О моделях фрагментации метеороидов в атмосфере


Просмотр статьи
PDF, 868,9 КБ

On Models of Meteoroids Fragmentation in the Atmosphere

Different approaches are developed to modelling the destruction of cosmic bodies in the atmosphere into a large number of fragments. It is assumed that they first move with a common shock wave as a single body deformed by pressure forces. Four models of meteoroid disruption into a cloud of fragments are considered: two developed by the authors, and two generally accepted. The main differences between the models are showed. Using these models, numerical solutions of the meteor physics equations taking into account ablation are obtained to simulate the interaction of the Chelyabinsk meteoroid with the atmosphere. Solutions for different models are compared with each other and with observational data.
After meteoroid’s fragments diverge over a long distance, their independent movement is considered. Formulas for the probability and cumulative distribution of fragments by mass are obtained using the results of experiments on the destruction of bodies under high-speed impact. The cumulative distribution is compared with the experimental data and also with the mass distributions of the recovered meteorites in the cases of a significant number of fragments found. The mass and luminosity of the disrupted meteoroid are determined by integration over all fragments using the probabilistic mass distribution as the initial one. The mass and velocity of each fragment are determined from the meteor physics equations

meteoroid, ablation, fragmentation

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.2.822

Ирина Григорьевна Брыкина, Михаил Дмитриевич Брагин, Лидия Александровна Егорова

Том 20, выпуск 2, 2019 год



Развиты разные подходы к моделированию разрушения космических тел в атмосфере на множество фрагментов. Предполагается, что сначала они движутся с общей ударной волной как единое тело, деформирующееся под действием сил давления. Рассмотрены четыре модели дробления метеороида на облако фрагментов: две, развитые авторами, и две общепринятые. Выявлены основные различия между моделями. С использованием этих моделей получены численные решения уравнений метеорной физики с учетом абляции для расчета взаимодействия Челябинского метеороида с атмосферой. Решения для разных моделей сравниваются друг с другом и с данными наблюдений.
После расхождения фрагментов на большое расстояние рассматривается независимое их движение. Для вероятностного и кумулятивного распределения фрагментов по массам получены формулы с использованием результатов экспериментов по разрушению тел при высокоскоростном ударе. Кумулятивное распределение сравнивается с экспериментальными данными и с распределениями по массам найденных метеоритов в случаях значительного числа обнаруженных осколков. Масса раздробленного метеороида и интенсивность свечения находятся интегрированием по всем фрагментам с использованием вероятностного распределения их по массам как начального. Масса и скорость каждого фрагмента определяются из уравнений метеорной физики

метеороид, абляция, разрушение

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.2.822

Ирина Григорьевна Брыкина, Михаил Дмитриевич Брагин, Лидия Александровна Егорова

Том 20, выпуск 2, 2019 год



1. Григорян С.С. О движении и разрушении метеоритов в атмосферах планет// Космич. исслед. 1979. Т. 17. № 6. С. 875–893.
2. Левин Б.Ю. Физическая теория метеоров и метеорное вещество в солнечной системе. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 293 с.
3. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. М.: Наука, 1981. 416 с.
4. Григорян С.С., Ибодов Ф.С., Ибадов С.И. Челябинский суперболид: к физике взрыва // Астрон. вестн. 2013. Т. 47. № 4. С. 292–298.
5. Hills J.G., Goda M.P. The fragmentation of small asteroids in the atmosphere // Astron. J. 1993. V. 105. № 3. P. 1114–1144.
6. Брыкина И.Г. О модели фрагментации крупного метеороида: моделирование взаимодействия Челябинского метеороида с атмосферой // Астрон. вестн. 2018. Т. 52. № 5. С. 437–446.
7. Artemieva N., Shuvalov V. Motion of a fragmented meteoroid through the planetary atmosphere // J. Geophys. Res. Planets. 2001. V. 106. E2. P. 3297–3309.
8. Максимов Ф.А. Сверхзвуковое обтекание системы тел // Компьютерные исследования и моделирование. 2013. № 5. С. 969–980.
9. Borovička J., Spurný P., Brown P., Wiegert P., Kalenda P., Clark, D., Shrbený L. The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor // Nature. 2013. V. 503. 235–237.
10. Brown P.G., Assink J.D., Astiz L., et al. A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk and an enhanced hazard from small impactors. // Nature. 2013. V. 503. P. 238–241.
11. Брыкина И.Г., Тирский Г.А. Унос массы и световая кривая крупного метеороида. Аналитическое решение // ПММ. 2017. Т. 81. № 5. С. 571–592.
12. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Аппроксимационные формулы для радиационного теплового потока при больших скоростях // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 4. С. 123–134.
13. Suttles J.T., Sullivan E.M., Margolis S.B. Curve fits of predicted inviscid stagnation-point radiative heating rates, cooling factors, and shock standoff distances for hyperbolic earth entry. NASA TN D-7622. 1974. 45 p.
14. Popova O.P., Jenniskens P., Emel’yanenko V., Kartashova A., et al. Chelyabinsk Airburst, Damage Assessment, Meteorite Recovery, and Characterization // Science. 2013. V. 342. Iss. 6162. P. 1069–1073. Supplementary Materials (online).
15. Hawkins S. Asteroidal Fragments // Astronomical J. 1960. V. 65. No 5. P. 318–322.
16. Hartmann W. K. Terrestrial, lunar, and interplanetary rock fragmentation // Icarus. 1969. V. 10. P.201–211.
17. Fujiwara A., Cerroni, P., Davis, D. R., Ryan, E., Di Martino, M., Holsapple, K., Housen, K. Experiments and scaling laws for catastrophic collisions. // Asteroids II. 1989. P. 240–265.
18. Okamoto C., Arakawa M. Experimental study on the collisional disruption of porous gypsum spheres// Meteorit. & Planet. Sci. 2009. V. 44. P. 1947–1954.
19. Buhl S., Baermann M. The Bassikounou Meteorite Fall − Descriptive Catalog of the Recovered Masses. 2007. https://www.meteorite-recon.com/wp-content/uploads/pdf/Buhl_Baermann_Catalog
20. Shaddad M.H., Jenniskens P., Brown P. et al. The recovery of asteroid 2008 TC3 // Meteorit. & Planet. Sci. 2010. V. 45. № 10−11. P. 1557−1587.
21. Toth J., Svoreň J., Borovička J., Spurný P., et al. The Košice meteorite fall: Recovery and strewn field // Meteorit. & Planet. Sci. 2015. V. 50. P. 853−863.
22. Gritsevich M., Vinnikov V., Kohout T., Toth J., et al. A comprehensive study of distribution laws for the fragments of Košice meteorite // Meteorit. & Planet. Sci. 2014. V. 49. P. 328–345.
23. База данных фрагментов метеорита «Челябинск». https://www.csu.ru/science/chelyabinsk-meteor-study-center/database.aspx