Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Seismological Research Letters, сейсмическая сигнатура события падения метеороидного болида может помочь определить, распался ли он на фрагменты или остался целым при прохождении через атмосферу.
Возвращение в 2020 году капсулы с образцами с астероида в рамках миссии Hayabusa2 в южную Австралию предоставило уникальную возможность проверить эту идею, пишут Иона Клементе из Университета Кертина и её коллеги в журнале.
Клементе и её коллеги сравнили сейсмические сигналы, связанные с возвращением капсулы Hayabusa2, с сигналами, собранными от двух естественных метеороидов, и с повторным входом в атмосферу верхней ступени российской ракеты «Союз-2.1б» массой 2,5 тонны, которые все упали на Землю над Австралией.
Исследователи пришли к выводу, что объекты, которые оставались целыми во время падения — Hayabusa2, повторный вход «Союза» и один из естественных метеороидов — имели отчётливую сейсмическую сигнатуру по сравнению с крупным естественным метеороидом над Северным Квинслендом, который, вероятно, распался с финальным драматическим взрывом в воздухе или распадом.
Визуальные доказательства фрагментации болидов встречаются редко, поэтому важно иметь другой способ идентификации этих событий, — говорит Клементе. «Понимание фрагментации помогает нам моделировать поведение различных типов космических объектов во время входа в атмосферу, что влияет на стратегии планетарной обороны».
Например, ударные волны, создаваемые исключительно высокоскоростной траекторией объекта в атмосфере, будут излучать энергию преимущественно в одном направлении, в отличие от ударных волн, вызванных фрагментацией, которые будут излучать энергию во всех направлениях, — объяснила она.
Данные о фрагментации помогают исследователям уточнить свои оценки того, где падают метеороиды и насколько велико создаваемое ими поле обломков. «Это различие помогает собирать статистику о типах объектов, входящих в атмосферу Земли, и улучшает наше понимание относительного соотношения хондритовых и железных метеороидов», — отметила Клементе.
Ударные волны, создаваемые событиями с болидами, фиксируются в виде сейсмических или акустических волн на поверхности Земли. В исследовании учёные использовали сейсмические данные, собранные как постоянными сейсмическими сетями в Австралии, так и двумя временными сетями с высокой плотностью сейсмических станций, работавшими с 2018 по 2022 год и с 2020 по 2022 год.
Точно зная, когда и где капсула с образцами Hayabusa2 должна была вернуться на Землю, исследователи смогли выделить следы в сейсмических записях, чтобы охарактеризовать и проверить уникальную сигнатуру повторного входа капсулы. Они подтвердили, что ударная волна, созданная капсулой, возникла из-за её баллистической траектории, или высокоскоростного прохождения через атмосферу.
«Сильный наблюдаемый сигнал для Hayabusa2 во многом обусловлен плотной сейсмической сетью, которая оказалась расположенной непосредственно под траекторией повторного входа», — объяснила Клементе. «Такой уровень охвата станций встречается редко и позволил нам зафиксировать сигнатуру баллистической ударной волны с хорошей чёткостью и высоким отношением сигнал/шум».
Сильное сходство сигналов между капсулой Hayabusa2 и болидом 2021 года, упавшим над озером Торренс, Южная Австралия, «также было особенно интересным», — добавила она. «Сильное совпадение, которое мы получили между двумя событиями, вероятно, указывает на то, что этот объект не фрагментировался. Это подтверждается данными, которые мы получили из сети Desert Fireball Network, которая использует яркость объекта — световые кривые — для идентификации фрагментации».
Сеть Desert Fireball Network Университета Кертина — это австралийская сеть камер, которая отслеживает метеороиды, входящие в атмосферу.
Исследователи отмечают, что вариации температуры атмосферы, давления, силы ветра и другие факторы могут влиять на то, как распространяется ударная волна и как она регистрируется на поверхности. Аналогичным образом местные геологические условия, такие как тип почвы и топография, также могут влиять на обнаружение сейсмическими датчиками ударной волны.
«Хотя наш нынешний подход не моделирует эти эффекты напрямую, они являются важными факторами, которые мы стремимся изучить в будущей работе для повышения точности и достоверности наших интерпретаций», — сказала Клементе.
«Это исследование представляет собой важный первый шаг, и мы видим огромный потенциал для превращения его в оперативный инструмент для характеристики болидов», — отметила она. «Мы также планируем применить наш метод к большему набору событий с болидами, что поможет нам проверить его общую применимость и потенциально выявить новые закономерности или особенности поведения».