Среди множества предлагаемых в кино и книгах сценариев апокалипсиса наиболее распространен вариант с падением на Землю гигантского астероида. Страх перед чем-то неизвестным и внеземным объясним. Но насколько сильна угроза для человечества сейчас? И можем ли мы противопоставить этой угрозе что-то, кроме фантастических историй из Голливуда?
Жизнь или погибель
Сейчас астероиды падают на нашу планету редко – один десятикилометровый в диаметре в сотню миллионов лет. Мощность взрыва от такого – порядка ста миллионов мегатонн (именно столько было у астероида, погубившего нептичьих динозавров).
Но в истории Солнечной системы были и совсем другие времена. Во время «поздней тяжелой бомбардировки» 3,8–4,1 миллиарда лет назад на Землю падало огромное количество астероидов и комет. Многие из них были десятки километров в диаметре, то есть давали взрывы сильнее миллиарда мегатонн. Простейшие организмы на планете выживали только потому, что могли переносить условия, в которых сегодняшние сложные животные погибли бы полностью.
К счастью, в тех ударах было не только зло. Упавшие тела «наполняли» планету необходимой для жизни водой и органикой. Некоторые ученые считают, что именно доставленные астероидами и кометами компоненты помогли возникновению жизни на Земле. Впрочем, есть и данные о следах жизни еще до начала поздней тяжелой бомбардировки. И тогда падающие с неба конвейером астероиды подвергли ее серьезному испытанию.
Постепенно пространство во внутренней Солнечной системе становилось «чище», орбиты астероидов стабилизировались, и падения их на Землю становились все реже, позволяя жизни на планете развиваться относительно спокойно.
Но и после этого совсем безопасным околоземное космическое пространство назвать было сложно. Иногда оттуда прилетало то, что вело к крупным катастрофам.
Самая известная из них – падение космического «камня» в 10–15 километров в диаметре более 65 миллионов лет назад. По некоторым оценкам, тогда погибло 75 % всех видов крупных живых существ на Земле, включая 100 % нептичьих динозавров. Астероид оставил после себя 180-километровый кратер Чиксулуб близ полуострова Юкатан.
Получается, тела, принесшие когда-то на Землю часть компонентов для жизни (воду и органику в поздней тяжелой бомбардировке), могут эту самую жизнь отбирать. Причем в планетарном масштабе. Похоже, стоит принять меры.
Оценка угроз
Чтобы как можно точнее рассчитать астероидную угрозу, NASA был создан Центр изучения околоземных объектов (CNEOS). Он занимается сбором данных обо всех астероидах и кометах, которые могут быть опасными.
Нужно сразу обозначить некоторые границы. Что принято называть околоземным объектом? Это астероид или комета, орбита которой может сблизиться с Землей менее чем на 1,3 астрономической единицы, 195 миллионов километров. Не очень близко, прямо скажем.
Топи Тунгуски, в районе которых упал метеорит. Фотография из журнала «Вокруг света», 1931 г. Оригинальное фото сделано между 1927 и 1930 гг. (предположительно, 1930, до 14 сентября). Фото: «Вокруг света», wikipedia.org
Но и не каждый околоземный астероид реально опасен для нас. Поэтому создана категория «потенциально опасные астероиды». К ним относят объекты, которые могут приблизиться к Земле менее чем 7,5 миллионов километров при размере более 140 метров в диаметре. Откровенно говоря, второе ограничение – не самое разумное. Тунгусский метеорит, например, имел в диаметре не более 60 метров, но взорвался в атмосфере с силой более 10 мегатонн. Тогда погибли три человека. По расчетам, войди он в атмосферу на часы позже, то взорвался бы над Санкт-Петербургом. Расчетное количество жертв в таком сценарии – около миллиона человек. Между тем, по классификации NASA такое тело и близко не считалось бы опасным.
Кроме того, все околоземные астероиды делятся на четыре категории, получившие наименования по названиям наиболее известных представителей группы, чаще всего открытых первыми. Принадлежность к той или иной категории определяется расположением орбит астероида по отношению к земной орбите: амуры, атиры, атоны и аполлоны.
Атиры. Орбиты этих астероидов тоже не пересекают орбиту Земли, но лежат они между Солнцем и орбитой нашей планеты.
Атоны. Пересекают орбиту Земли, но большую часть времени проводят ближе к Солнцу.
Аполлоны. Имеют большую полуось, больше земной, и тоже пересекают орбиту нашей планеты.
На первый взгляд может показаться, что реальную угрозу должны представлять лишь астероиды-атоны и аполлоны, поскольку они пересекаются с земной орбитой. Но и за амурами, и за атирами ведется тщательное наблюдение, поскольку во время своего путешествия они могут подвергнуться гравитационному воздействию одной из планет нашей системы, что изменит их траекторию и сделает ее пересекающейся с земной.
Посчитано, что за год на нашу планету попадет более ста тонн пыли и камней из космоса. Чаще всего существенных проблем это не вызывает. Примерно раз в месяц в атмосферу попадает железный или каменный астероид размером с письменный стол, примерно раз в год – размером с автомобиль. Чаще всего астероиды, имеющие менее 20 метров в диаметре, целиком сгорают или разваливаются в плотных слоях атмосферы.
А вот объекты покрупнее уже могут привести к локальным бедам. Тут все зависит от места падения. Тот же Челябинский метеорит имел размер около 20 метров, то есть на верхней границе безопасного. Но все же он выбил стекла в одноименном городе и принес более тысячи раненых. Астероид размером более километра в диаметре может привести к значительным разрушениям и запустить цепочку событий, которая окажет воздействие на всю планету.
Согласно некоторым научным работам, взрыв астероида над городом, в Библии обозначенном как «Содом», привел к «буквально испепелению его населения мощным тепловым излучением от многомегатонного воздушного взрыва». Вокруг работы идет острая научная дискуссия, но если она верна, то получается, что с созданием противоастероидной обороны земляне запоздали на несколько тысяч лет.
Проблемы наблюдения
Большая часть астероидов обнаруживается с помощью сетей обсерваторий, которые снимают ежесуточно большие площади неба по ночам. Затем снимки анализируют и на них отыскивают объекты, которых там быть не должно, проводят дополнительные исследования этого участка неба с помощью других обсерваторий, а затем уже определяют параметры орбиты нового объекта.
Такой подход позволяет охватить большие площади ночного неба, однако имеет несколько недостатков. Во-первых, при широком охвате теряется глубина обзора: если астероид недостаточно яркий, то велик шанс его «просмотреть». Поэтому небольшие астероиды часто обнаруживаются за несколько дней, а то и часов до сближения с Землей.
Во-вторых, такие системы не позволяют исследовать пространство на солнечной стороне. Свет Солнца настолько ярок, что наблюдать днем астероиды невозможно. Из-за этого, кстати, не был своевременно замечен Челябинский метеорит. По этой же причине так мало известно астероидов-атиров – всего пара десятков. Их удается обнаружить в очень узкий промежуток времени – на закате или восходе, когда Солнце скрыто за горизонтом.
Кроме того, почти все сети поиска астероидов расположены на поверхности Земли, что автоматически накладывает ограничения, связанные с воздействием атмосферы на точность наблюдений, а также сужает возможности применения инфракрасных датчиков – все из-за той же толщи атмосферы. А инфракрасный диапазон является предпочтительным в поисках астероидов, которые малы и слабо освещены Солнцем для визуальной фиксации, но нагрев позволяет им быть ярче и заметнее в инфракрасной части спектра.
Решить эту проблему должен проект NEO Surveyor. Этот инфракрасный космический телескоп будет запущен в 2028 году. Его разместят в точке Лагранжа L1 между Солнцем и Землей на расстоянии 1,5 миллиона километров от нашей планеты. С этой позиции он сможет сканировать небо около Земли постоянно и с высокой разрешающей способностью, что позволит открыть еще больше потенциально опасных астероидов.
Игра в бильярд
Увидеть угрозу – мало. Нужно придумать спасение от нее и встретить эту проблему во всеоружии. Есть пара наиболее популярных методов. Начнем с того, который уже был проверен. Случилось это в миссии NASA DART (Double Asteroid Redirection Test).
Эксперимент на настоящем астероиде преследовал две цели. Во-первых, показать, что можно на высокой скорости с высокой точностью навести космический аппарат на астероид и врезаться в него. Во-вторых, продемонстрировать, что таким ударом можно изменить орбиту астероида. Обе цели были выполнены, и можно сделать вывод о том, что так называемым методом кинетического удара вполне можно изменить траекторию опасного астероида. Причем достаточно даже малейшего отклонения. При заблаговременном внесении этой коррективы в полет астероида можно будет избежать его столкновения с Землей.
Во время эксперимента к паре астероидов Дидим и Диморф был отправлен аппарат DART. 26 сентября 2022 года он на скорости более 22,5 тысячи километров в час столкнулся с 177-метровым Диморфом, который вращается вокруг 780-метрового Дидима. Предполагалось, что изменение периода обращения меньшего астероида вокруг большего примерно на 70 секунд будет успехом. Но подсчеты показали, что он сократился на 33 минуты – до 11 часов 22 минут.
На основе собранных данных продолжается исследовательская работа, строятся модели, которые должны помочь лучше понять схему воздействия на подобные астероиды. Полученные снимки и последствия столкновения указывают на то, что Диморф представляет собой слипшуюся груду камней, а не монолитный «валун». Таких астероидов немало. Если бы на его месте был цельный объект, то период обращения сократился бы примерно на семь минут, как показали расчеты. Это тоже больше, чем необходимо было для признания эксперимента удачным.
Последний аргументА если расчеты покажут, что кинетическое ударное воздействие не сможет в достаточной мере «сдвинуть» опасный астероид с траектории? Или необходимая по вычислениям масса и скорость ударного аппарата-защитника окажется недостижимой для современных ракетных технологий?
На такой случай рассматривается сценарий взрывного воздействия. Человечеству придется использовать ядерный заряд. Пусть международные соглашения и запрещают ядерные взрывы в космосе, в случае доказанной угрозы со стороны астероида можно будет сделать исключение. Понятно, что экспериментировать на натуре никто не даст, поэтому придется в расчетах полагаться на модели. Исследователи из Томского государственного университета использовали суперкомпьютер СКИФ Cyberia для моделирования взрыва, который мог бы уничтожить 200-метровый астероид.
Этот момент авторы исследования также учли. Они предлагают взрывать объект достаточно далеко от планеты, сделать это очень заблаговременно. Благо расчеты позволяют с высокой точностью предсказать заранее траекторию известных крупных астероидов. Причем взрыв должен происходить, скажем так, с задней стороны астероида. Часть его испарится, сам он разрушится, и обломки размером около десятка метров в таком случае разлетятся в стороны, сильно изменив орбиты. Большая их часть вовсе не упадет на Землю, а те, которые спустя годы достигнут планеты, будут уже не так опасны с точки зрения радиации.
Таким образом, у человечества сейчас достаточно инструментов как для обнаружения, так и для ликвидации угрозы, исходящей от астероидов. В ближайшее время этот инструментарий будет расширяться, как и его точность. Вероятность падения на Землю крупного астероида очень мала. И очень многие крупные астероиды имеют уже хорошо рассчитанные траектории. Даже знаменитый 360-метровый астероид Апофис, которым любят пугать безответственные СМИ читателей, точно не упадет на Землю, хотя сблизится с ней до 32 тысяч километров в 2029 году.
С современными технологиями по-настоящему опасный астероид можно будет открыть за несколько лет до предполагаемого столкновения с Землей. Этого достаточно, чтобы международное сообщество смогло просчитать и реализовать план по спасению, используя кинетический удар или взрывное воздействие на опасный объект.
Проблемы могут возникнуть в случае появления в Солнечной системе объекта из-за ее пределов. Таким в 2017 году стал сигарообразный 200-метровый межзвездный астероид Оумуамуа. Позднее открыли и межзвездную комету Борисова.
Подобные объекты движутся с очень высокой скоростью, а их траектория не замкнута, поэтому ее расчет крайне затруднен. Если мы не знаем траекторию, то и подготовиться заранее к встрече и отражению такой опасности проблематично. Остается полагаться на совершенствование наблюдательных инструментов и большую удачу.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
