6 секунд сцену заливает яркий свет, в котором теней не видно.

Круговая засветка на матрице камеры
Возражаю. Если бы на данном, костанайском клипе пикселы камеры теряли работоспособность хотя бы на пару кадров, светящийся круг приобретал бы какую-то вытянутость вдоль траектории метеора и отчасти по горизонтали из-за плавного поворота машины; имеем же точные круги, лишь меняется от кадра к кадру положение центра и радиус круга. Другое дело некоторые челябинские клипы, там действительно примерно с 3-й секунды метеор приобретает ослепительный "хвост" временно травмированных участков сенсорной матрицы.

пикселы вышли на полное насыщение и показывают белый цвет
Соглашусь. Известно, что зашкаливающая яркость портит передачу цвета. То ли на сенсорной матрице ниже слоя мозаичных цветных светофильтров часть фотонов иногда отражается и попадает не в тот RGB субпиксел, то ли очень большой заряд в приборе с зарядовой связью отчасти перебегает к соседям, то ли разработчик камеры специально хотел увеличить гамут по шкале яркости ценой сужения гамута по цветности, но факт: очень яркие цветные лампы на снимке выцветают. Возможно, все плазменные шары челябинского метеора были на самом деле красноваты, и белы просто потому, что слишком яркие. Даже на снимках хорошей камерой жуткое выцветание, даже у свидетелей с их слов тот же эффект. Увы.

[pargentum.livejournal.com]

На тех клипах направленных на землю камер наблюдения, которые мне доводилось видеть, на пике яркости либо идет общая засветка, в которой вообще нихрена не видно, не только теней, либо наоборот, тени остаются вполне четкими.

Если пикселы теряли работоспособность на один кадр, то как раз и будет круглая засветка. Кстати, перебегание зарядов на ПЗС как раз лучше объясняет круглую засветку, чем нагрев.

[v-phi.livejournal.com]

please, найдите какую-нибудь видеозапись с тенями, четкими даже в момент главной вспышки.

[pargentum.livejournal.com]

https://www.youtube.com/watch?v=Qin41lP9r2U

[v-phi.livejournal.com]

насколько я понял, это вебкамера на 6-этажном доме улица Свободы, 110, Советский район, Челябинск.
55.143982,61.414327
Смотрит на юг.
Вид с высоты 20 метров, прохожий виден на расстоянии 30 метров, 1 пиксел = 10 см, тень от 3-этажного дома рядом с прохожим кажется четкой, это угловой размер источника света в пределах 10 см / 10 м = 0,01 радиана = 0,6 градуса, примерно как у солнечного диска.
Теней от солнца еще нет, не встало; а то можно было бы сравнить.

Правда, в 09:20:32-04 и соседних кадрах тень от дома все-таки размывается (а от прохожего - нет); значит, самый яркий и близкий источник света не был точечным.

[pargentum.livejournal.com]

На этом и соседних кадрах размываются не только тени, но и силуэты автомобилей. А от столбов становятся не видны не только тени, но и сами столбы. Что заставляет меня предположить, что это не увеличение угловых размеров источника, а просто засветка матрицы. Следовательно, даже на пике яркости метеор имел угловые размеры не больше или не сильно больше тех же 0.6 градуса.

При этом, на снимках из Костаная - т.е. с гораздо большего расстояния - мы видим шар достаточно большого углового размера. Не зная фокусного расстояния камеры и не имея ничего для масштаба, сложно сказать, какого именно, но порядка нескольких градусов. Что приводит меня к тому же выводу - размер, форма и цвет засвеченного пятна на матрице видеорегистратора имеют очень мало отношения к настоящему угловому размеру, форме и цвету источника света.

[v-phi.livejournal.com]

размываются не только тени, но и силуэты автомобилей
Да нет же, на кадре 09:20:32-04 тень от прохожего (рост 2 м) четкая и рядом тень от дома (рост 10 м) размытая (только там, где тень от крыши и верхнего этажа). Это явно показывает неточечный источник света этих теней.

[pargentum.livejournal.com]

Поймав на стопе этот кадр, должен отметить, что размыта только тень от вертикальной стены, но не от горизонтальной линии крыши, и угол тени острый. Что заставляет предположить, что размытие, о котором вы говорите, связано не с размерами источника, а просто с быстрым движением тени.

[v-phi.livejournal.com]

мы обсуждаем вот этот кадр:

Граница тени, отвечающая верхнему краю крыши 3-этажного дома слева, подозрительно четкая, по сравнению с границей тени, отвечающей краю стены дома.
Соглашусь, что здесь источник света быстрым движением вбок смазал видео.
Я еще подумал, может быть здесь источник света опустился низко, и лишь маленький краешек плазменного шара выглядывал над крышей, если смотреть из соответствующей точки на земле. Но! как раз заход огромного плазменного шара за крышу и должен был создавать полутень, которую мы не видим.
Оценим гарантированную четкость тени по этому снимку в 30 см, что для 10-метрового дома ограничивает угловой размер источника света 1/30 радиана. Если шар был до 25 км в диаметре, его придется удалить от привокзальной площади Челябинска на 750 км, это многовато.
Не знаю что и думать. Плазменный шар повис на волоске.
Ваш скепсис разделяет википедия, которая рисует схему без плазменных шаров:

Впрочем, на странице обсуждения дается ссылка на челябинское видео, где плазменные шары, на этот раз в чистом небе (без красного гало) и огромного углового размера в нужные моменты возникают; затем еще видно события за горизонтом Костаная - продолжение метеорного следа, а также красное свечение участка следа, где прошел центр последнего по времени и наибольшего по радиусу плазменного шара.
Еще одно челябинское видео с тенями, на этот раз 1280x720 пикселов, съемка с 4-го этажа ~10-этажного дома Батумская улица, 9а (55.119701,61.468403), вид из окна в угловой части дома, во двор, на восток. Главный максимум яркости на кадре 877

главная ударная волна спустя 77 секунд. Теней два комплекта: сначала от источника на юго-востоке, не от дома, а только от прохожего, автомобилей и т.п.; затем добавляется второй, быстро движущийся источник на юге с перемещением на юго-запад, так что его тени крутятся, тогда как первые тени продолжают стоять; впрочем, когда второй источник, после главной вспышки, оказывается на западе, первые тени уже пропали.
Если до центра шара 40 км, и его диаметр 25 км, полутень в этот момент должна быть метров 15. Но, может быть, она такая и есть, и все дело в нашем неумении по видео заметить края полутени?

[pargentum.livejournal.com]

Да, на последнем видео, после максимума вспышки можно заметить отчетливую широкую полутень от угла здания.
Поскольку общепринятое объяснение взрыва - это раскалывание метеорита на куски, это как раз вполне понятно: часть света излучается крупными фрагментами, а другая часть - отколовшимся мелким мусором, который гораздо быстрее тормозится, и по той же самой причине светится непропорционально ярче. То есть в процессе взрыва источник растянулся в горизонтальном направлении, точнее - вдоль траектории.

Возможно, что "стационарный" источник - это излучение остывающего дымового хвоста или отраженное дымовым хвостом излучение основного источника. Кстати, на костанайском видео хорошо заметно, что дымовой хвост после выхода из зоны "файрболла" еще некоторое время продолжает ярко светиться, и это выглядит именно как остывание.

Вот еще видео, на котором хорошо видны тени от двух источников, стационарного и движущегося: http://www.youtube.com/watch?v=odKjwrjIM-k#! . Как следует из комментария и из характера движения теней, это снято почти непосредственно в эпицентре. И видно, что
1. Второй источник появляется только после взрыва (светящееся облако дыма?)
2. От обоих источников тени довольно четкие.

А вот на этом ролике хорошо видны сами два источника: http://www.youtube.com/watch?v=kZxr9nAVQSo#ws

[v-phi.livejournal.com]

Дело ясное, что дело темное.
Костанайская съемка слишком далекая (160-170 км по горизонтали), лишена начала (за правым краем кадра) и конца (за дымкой на горизонте и собственно за горизонтом). Тюменские съемки слишком далекие и ужасно мешают дома на линии горизонта. Челябинские съемки либо дико пересвечены, сенсоры в шоке, либо это съемки только теней, по которым мало что понятно.
Возможно, плазменный шар, сопровождающий метеор в костанайском клипе, - иллюзия из-за расплывания некоей ослепительной сияющей точки, причем это расплывание должно было случиться в воздухе далеко от наблюдателя, чтобы иллюзорный шар садился за дымку на горизонте, и симметричным образом, игнорируя различия в свойствах воздуха на разных высотах (для сравнения отметим красное гало вокруг шара, которое, во-первых, игнорирует дымку на горизонте, и следовательно образовалось в воздухе поближе к наблюдателю, и, во-вторых, имеет дрожащую, волнистую границу, отнюдь не ровное кольцо).
Возможно, мощность явления действительно была 0,5 мегатонны тротила, и что существует механизм, создающий мгновенный плазменный шар как при термоядерном взрыве. Если суть в некоих вспышках фотонов высоких энергий, для которых даже на высоте 80 км воздух непрозрачен и которые создают плазменный шар, в котором фотоны многократно поглощаются и переизлучаются и где подавляющая часть энергии имеет форму фотонов, а не возбужденных молекул воздуха, где температура снижается с удалением от центра благодаря уменьшению плотности расходящегося потока энергии и независимо от плотности воздуха, то поверхность такого шара образуется там, где температура фотонов снижается до окна прозрачности в спектре поглощения воздуха, т.е. примерно до фотонов видимого света при температуре 3000-6000 K, и размер шара определяется требованием излучить поступившую мощность с поверхности шара при этой температуре. По моей оценке мощность, создающая шары такого размера, в 100 раз больше средней мощности челябинского метеора даже по версии NASA. Может быть, дело в том, что вспышки имели высокую скважность, например, происходили каждые 10 миллисекунд и длились по 0,1 миллисекунды? Тогда на видео с длительностью кадра 42 миллисекунды плазменный шар будет иметь в 100 раз меньшую яркость, чем если бы это был бассейн с жидким металлом 3000K или, там, нить галогеновой лампы, но его мерцание заметно не будет. Беда в том, что я не представляю, как происходит разрушение каменного мини-астероида и насколько неравномерно во времени, в масштабе миллисекунд, излучается энергия.

[pargentum.livejournal.com]

Чтобы воздух сколько-нибудь значительно нагревался излучением и сам излучал, он должен быть ионизирован. Рэлеевское рассеяние газ практически не нагревает. Плазменный шар при ядерном взрыве создается ионизирующей радиацией взрыва, да и нагревается, по большей части, ею же.

Судя по тому, что отсветы от вспышки имеют красноватый оттенок, температура вряд ли достигала 6000 градусов, хотя, наверное, измерялась несколькими тысячами градусов. Тепловая радиация с температурой 3000К почти не содержит ионизирующих составляющих, да и при 6000К ионизирующей радиации мало. Энергия ионизации молекулярного кислорода около 12эВ, азота - 15эВ, а один эВ - это 11 000К, кванты с такой энергией - это где-то на границе между ультрафиолетом и рентгеном. Для другого сравнения, квант видимого света (что соответствует максимуму энергии теплового излучения температурой 6000К) - это 2-3эВ. Поэтому при тепловых процессах с температурами порядка 6000К ни о какой серьезной ионизации говорить не приходится и возникновение плазменного шара представляется мне невероятным.

Имеющиеся данные по теням все-таки указывают на то, что источник был небольшой, вряд ли превосходил по угловому размеру образовавшийся облачный след. То есть светились твердые частицы - сам метеорит, откалывающиеся от него мелкие куски и конденсирующиеся пары оливина или из чего он там состоял, а никакого светящегося шара не было.

[pargentum.livejournal.com]

ЗЫ на большинстве кадров из Челябинска, засветка на пике яркости вообще на полнеба и вовсе не круглая.

[v-phi.livejournal.com]

тем и хорош костанайский клип, вид сбоку и яркость в пределах нормы

[pargentum.livejournal.com]

Пересмотрев костанайский клип, могу предложить еще одно объяснение: на ролике хорошо видно, что в небе висит легкая дымка. Пятно засветки - просто результат преломления света метеорита в тумане.

Это подтверждается и тем, что более легкая засветка видна по всему небу, а также тем, что угловой размер гораздо больше всего, что видно на аналогичных роликах из самого Челябинска.

[v-phi.livejournal.com]

в небе висит легкая дымка
Вот кадр из костанайского клипа, где плазменный шар заслонен дымкой на горизонте:

Кроме того, вокруг плазменного шара толстая красная корона, игнорирующая дымку на горизонте; это, следовательно, местный утренний туман, довольно легкий.
Но сам плазменный шар, желтовато-белый, как будто имеет те размеры, как кажется (диаметр 20 км, если принять удаление за 160 км и угол обзора камеры за 70 градусов по горизонтали).
Приведите контр-ролик из Челябинска.

[Владислав Шиляев (from livejournal.com)]

Прочел с волнением все комментарии, порадовала высокоинтеллектуальная схватка Тома и Джерри (без обид). Однако, ответ так и не был найден. Продолжение следует?
И исчо вопрос: Неужели атмосфера над Челябинском настолько сурова, что не пропустила 10кт метеорит?

[v-phi.livejournal.com]

Неужели атмосфера над Челябинском настолько сурова, что не пропустила 10кт метеорит?
Легкий вопрос. Будь это металлическая болванка, допилила бы до земли даже в 1-тонной модификации. Будь это облако пыли, пылинки сгорели бы на 100 км высоты, будь их хоть млн тонн. Но это было нечто непредсказуемое, рассыпчатый каменный мини-астероид. От него можно было ожидать всего в указанном диапазоне.

порадовала высокоинтеллектуальная схватка Тома и Джерри
Мне казалось, нас было трое :) Перед вами обмен репликами между умами, которым интересно обмозговать задачу, но недосуг погружаться в специальность. С другой стороны, специалисты по высотным термоядерным взрывам, или по кинетическому оружию космического базирования, или по спутникам-шпионам на сверхнизких орбитах, или по учету ионосферной погоды для применения точной спутниковой навигации к ведению боя, или чему-нибудь еще такому же стратегическому могут помалкивать, чтобы ненароком не попасть в шпионы. Я, к примеру, сделал попытку найти в сети диапазон колебания плотности атмосферы на высоте 50 км. Оказалось непросто и я пока бросил. И, помнится, один российский физик сидит по обвиненению в передаче Китаю результатов исследований касательно пребывания спутников на низких орбитах.

[Владислав Шиляев (from livejournal.com)]

Все правильно, вы, как ТС подняли тему, но замеченная мною схватка была лишь как лирическое отступление от собственно темы. Тем не менее, диспут был очень захватывающим)
А насчет страхов я понимаю ваши опасения, но в современном мире любая конспирология грозит "кащенко", но уж не тюрьмой же. Мы ведь не сможем утверждать, оперируя научными фактами что это было что-то другое нежели метеорит. Даже доказать метеорит не так то и просто!
Понятно единственное, что перед человечеством наконец то поставлена задача, способная нивелировать внутренние конфликты, объединить страны и подтолкнуть цивилизацию к новым открытиям, раскачать фундаментальную науку. Когда-нибудь, имея в своем архиве свидетельства очевидцев, фото и видеоматериалы, мы сможем узнать было ли это просто нарушением теории вероятности, либо смоделированным событием, но новые задачи требуют именно фундаментальных исследований, расчетов и данных, а время не ждет. Во всех странах фундаментальная наука свернута за ненадобностью и только в России остались еще люди, презирающие ценности потребительского общества и ставя превыше всего желание докопаться до истины, исследовать и изучать новое. Быть не внутри науки, а на её острие.
Спасибо Вам за это, вы даете надежду человечеству!

[v-phi.livejournal.com]

я вообще-то надеюсь, что большинство ученых свободны и интеллектуально честны, и если, к примеру, челябинский метеор был не совсем метеором, мы об этом скоро узнаем

[Владислав Шиляев (from livejournal.com)]

согласен. Вводных данных по сравнению с другими подобными событиями более, чем достаточно. Работы предостаточно для ученых всех мастей))
вопрос дилетанта: мог ли плазменный шар образоваться в результате взаимодействия мелких фракций с атмосферой и с друг с другом? Примерно как в фейрверке?

[Владислав Шиляев (from livejournal.com)]

И где взять энергию чтобы возогнать такое количество природы?

[v-phi.livejournal.com]

где взять энергию
Насколько я понимаю, астероиды из Пояса Астероидов изредка сталкиваются и сходят с орбиты; некоторые оказываются на опасной для нас вытянутой орбите, протянувшейся примерно от орбиты Венеры до Пояса Астероидов. Даже не будь пересечения орбит под решительным углом, простое приближение астероида к Земле разгонит первый до второй космической скорости, 12 км/с. Когда же астероид пытается перебежать Земле дорогу, возможны скорости до десятков км/с, не то что 17,5 км/с.

чтобы возогнать такое количество природы
Я бы усугубил, не просто испарить твердое вещество, а сделать это с шумом и блеском, требующими гораздо большей энергии. Но нет проблемы превратить энергию летящего тела в свет и тепло, если есть тормозящая среда высокой вязкости либо, что ничем не хуже, тело имеет малые размеры, точнее, малую глубину (размер вдоль направления движения). Потому что сопоставлять надо массу движущегося тела с массой среды из тоннеля, проделанного движущимся телом на протяжении траектории.

Вот как конкретно происходит возникновение осколков малой глубины, это сюрприз, особенно при разглядывании екатеринбуржского клипа, кадр 727.

[Владислав Шиляев (from livejournal.com)]

Вот если сопоставить массу, то ее явно кажется и недостаточно. Энергии сопротивления, выраженного через массу за время. И не из проделанного пути, а из предполагаемого.???

[v-phi.livejournal.com]

Допустим, плотность каменного метеорита 5 г/см3, а воздуха на большой высоте 5 мкг/см3. И чтобы замедлить метеорит в 2 раза нужна масса воздуха, равная массе метеорита (так при абсолютно неупругом столкновении). Значит, при длине условного туннеля 100 км толщина метеорита должна быть в 1 млн раз меньше, 100 мм.
Фрагмент же (там, осколок) меньшей толщины затормозиться еще быстрее.

Вот оценка из в краткого сообщения 23 февраля Международного астрономического союза:
Бурная дефрагментация началась на высоте 32 км под динамическим давлением 4 МПа.