О распределении по массам неиспарившихся фрагментов разрушенных в атмосфере метеороидов и астероидов


Просмотр статьи
PDF, 1,6 МБ

On the mass distribution of non-evaporated fragments of meteoroids and asteroids destroyed in the atmosphere

When modeling the interaction with the atmosphere of a cosmic body destructed by aerodynamic forces, it is necessary to know the masses of its fragments. The mass distribution of fragments can be judged by the distribution of non-evaporated fragments that fell to the ground – meteorites. In this paper, such distributions are constructed and analytically described for a number of meteoroids and asteroids of different sizes and compositions that have penetrated and destroyed in the atmosphere. For the analytical description of empirical distributions, the dependence of the cumulative number of fragments on the fragment mass relative to the total mass, the mass fraction of the maximum fragment, and the power index was used, derived on the assumption that the distribution density of the number of fragments over masses obeys a power law. The regularities and random factors in the distributions of meteorites are discussed. The question is being studied whether, based on the available incomplete collection of meteorites, it is possible to judge the distribution of fragments in a complete (ideal) collection characterizing the destruction of the original cosmic body.

meteoroid, asteroid, fragmentation, mass distribution

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.6.1145


Том 25, выпуск 6, 2024 год



При моделировании взаимодействия с атмосферой входящего в нее небесного тела, разрушающегося под действием аэродинамических сил, надо знать массы его фрагментов. О распределении фрагментов по массам можно судить по распределению выпавших на землю неиспарившихся фрагментов – метеоритов. В настоящей работе такие распределения построены и аналитически описаны для ряда пролетевших и разрушенных в атмосфере метеороидов и астероидов разного размера и состава. Для аналитического описания эмпирических распределений использовалась зависимость кумулятивного числа фрагментов от массы фрагмента, отнесенной к общей массе, массовой доли максимального фрагмента и степенного индекса, выведенная в предположении, что плотность распределения числа фрагментов по массам меняется по степенному закону. Обсуждаются закономерности и факторы случайности в распределениях метеоритов. Изучается вопрос, можно ли на основании доступной неполной коллекции метеоритов судить о распределении фрагментов в полной (идеальной) коллекции, характеризующей разрушение исходного космического тела.

метеороид, астероид, фрагментация, распределение по массам

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.6.1145


Том 25, выпуск 6, 2024 год



1. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Моделирование движения, абляции и энерговыделения метеороида в атмосфере с учетом криволинейности траектории // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т. 21. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-2/articles/903/
2. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Аппроксимационные формулы для радиационного теплового потока при больших скоростях // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 4. С. 123–134.
3. Брагин М.Д., Брыкина И.Г. О моделировании энерговыделения фрагментированного метеороида в атмосфере // Известия РАН. МЖГ. 2021. Т. 56. № 4. С. 114–124.
4. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О параметре абляции в задаче о входе метеорного тела в атмосферу // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22. Вып. 5. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-5/articles/959/
5. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О влиянии эффективной теплоты абляции на моделирование взаимодействия метеороидов с атмосферой // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2022. Т. 23. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-2/articles/995/
6. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О неопределенности моделирования взаимодействия метеороида с атмосферой при разных скоростях входа // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т. 24. Вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2023-24-1/articles/1034/
7. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О неопределенности моделирования взаимодействия метеорного тела с атмосферой при разных углах входа // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25. Вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-1/articles/1088
8. Брыкина И.Г. О модели фрагментации крупного метеороида: моделирование взаимодействия Челябинского метеороида с атмосферой // Астрономический Вестник. 2018. Т. 52. № 5. С. 437–446.
9. Brykina I.G., Bragin M.D. On models of meteoroid disruption into the cloud of fragments // Planetary and Space Science. 2020. V. 187. № 104942. https://doi.org/10.1016/j.pss.2020.104942
10. Брыкина И.Г., Брагин М.Д. Об ограничении бокового расширения облака фрагментов разрушенного метеороида // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т. 21. Вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-1/articles/894
11. Брыкина И.Г., Брагин М.Д., Егорова Л.А. О моделях фрагментации метеороидов в атмосфере // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019. Т. 20. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2019-20-2/articles/822/
12. Brykina I.G., Egorova L.A. On the mass distribution of fragments of an asteroid disrupted in the Earth's atmosphere // Advances in Astron. 2021. № 9914717. https://doi.org/10.1155/2021/9914717.
13. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О степенном законе для описания распределения фрагментов разрушенного космического тела по массам // Астрономический вестник. 2022. Т. 56. № 5. С. 356–368. http://dx.doi.org/10.31857/S0320930X2204003X
14. Brykina I.G., Egorova L.A. Describing the fragment mass distribution in meteorite showers // Planetary and Space Science. 2024. V. 241. № 105838. https://doi.org/10.1016/j.pss.2024.105838
15. Frost M.J. Size and spacial distribution in meteoritic showers // Meteoritics. 1969. V. 4. № 3. Pp. 217–232.
16. Jenniskens P., Betlem H., Betlem J., Barifaijo E., Schlüter T., Hampton C., Laubenstein M., Kunz J., Heusser G. The Mbale meteorite shower // Meteoritics. 1994. V. 29. № 2. P. 246–254.
17. Hildebrand A.R., McCausland P.J., Brown P.G., Longstaffe F.J., Russell S.D., Tagliaferri E., Wacker J.F., Mazur M.J. The fall and recovery of the Tagish Lake meteorite. Meteoritics Planet. Sci. // 2006. V. 41. № 3. Pp. 407–431.
18. Бадюков Д.Д., Дудоров А.Е. Фрагменты Челябинского метеоритного дождя: распределение по массам, размерам и возможная масса максимального фрагмента // Геохимия. 2013. № 7. С. 643–643.
19. Oddershede L., Meibom A., Bohr J. Scaling analysis of meteorite shower mass distributions // Europhys. Lett. 1998. V. 43.
20. Gritsevich M., Vinnikov V., Kohout T., Toth J., Peltoniemi J., Turchak L., Virtanen J.A. comprehensive study of distribution laws for the fragments of Košice meteorite // Meteorit. Planet. Sci. 2014. V. 49. Pp. 328–345.
21. Betzler A.S., Borges E.P. Mass distributions of meteorites // Monthly Notices Royal Astron. Soc. 2020. V. 493. Pp. 4058–4064.
22. Takagi Y., Mizutani H., Kawakami S.I. Impact fragmentation experiments of basalts and pyrophyllites // Icarus. 1984. V. 59. Pp. 462477.
23. Fujiwara A., Cerroni P., Davis D.R., Ryan, E., Di Martino M., Holsapple K., Housen K. Experiments and scaling laws for catastrophic collisions. In: Asteroids II, Tucson: Univ. Arizona Press, 1989. Pp. 240–265.
24. Davis D.R., Ryan E.V. On collisional disruption: Experimental results and scaling laws // Icarus. 1990. V. 83. № 1. Pp. 156–182.
25. Ryan E.V., Hartmann W.K., Davis D.R. Impact experiments 3: Catastrophic fragmentation of aggregate targets and relation to asteroids // Icarus. 1991. V. 94. Pp. 283–298.
26. Nakamura A., Fujiwara A. Velocity distribution of fragments formed in a simulated collisional disruption // Icarus. 1991. V. 92. Pp. 132–146.
27. Cintala M.J., Horz F. Experimental impacts into chondritic targets, part I: Disruption of an L6 chondrite by multiple impacts // Meteoritics Planet. Sci. 2008. V. 43. Pp. 771–803.
28. Okamoto C., Arakawa M. Experimental study on the collisional disruption of porous gypsum spheres // Meteoritics Planet. Sci. 2009. V. 44. Pp. 1947–1954.
29. Flynn G.J., Durda D.D., Sandelc L.E., Kreftc J.W., Strait M.M. Dust production from the hypervelocity impact disruption of the Murchison hydrous CM2 meteorite: Implications for the disruption of hydrous asteroids and the production of interplanetary dust // Planet. Space Sci. 2009. V. 57. Pp. 119–126.
30. Michikami T., Hagermann A., Kadokawa T., Yoshida A., Shimada A., Hasegawa S., Tsuchiyama A. Fragment shapes in impact experiments ranging from cratering to catastrophic disruption // Icarus. 2009. V. 264. Pp. 316–330.
31. Blaauw R.C., Campbell-Brown M.D., Weryk R.J. A meteoroid stream survey using the Canadian Meteor Orbit Radar – III. Mass distribution indices of six major meteor showers // Monthly Notices Royal Astron. Soc. 2011. V. 414. Pp. 3322–3329.
32. Pokorný P., Brown P.G. A reproducible method to determine the meteoroid mass index // Astron. & Astroph. V. 592. A150.
33. Corbelli E., Palla F., Zinnecker H., eds. The Initial Mass Function 50 years later. Astrophys. Space Sci. Library. 2005. V. 327. Dordrecht, Netherlands: Springer. 571 p.
34. Шустов Б.М., Тутуков А.В. О начальном спектре масс астрономических объектов // Астрономический журнал. 2018. Т. 95. № 11. С. 765–774.
35. Grady M.M. Catalogue of Meteorites. Cambridge University Press. 2000. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2000came.book.....G/abstract
36. Folco L., Peri F., Pezzotta F. The meteorite collection of the Civico Planetario and the Museo Civico di Storia Naturale in Milan, Italy // Meteoritics Planet. Sci. 2002. V. 37 (Supplement). Pp. B95–B103. https://doi.org/10.1111/j.1945-5100.2002.tb00908.x
37. Семененко В.П., Гирич А.Л., Русько Ю.А. Каталог метеоритов в национальном научно-естественном музее НАН Украины (на 1 января 2007 года) // Мінералогічний журнал. 2007. Т. 29. No. 2. С. 72–82. https://museumkiev.org/public/katalog/geo/katalog_meteor_2008.pdf
38. List of meteorite specimens in the collection of the National Museum of Victoria, September 1972. National Museum of Victoria, Melbourne. https://archive.org/details/listmeteoritesp00nati
39. Хотинок Р.Л. Новые метеориты СССР: Царев, Кутаис, Бахардок // Метеоритика. 1982. Вып. 40. С. 6–9.
40. Зоткин И.Т., Цветков В.И. Рассеяние каменного метеоритного дождя Царев // Метеоритика. 1984. Вып. 43. С. 3–8.
41. Зоткин И.Т., Медведев Р.В., Горбацевич Ф.Ф. Прочностные характеристики метеорита Царев // Метеоритика. 1987. Вып. 46. С. 86–93.
42. Винник М.А., Коснырева А.А., Галушкин Ю.И., Галушкина Т.Н. Метеоритные экспедиции сотрудников Музея землеведения в 2022 г. // Жизнь Земли. 2022. Т. 44. № 4. С. 487–497.
43. Слюта Е.Н. Форма малых тел Солнечной системы // Астрономический вестник. 2014. Т. 48. № 3. С. 234–234.
44. 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
45. Connolly H.C. Jr., Smith C., Benedix G., Folco L., Righter K., Zipfel J., Yamaguchie A., Aoudjehane H.C. The Meteoritical Bulletin. № 92. 2007. September // Meteoritics Planet. Sci. 2007. V. 42. № 9. Pp. 1647–1694.
46. Borovička J., Tóth J., Igaz A., Spurny P., Kalenda P., Haloda J., Svoren J., Kornos L., Silber E., Brown P.G., Husarik M. The Košice meteorite fall: Atmospheric trajectory, fragmentation, and orbit // Meteoritics Planet. Sci. 2013. V. 48. Pp. 1757–1779.
47. Toth J., Svoreň J., Borovička J., Spurný P., Igaz A., Kornoš L., Vereš P., Husárik M., Koza J., Kučera A., Zigo P. Gajdoš Š., Világi J., Čapek D., Krišandová Z., Tomko D., Šilha J., Schunová E., Bodnárová M., Búzová D., Krejčová T. The Košice meteorite fall: Recovery and strewn field // Meteoritics Planet. Sci. 2015. V. 50. Pp. 853–863.
48. 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. Pp. 235–237.
49. Popova O.P., Jenniskens P., Emel’yanenko V., Kartashova A., Biryukov E., Khaibrakhmanov S., Shuvalov V., Rybnov Y., Dudorov A., Grokhovsky V.I., Badyukov D.D., Yin Q.Z., Gural P.S., Albers J., Granvik M., Evers L.G., Kuiper J., Kharlamov V., Solovyov A., Rusakov Y.S., Korotkiy S., Serdyuk I., Korochantsev A.V., Larionov M.Yu, Glazachev D., Mayer E.M., Gisler G., Gladkovsky S.V., Wimpenny J., Snanborn M.E., Yamakawa A., Verosub K., Rowland D.J., Roeske S., Botto N.W., Friedrich J.M., Zolensky M., Le L., Ross D., Ziegler K., Nakamura T., Ahn I., Lee J.I., Zhou Q., Li Z.-H., Liu Y., Tan G.-Q., Hiroi T., Sears D., Weinstein I.A., Vokhmintsev A.S., Ishchenko A.V., Schmitt–Kopplin P., Hertkorn N., Nagao K., Haba M.K., Komatsu M., Mikouchi T. Chelyabinsk Airburst, Damage assessment, meteorite recovery, and characterization // Science. 2013. V. 342 (6162). Pp. 1069–1073. (Supplement).
50. Колисниченко С.В. Метеориты России. 2019. Изд-во Санарка. 304 с.
51. King E.A. Jr., Schonfeld E., Richardson K.A., Eldridge J.S. Meteorite fail at Pueblito de Allende, Chihuahua, Mexico: preliminary information // Science. 1969. V. 163 (3870). Pp. 928–929.
52. Clarke R.S. Jr., Jarosewich E., Mason B., Nelen J., Gomez M., Hyde J.R. Allende, Mexico, Meteorite Shower // Smithsonian Contributions to the Earth Sciences. 1971. V. 5. Pp. 1–53. https://doi.org/10.5479/si.00810274.5.1
53. Lovering J., Le Maitre R., Chappell B. Murchison C2 Carbonaceous Chrondrite and its Inorganic Composition // Nature Physical Science. 1971. V. 230. Pp. 18–20.
54. Henry D.A. ‘Star Dust Memories’—A Brief History of the Murchison Carbonaceous Chondrite // Publ. Astronomical Society of Australia. 2003. V. 20. Pp. vii–ix. https://doi.org/10.1071/AS03060
55. Brown P.G, Hildebrand A.R., Zolensky M.E., Grady M., Clayton R.N., Mayeda T.K., Tagliaferri E., Spalding R., MacRae N.D., Hoffman E.L., Mittlefehldt D.W., Wacker J.F., Bird J.A., Campbell M.D., Carpenter R., Gingerich H., Glatiotis M., Greiner E., Mazur M.J., McCausland P.J.A., Plotkin H., Rubak-Mazur T. The fall, recovery, orbit, and composition of the Tagish Lake meteorite: a new type of carbonaceous chondrite // Science 2000. V. 290 (5490). Pp. 320–325.
56. Zolensky M.E., Nakamura K., Gounelle M., Mikouchi T., Kasama T., Tachikawa O., Tonui E. Mineralogy of Tagish Lake: An ungrouped type 2 carbonaceous chondrite // Meteoritics Planet. Sci. 2002. V. 37. № 5. Pp. 737–761.
57. Jenniskens P., Fries M.D., Yin Q.-Z., Zolensky M., Krot A.N., Sandford S., Sears D., Beauford R., Ebel D., Friedrich J., Nagashima K., Wimpenny J., Yamakawa A., Nishiizumi K., Hamajima Y., Caffee M., Welten K., Laubenstein M., Davis A., Simon S., Heck P., Young E., Kohl I., Thiemens M., Nunn M., Mikouchi T., Hagiya K., Ohsumi K., Cahill T., Lawton J., Barnes D., Steele A., Rochette P., Verosub K., Gattecceca J., Cooper G., Glavin D., Burton A., Dworkin J., Elsila J., Pizzarello S., Ogliore R., Schmitt-Kopplin P., Harir M., Hertkorn N., Verchovsky A., Grady M., Magao K., Okazaki R., Takechi H., Smith K., Silber E., Brown P., Albers J., Klotz D., Hankey M., Matson R., Fries J., Walker R., Puchtel I., Lee C.-T., Erdman M., Eppich G., Roeske S., Gabelica Z., Lerche M., Nuevo M., Girten B., Worden S.P. (the Sutter’s Mill Meteorite Consortium). Radar-enabled recovery of the Sutter’s Mill meteorite, a carbonaceous chondrite regolith breccia // Science. 2012. V. 338. Pp. 1583–1587. (Supplement).
58. Trigo-Rodríguez J.M., Borovička J., Llorca J., Madiedo J.M., Zamorano J., Izquierdo J. Puerto Lápice eucrite fall: Strewn field, physical description, probable fireball trajectory, and orbit // Meteoritics Planet. Sci. 2009. V. 44. № 2. Pp. 175–186.
59. Llorca J., Casanova I., Trigo-Rodríguez J.M., Madiedo J.M., Roszjar J., Bischoff A., Ott U., Franchi I.A., Greenwood R.C., Laubenstein M. The Puerto Lápice eucrite // Meteoritics Planet. Sci. 2009. V. 44. № 2. Pp. 159–174.
60. Jenniskens P., Shaddad M.H., Numan D., Elsir S., Kudoda A.M., Zolensky M.E., Le L., Robinson G.A., Friedrich J.M., Rumble D., Steele A., Chesley S.R., Fitzsimmons A., Duddy S., Hsieh H.H., Ramsay G., Brown P.G., Edwards W.N., Tagliaferri E., Boslough M.B., Spalding R.E., Dantowitz R., Kozubal M., Pravec P., Borovička J., Charvat Z., Vaubaillon J., Kuiper J., Albers J., Bishop J.L., Mancinelli R.L., Sandford S.A., Milam S.N., Nuevo M., Worden S.P. The impact and recovery of asteroid 2008 TC3 // Nature. 2009. V. 458. Pp. 485–488.
61. Shaddad M.H., Jenniskens P., Numan D., Kudoda A.M., Elsir S., Riyad I.F., Ali A.E., Alameen M., Alameen N.M., Eid O., Osman A.T., Abubaker M.I., Yousif M., Chesley S.R., Chodas P.W., Albers J., Edwards W.N., Brown P.G., Kuiper J., Friedrich J.M. The recovery of asteroid 2008 TC3 // Meteoritics Planet. Sci. 2010. V. 45. Pp. 1557–1589.
62. Bischoff A., Horstmann M., Pack A., Laubenstein M., Haberer S. Asteroid 2008 TC3 — Almahata Sitta: A spectacular breccia containing many different ureilitic and chondritic lithologies // Meteoritics Planet. Sci. 2010. V. 45. Pp. 1638–1656.
63. Bouvier A., Gattacceca J., Grossman J., Metzler K., The meteoritical bulletin. № 105 // Meteoritics Planet. Sci. 2017. V. 52. № 11. Pp. 2411.
64. .Unsalan O., Jenniskens P., Yin Q.-Z., Kaygisiz E., Albers J., Clark D., Granvik M., Demirkol I., Erdogan I.Y., Bengu A.S., Ozel M.E., Terzioglu Z., Gi N., Brown P., Yalcinkaya E., Temel T., Prabhu D.K., Robertson D.K., Boslough M., Ostrowski D.R., Kimberley J., Er S., Rowland D.J., Bryson K.L., Altunayar C., Ranguelov B., Karamanov A., Tatchev D., Kocahan O., Oshtrakh M., Maksimova A.A., Karabanalov M.S., Verosub K.L., Levin E., Uysal I., Hoffmann V., Hiroi T., Reddy V., Ildiz G.O., Bolukbasi O., Zolensky M.E., Hochleitner R., Kaliwoda M., Ongen S., Fausto R., Nogueira B.A., Chukin A.V., Karashanova D., Semionkin V.A., Yesiltas M., Glotch T.D., Yilmaz A., Friedrich J.M., Sanborn M.E., Huyskens M., Ziegler K., Williams C.D., Schönbächler M., Bauer K., Meier M., Maden C., Busemann H., Welten K.C., Caffee M.W., Laubenstein M., Zhou Q., Li Q., Li X., Liu Y., Tang G., Sears D., McLain H.L., Dworkin J.P., Elsila J., Glavin D.P., Schmitt-Kopplin P., Ruf A., Le Corre L., Schmedemann N. (The Saricicek Meteorite Consortium). The Saricicek howardite fall in Turkey: Source crater of HED meteorites on Vesta and impact risk of Vestoids // Meteoritics Planet. Sci. 2019. V. 54. № 5. Pp. 953–1008.
65. Сихотэ-Алинский железный метеоритный дождь. Отв. ред.: Фесенков В.Г. Т. I. 1959, Т. II. 1963. М.: Изд-во АН СССР.
66. Кринов E.Л., Цветков В.И. Сихотэ-Алинский метеоритный дождь как классическое метеоритное падение // Метеоритика. 1979. Вып. 38. С. 19–26.
67. Кринов Е.Л. Железный дождь. 1981. М.: Наука. 192 c.
68. Цветков В.И. Сихотэ-Алинский метеоритный дождь: дробление, рассеяние, траектория и орбита. Метеоритика. 1987. Вып. 46. С. 3–10.
69. Flynn G.J., Consolmagno G.J., Brown P., Macke R.J. Physical properties of the stone meteorites: Implications for the properties of their parent bodies // Geochemistry. 2018. V. 78, Iss. 3 Pp. 269–298.