«Звездоподобные» бродяги 💫
До поры до времени это всего лишь страшная сказка, рассказанная на ночь беспечному человечеству. Однако любая сказка – «добрым молодцам урок». Специалисты в области космических исследований сходятся во мнении, что земляне не вправе пренебрегать угрозой космических столкновений. Что мы знаем о небесных телах, несущих потенциальную опасность? Кто они, таинственные и грозные пришельцы из глубин Вселенной?
Итак, астероиды – это твердые каменистые небесные тела, которые, подобно планетам, движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам, но имеют меньшие размеры, а потому их еще называют малыми планетами. Их диаметры – от нескольких десятков метров до 1000 км (размер самого крупного астероида – Цереры).
Термин «астероид» («звездоподобный») введен английским астрономом ХVIII в. Уильямом Гершелем для характеристики внешнего вида этих объектов при наблюдении в телескоп: различить видимые диски даже у самых больших астероидов невозможно, и они выглядят как сияющие в ночи звезды, хотя, как и другие планеты, ничего не излучают, а лишь отражают солнечный свет.
🌍 Гости из Вселенной
Вблизи внутреннего края главного пояса астероидов, расположенного между Марсом и Юпитером, существуют орбиты, далеко выходящие за пределы своего «ареала распространения», способные пересекаться с путями следования Марса, Земли, Венеры и даже Меркурия. В первую очередь это группы астероидов Амура, Аполлона и Атона (по названиям крупнейших представителей, входящих в них). Орбиты не стабильны и относительно быстро эволюционируют под действием гравитационных полей планет земной группы. В частности, «амурцы» движутся по эллиптическим орбитам, перигелийное расстояние (минимальное удаление от Солнца) которых не превышает 1,3 а.е. (астрономических единиц, причем за 1 а.е. принято среднее удаление Земли от Солнца, равное примерно 149,6 млн. км). Орбита «аполлонцев» проникает и внутрь земной траектории, а представители «атонской группы» движутся в основном внутри орбиты нашей планеты. Подобное соседство может создавать угрозу столкновения с Землей. Существует даже общее определение этой группы малых планет – «астероиды, сближающиеся с Землей». На сегодняшний день таких объектов обнаружено около 800, но их общее количество может оказаться значительно большим – до 2 тыс. размером более 1 км и до 135 тыс. размером от 100 м. Можно утверждать, что столкновения с относительно небольшими телами (несколько десятков метров) происходят примерно раз в 10 лет. Подобные явления могут приводить к катастрофам локального, регионального и глобального характера.
Только в ХХ в. на Земле произошло три значительных события, обусловленных такого рода «авариями». В 1908 г. падение Тунгусского метеорита на реке Подкаменная Тунгуска сопровождалось взрывом мощностью 10–20 Мт. В 1930 г. произошел аналогичный взрыв мегатонного класса в бассейне реки Амазонки, а в 1947 г. на Землю обрушился Сихотэ-Алиньский метеорит. В последнее десятилетие в околоземной атмосфере было зарегистрировано сгорание десятка тел, размеры которых колеблются от 10 до 40 м.
Конечно, события, подобные падению Тунгусского метеорита, возможны лишь раз в 100–300 лет, однако в современном перенаселенном мире с высокой концентрацией опасных промышленных объектов они могут привести к гибели десятков миллионов человек и нанести материальный ущерб, сопоставимый с валовым национальным продуктом наиболее развитых стран.
К гораздо большим жертвам и разрушениям могут привести региональные катастрофы. Так, падение тела размером в 300–500 м в океан вызовет волну цунами, способную опустошить обширные прибрежные территории. Свидетельства о таких явлениях сохранились в исторической памяти всех народов в виде мифов и легенд о потопах, которые подтверждаются археологами и геологами. Судя по описаниям, подобные события могли быть обусловлены столкновениями с космическими телами, которые, к счастью, случаются лишь раз в 10–100 тыс. лет.
Между тем в последнее время участились «визиты» малых планет в окрестности Земли. Так, Аполлон приблизился к нам на расстояние в 11 млн. км, а спустя несколько лет Адонис подошел на 1,5 млн. км, затем Гермес прошел на расстоянии всего 800 тыс. км (расстояние между Землей и Луной составляет порядка 400 тыс. км). В марте 1989 г. трехсотметровое небесное тело пересекло орбиту Земли в точке, где она находилась всего за шесть часов до этого, причем его появление было неожиданным – его засекли уже в момент удаления. В мае 1996 г. астероид диаметром 500 м пролетел всего в 450 тыс. км от нас, а шесть суток спустя еще один полуторакилометровый «гость» приблизился на расстояние 3 млн. км.
Участившиеся факты сближения Земли с мелкими космическими телами тревожат ученых. Ведь для глобальной катастрофы достаточно метеорита размером 1 км в поперечнике.
🌍 Что ждет нас в случае катастрофы?
Удар астероида диаметром порядка 100 м о поверхность Земли уничтожит все в радиусе до 1000 км от места падения, пожары охватят обширные территории, в атмосферу будет выброшено огромное количество пепла и пыли, которые будут затем оседать в течение нескольких лет. Солнечные лучи не смогут пробиться к поверхности планеты, и резкое похолодание погубит многие виды растений и животных, прекратится фотосинтез. А когда наконец пыль осядет и циркуляция воздуха восстановится, увеличение количества углекислого газа в атмосфере вызовет парниковый эффект. Температура в околоземном слое повысится, начнется таяние полярных льдов, и большая часть суши будет затоплена. В довершение бед нарушится магнитное поле Земли, изменится динамика тектонических процессов, возрастет активность вулканов.
Наглядным примером планеты, погибшей в результате астероидно-кометной бомбардировки, стал Марс. Его поверхность буквально испещрена ударными кратерами и покрыта, будто кровью, красным налетом, что хорошо видно с Земли. Такой цвет мог образоваться только в процессе высокотемпературного воздействия при ударе небесных тел и при обязательном наличии на планете воды и кислорода. Это свидетельствует о том, что в далеком прошлом на Марсе было много воды и воздуха. Следовательно, на нем вполне могла существовать растительная, а возможно, и разумная форма жизни. Интенсивная бомбардировка его поверхности астероидами и кометами привела к тому, что Марс превратился в безжизненную пустыню.
Геологические данные свидетельствуют, что Земля неоднократно подвергалась подобным «нападениям». Глобальные катастрофы случаются раз в 100 тыс. – 1 млн. лет. Некоторые из них приводили к смене геологических периодов и эпох. Вероятность сохраняется и в наши дни.
Геологические и атмосферные процессы стерли с лица Земли следы многих столкновений. Тем не менее на поверхности планеты обнаружено свыше 140 кратеров ударного происхождения размером до 200 км и возрастом до 2 млрд. лет. Самый крупный из них, в районе полуострова Юкатан, имеет диаметр около 2 тыс. км – сейчас это Мексиканский залив. Он образовался примерно 65 млн. лет назад при ударе небесного тела диаметром около 10 км. На этом завершилась эпоха динозавров.
До недавнего времени считалось, что падение крупного метеорита случается раз в несколько миллионов лет и опасность ничтожно мала. Но количество астероидов, периодически сближающихся с Землей, оказалось намного больше, чем мы могли себе представить.
🌍 Еще один враг 🌏
Кометы в отличие от астероидов состоят из смеси водяного льда и пылевидных твердых частиц, которые по мере приближения к Солнцу начинают испаряться, в результате чего вокруг ядра кометы появляется газопылевой «хвост». Большинство комет сосредоточено за границами Солнечной системы в так называемом облаке Оорта, а также в поясе Койпера, расположенном за орбитой Нептуна. В них находится около 100 млрд. кометных ядер. За счет возмущающего воздействия планет и ближайших к ним звезд, а также столкновений друг с другом, ядра комет сходят со своих орбит и приближаются к Солнцу. При этом они, как и астероиды, периодически сталкиваются с нашей планетой. В настоящее время обнаружено около 200 комет, сближающихся с Землей, общее же их число может составлять более 20 тыс.
🌍 Классификация астероидной опасности
Американским астрономом Р. Бинзелом (R. Binzel) была разработана шкала оценки опасности столкновения с Землей астероидов и комет. Она была представлена на симпозиуме в Турине и получила название в честь этого итальянского города, а в 1999 г. была утверждена Международным астрономическим союзом.
Туринская шкала состоит из 10 пунктов, в соответствии с которыми небесные тела классифицируются (с учетом их размера и относительной скорости) по степени опасности для Земли. К нулевой категории отнесены те, о которых с уверенностью можно сказать, что они никоим образом нам не угрожают. К первой – те, что все же заслуживают внимательного наблюдения, во 2-ю, 3-ю и 4-ю категорию входят планеты, вызывающие оправданное беспокойство. Представители 5–7-й категорий несут реальную угрозу, а объекты из последних неизбежно столкнутся с нами, причем последствия могут привести как к локальным разрушениям, так и к глобальной катастрофе.
🌍 Быть или не быть – вот в чем вопрос
Современная цивилизация достигла достаточного уровня развития технологий и промышленности, чтобы создать системы и средства для своевременного выявления угрозы космического столкновения и его предотвращения. Однако для прогнозирования катастроф наших знаний об опасных пришельцах из космоса явно недостаточно, технические средства для оперативного выявления угрозы не внедрены, системы предотвращения столкновений не созданы.
Сегодня человечество стоит перед дилеммой: пойти на относительно необременительные затраты (несколько сотен миллионов долларов в год) и создать систему обеспечения космической безопасности или, надеясь на волю случая, откладывать решение вопроса до ближайшего (и, возможно, последнего) катастрофического столкновения.
Из семейств астероидов, сближающихся с Землей, наиболее полно изучены лишь самые крупные, размером более 1 км, – самые удобные для наблюдения. К настоящему времени объявлено об открытии около половины таких объектов, и ожидается, что к 2010 г. будет известно более 90%. Однако возникает острая потребность в создании международной программы наблюдения за вновь открытыми телами, осуществление которой позволит выявить наиболее опасные объекты задолго до их сближения с Землей.
Для организации космической защиты необходимо учитывать в первую очередь свойства потенциальных «врагов»: их форму, строение, состояние поверхности и прилегающих к ней слоев, физико-механические и химические свойства составляющего вещества. Такие данные частично были получены с помощью наземных или дистанционных космических наблюдений. Более полную информацию могли бы дать космические экспедиции с посадкой аппаратов на астероид, комплексным исследованием поверхности и доставкой образцов на Землю. Такая информация позволит выбрать оптимальные способы и средства предотвращения столкновения для различных, в том числе экстремальных, сценариев развития событий.
В последние годы темпы поступления информации растут. Дистанционно с помощью космической станции Galileoбыли получены данные об астероидах основного пояса Иды, Гаспра и Матильды. С помощью наземных радиолокаторов исследовались параметры орбит и свойства 68 объектов. США, Япония, Евросоюз готовят новые космические экспедиции. Сложнее обстоит дело с нейтрализацией угрозы столкновений с относительно мелкими объектами (более 10 м), которые грозят катастрофой локального масштаба. Вероятность подобных явлений относительно высока, а возможности прогноза малы, поскольку количество объектов значительно, а их наблюдение как на большом удалении от Земли, так и при непосредственном сближении затруднено. Так, по предварительным подсчетам, количество тел размером более 100 м составляет 100–200 тыс. В основе стратегии защиты от них лежит непрерывный контроль за космическим пространством в непосредственной близости от Земли и наличие дееспособной системы нейтрализации. Современный уровень технологического развития ведущих стран мира (в том числе России) позволяет приступить к созданию Системы защиты Земли от астероидной и кометной опасности, в задачи которой входит:
🔹 обнаружение и идентификация естественных космических объектов, орбиты которых могут пересекать земную;
🔹 определение степени угрозы столкновения и его последствий для биосферы и цивилизации;
🔹 организация мер по предотвращению катастрофических последствий;
В состав системы защиты должны войти:
🔸 система наблюдения за опасными объектами;
🔸 ракетные и ракетно-технические средства доставки (ракетоносители, разгонные блоки, космические перехватчики);
🔸 средства воздействия на космические тела;
🔸 глобальный командно-измерительный комплекс;
🔸 централизованный блок управления средствами системы защиты.
🌍 Все на борьбу с астероидами!
В мае 1993 г. в Санкт-Петербурге состоялась Первая международная конференция «Астероидная опасность–93». Наибольшее внимание ученых привлекли такие аспекты проблемы, как вероятность встречи Земли с опасными космическими объектами, требования к системам оптических и радиолокационных наблюдений, позволяющим фиксировать приближение космических пришельцев и прогнозировать их орбиты, а также способы защиты Земли от столкновений.
Для эффективной защиты необходима разработка способов уничтожения данных объектов, которые сводятся к двум возможностям: разрушение «врага» до его соприкосновения с нашей планетой или увод его с опасной орбиты.
Для устранения опасных космических объектов в настоящее время рассматриваются два вида воздействия: ядерное и кинетическое. Предполагается, что в случае обнаружения астероида или кометы навстречу направляются ракеты, снабженные специальными зарядами, причем в первом случае для разрушения объекта используется энергия мощного ядерного заряда, во втором – собственная кинетическая энергия небесного тела.
«Отец» американской водородной бомбы Эдвард Теллер одним из первых предложил воздействовать на опасных гостей ракетами с мощными ядерными зарядами, и возможность такого метода была всесторонне рассмотрена учеными-атомщиками и разработчиками ракетных систем. Оказалось, что если доставка ядерного заряда к объекту осуществима имеющимися ракетами-носителями, то эффективное использование энергии взрыва ядерного заряда сопряжено с большими техническими трудностями. При сильном взрыве на твердой поверхности лишь 15–20% энергии идет на уничтожение, а при заглубленном взрыве разрушительная сила возрастает в 5–6 раз. Однако осуществление подобного взрыва в объекте, движущемся со скоростью 40–60 м/с, – весьма сложная техническая задача. Кроме того, испытания мощных ядерных зарядов на Земле и вывод их в космическое пространство запрещены международными соглашениями и вызывают большие опасения с точки зрения экологической безопасности. Поэтому столь радикальный способ воздействия, вероятно, не имеет серьезной перспективы.
Альтернативой является кинетический способ, т.е. использование собственной кинетической энергии тела для его ликвидации. Впервые этот метод был предложен российскими учеными на Первой международной конференции по астероидной опасности. На пути движения астероида создается искусственное пылевое образование из малых частиц, которые будут взаимодействовать с его поверхностью, образуя кратеры с выбросом некоторой массы, пропорциональной кинетической энергии соударяющихся тел, таким образом опасный объект будет разрушаться. Использование известных теоретических моделей сильного взрыва позволяет выбрать две модели нейтрализации: полное уничтожение тела вплоть до его испарения или разделение на мелкие фрагменты, не представляющие опасности. Расчеты показывают, что для полного распыления соотношение между массой частиц облака и массой тела при скорости 40–60 км/с должно быть 10^-4 –10^-5 , т.е. для ликвидации железного астероида диаметром 10 м необходимая масса частиц облака должна составить порядка 10 тыс. кг. Учитывая, что ракетостроение имеет определенный опыт создания в космосе искусственных образований, состоящих из частиц малых размеров, кинетический способ воздействия может быть экспериментально опробован.
Источник: «В мире науки»
