Астероидная опасность

Рассуждения об астероидной опасности
Комаров С.М.
(«ХиЖ», 2001, №1)



Хроника осознания


В 1577 году Тихо Браге догадался, что кометы — это такие же космические тела, как Солнце или Луна. В 1682 году Якоб Бернулли предположил, что комета может однажды столкнуться с Землей. Спустя четырнадцать лет Вильям Вильсон рассчитал, что комета, пролетевшая в 1680 году, всенепременно столкнется с Землей в 2255 году и наступит конец света. К счастью, его расчет был неверен: из-за действия планет-гигантов эта комета так изменяет свою орбиту, что с Землей не столкнется никогда, но начало страхам было положено.

В 1794 году, после каменного града, выпавшего во Франции, мировое научное сообщество наконец-то признало, что рассказы о падении камней с неба вовсе не легенды, сочиненные невежественными крестьянами или шарлатанами, а самая что ни на есть научная реальность. Через семь лет Джузеппе Пиацци открыл первый астероид — Цереру. Спустя век, в 1906 году, американский инженер Д. Барринджер предположил, что кратер диаметром 1220 м и глубиной 20 м в Аризоне получился из-за столкновения с астероидом. Через два года в районе Подкаменной Тунгуски случился взрыв мощностью 10—20 мегатонн, что раз в сто мощнее взрыва в Хиросиме. В 1922 году астрономы приняли версию о том, что кратеры Луны получились из-за столкновения с метеоритами, а в 1932 году обнаружили первый астероид, Аполлон, орбита которого пересекает орбиту Земли.

В 1994 году на Юпитер упала комета Шумейкера — Леви. Это событие подтвердило, что катастрофы из-за столкновения планет с другими небесными телами действительно случаются в Солнечной системе и в современную эпоху.


Хроника XX века


На Земле в двадцатом веке самая крупная катастрофа, вызванная космическим объектом, произошла в 1908 году. Тогда Тунгусский метеорит повалил лес на площади 2000 кв.км, что в два с лишним раза больше площади современной Москвы. Запоздай он на несколько часов, на месте Санкт-Петербурга лежала бы груда развалин. Следующий крупный объект мощностью в мегатонны взорвался в 1930 году в джунглях Амазонки. В 1947 году взрыв в десятки килотонн случился на Сихотэ-Алине. А в 1972-м в небе США и Канады пронесся болид, подобный Тунгусскому. К счастью, его орбита лишь чуть-чуть затронула атмосферу и взрыва не было.

Все эти катастрофы очевидцы заметили потому, что они случились над сушей. Над океаном, которым занято две трети поверхности планеты, такие космические объекты появляются ничуть не реже. Значит, за двадцатый век в Землю попал десяток больших метеороидов, и лишь по счастливой случайности катастроф с миллионами пострадавших людей не было. Обстоятельства будут столь благоприятными отнюдь не всегда хотя бы потому, что увеличивается и плотность населения, и число опасных рукотворных объектов, вроде арсеналов оружия массового поражения, атомных электростанций, химических, биотехнологических производств и водохранилищ.

Геологическая летопись и история XX века свидетельствуют, что рано или поздно, так или иначе, но другое, не очень-то маленькое небесное тело обязательно в нашу планету врежется. Как это тело встретить?


Сценарий перехвата


Итак, опасный космический объект подлетает к Земле. Астрономы его заметили. Что дальше? Дальше надо что-то делать: создавать штаб, готовить ракеты, давать команды на старт, эвакуировать население. Оказывается, сейчас этого сделать нельзя. Ни в одном государстве нет такого органа власти, в который должен обратиться астроном, обнаруживший внезапную угрозу.

А если бы был, что тогда? Тогда он привел бы в действие систему противодействия, и в конце концов к объекту полетел бы ядерный заряд. В зависимости от размера объекта он либо отклонит его, либо разнесет на мелкие куски, либо испарит. Заряда мощностью в килотонны, который ракета поднимет с Земли, вполне хватит для того, чтобы расколоть метеороид типа Тунгусского, то есть диаметром в сотню метров. Получающиеся фрагменты с большой скоростью разлетятся во все стороны, а те из них, что попадут в атмосферу, сгорят в ней и не принесут особого вреда.

Для объекта размером свыше километра, угрожающего глобальной катастрофой, потребуется более сложная система воздействия. По мнению специалистов из нашего ведущего института, снежинского ВНИИ технической физики, ядерный заряд — самый радикальный и, возможно, единственный способ. Главное преимущество в том, что ядерная энергия — наиболее концентрированная и, значит, в космос придется отправлять груз наименьшего веса. Если на астероид удастся доставить заряд, правильно его там заложить, если астероид окажется монолитным, а не пористым и уж тем более не состоящим из нескольких кусков, то хороший взрыв придаст ему импульс и сместит орбиту. Расчет показывает, что изменить орбиту километрового астероида можно без особых проблем, а вот с объектом диаметром в пятьдесят километров справиться сложнее. Зарядов необходимого класса в существующих арсеналах нет. Более того, применять современные боевые ядерные устройства вряд ли оправданно. Их делали для других целей, они не приспособлены к работе в космических условиях и не оптимальны по механизму воздействия.


Концепция проекта «Цитадель», НПО им. А.С.Лавочкина (С любезного разрешения ведущего конструктора А.В.Зайцева)

В общем-то, прототипы всех компонентов этой системы имеются. Космические телескопы летали на станциях «Салют» и «Мир», аппаратах «Астрон», «Гранат», «Аркон». Отлично работают американские «Хаббл» и «Чандра». Радиотелескоп есть, например, в Евпатории и на острове Сардиния. Универсальная межпланетная станция многоцелевого назначения была разработана для проектов «Фобос» и «Марс». Разгонный блок «Фрегат» способен быстро разогнать рабочую нагрузку. Электрореактивный ионный двигатель даст длительный разгон, если все-таки торопиться некуда. Ракетоносители «Зенит» или «Протон» приспособлены для вывода боевого заряда в космос. А ядерная боеголовка от СС-18 уничтожит стометровый метеороид


Разрушать большие тела вблизи Земли, тем более у границы атмосферы, нельзя. Как показывает численное моделирование, большие осколки не успеют разлететься. Они попадут в Землю и могут привести к громадным разрушениям и жертвам. Поэтому воздействовать на объект следует на отдаленных участках его орбиты, желательно в точке наибольшего удаления от Солнца.

Поскольку мощный заряд одна ракета с Земли не поднимет, его, а также другие компоненты системы: разгонный блок, устройства доставки, диагностики, наведения и, при необходимости, причаливания придется монтировать в космосе, а уж оттуда совершать межпланетный перелет к опасному объекту.

То, что сейчас нет ни заряда, ни технологии, с помощью которой можно в считанные часы или хотя бы дни собрать на орбите столь сложную систему, — это понятно. Но с маленьким камнем (50—100 м) сможет человечество справиться?

Здесь тоже непросто! Ведь мало вывести заряд в космос, нужно еще попасть в объект. А он летит со скоростью 10-30 км/с, если происходит от астероидов, и 50-70 км/с, если происходит от комет. Лучшие же системы наведения, которые используют для противоракетной обороны, рассчитаны на цели, летящие с гораздо меньшими скоростями (до 10 км/с). Скорее всего, первоначальные данные об опасном теле будут неточны. Тогда, чтобы прицелиться, придется сначала запустить аппарат-корректировщик. Он уточнит параметры орбиты и сообщит их второму, боевому, кораблю.

Впрочем, корректировщика тоже нет. В первый и последний раз похожую схему применяли в 1986 году, когда исследовали комету Галлея. Тогда советские аппараты «Вега» пролетели рядом с ней и сообщили координаты следующему за ними европейскому спутнику «Джотто». Он смог подобраться к комете поближе и провел необходимые измерения. В общем, некоторый опыт в делах такого рода и прототипы аппаратов есть. Но не более. И не следует забывать, что к прилету кометы Галлея космические аппараты и приборы к ним готовили больше пяти лет всем миром.

Кстати, и разгонные блоки тоже на складе не лежат. Есть чертежи, по которым следует делать разгонный блок и аппарат-корректировщик, а также технологические цепочки оборудования, на которых эти устройства можно создавать Вот и весь арсенал.

Чтобы эти чертежи превратились в готовые изделия, человечество должно осознать существование проблемы. Вот если бы астрономы заметили опасный объект заранее, например, за несколько лет, а то и j десятилетий до роковой встречи. Тут у человечества сразу же появляется стимул — уцелеть, и никого убеждать в существовании астероидной опасности больше не приходится. Корабли исследовательских экспедиций один за другим стартуют в направлении опасного объекта, а боевые корабли разворачивают систему противодействия. Как же найти этот самый, опасный, объект задолго до столкновения?




Охотники за астероидами


Сейчас астрономы договорились, что под крупным и опасным  следует понимать объект диаметром в километр, подлетевший к Земле на расстояние менее миллиона километров. Столкновение с ним наверняка приведет к глобальной катастрофе, а число таких объектов невелико, не больше двух тысяч. Пересчитать их значительно проще, чем сотни тысяч стометровых метеоритов. Видимо, выявив километровые объекты, охотники за астероидами займутся полукилометровыми, а потом и теми, что помельче.

Основную работу по учету опасных объектов взяли на себя американцы. В США за крупными астероидами следят четыре группы, оснащенные телескопами с диаметром зеркала 0,5—1 м. В 1999 году к ним присоединились исследователи из Крымской обсерватории, реанимировавшие телескоп Рихтера — Слефогта с зеркалом диаметром 64 см. К 2002 году японцы закончат строительство системы для охоты за астероидами, состоящей из трех телескопов и одного радиотелескопа. Увлеченные идеей, свои программы наблюдений стали разворачивать китайцы и англичане.

Примерно за два месяца американцы сканируют северную половину небесной сферы и считают появившиеся там в это время объекты. Если с каким-то из них астрономы разминутся, а за два месяца объект, который произошел от кометы, со скоростью 50—70 км/с как раз пролетает путь от Марса до Земли, то его могут заметить в следующий раз. Считается, что к 2010 году орбиты 90% опасных объектов будут известны.

Как же идет охота? Астероид или кометное ядро — тусклый объект. На изображении, полученном с помощью присоединенной к телескопу ПЗС-матрицы, астроном видит много таких объектов. Шанс привлечь внимание астронома есть у тех из них, которые более ярки и смещаются достаточно быстро. То есть так, что по нескольким снимкам одного и того же участка небесной сферы (как правило, их делают три раза с интервалом в полчаса) удалось бы проследить траекторию движения. Яркость же астероидов в зависимости от вещества, из которого они состоят, различается в десять раз. Получается, что при существующей методике множество тусклых объектов выпадают из рассмотрения, даже если их размер опасно велик: их просто не видно в телескоп среднего размера. А мощные телескопы пока в охоте за астероидами не участвуют.


0


Если объект удалось выделить, за ним будут следить несколько недель и определят орбиту. А по ней уже оценят параметры и минимальное расстояние между его орбитой и орбитой Земли, после чего объект либо попадет в список опасных, либо нет. То ли из-за трудностей с идентификацией, то ли из-за ошибок при определении элементов орбиты, более четверти всех найденных американцами опасных объектов теряется. То есть в расчетное время они не появляются в той точке, где их яркость становится достаточно большой для успешных наблюдений.


70-метровая антенна уникального радиотелескопа в Евпатории. С ее помощью можно обмениваться информацией на расстоянии в 10 световых лет


Неужели это гарантия безопасности? Помимо технического несовершенства самой методики поиска опасных объектов с помощью телескопов среднего размера, у нее есть принципиальный недостаток — она не рассчитана на внезапно появившийся объект, а согласно точке зрения многих астрономов, именно такие объекты представляют настоящую опасность. Скорее всего, вращающиеся миллиарды лет астероиды, а это 90% сближающихся с Землей объектов, уже давно пришли в равновесие с планетами Солнечной системы. Сойти со своей орбиты астероид может после столкновения с другим похожим объектом. Тогда он из вполне предсказуемого превратится во внезапно появившийся и окажется в компании с другими столь же неприятными объектами, за которыми охотятся астрономы: с кометами и метеороидами.


Хвостатая звезда Полынь


Внезапно появившийся опасный объект астрономы могут заметить только случайно, и вот почему. Во-первых, на Земле нет стольких телескопов, чтобы одновременно следить за всей небесной сферой. Во-вторых, объект должен быть достаточно ярким, чтобы его в принципе можно было увидеть в телескоп. А в-третьих, у астрономов почти нет шанса обратить внимание на объект, летящий прямо на Землю, — он почти не меняет свое положение на небесной сфере. Но, как мы уже раньше сказали, чтобы тусклое светило привлекло внимание астронома, охотящегося за опасными для Земли объектами, оно должно изменить свое положение за время наблюдений.

Главные претенденты на роль большого, внезапно появившегося объекта — кометы, мертвые либо с большим периодом обращения. Мертвая — это та, что за свою миллионнолетнюю жизнь слишком часто проходила рядом с Солнцем и все вещество, способное образовать у живой кометы хвост, из нее испарилось. Оставшееся ядро очень темное, и его плохо видно в телескоп. Более того, испарившееся вещество связывало фрагменты кометы воедино, поэтому вместо более-менее заметного ядра по орбите может путешествовать совсем уж тусклый и незаметный рой обломков.

Беда комет в том, что их орбиты сильно вытянуты, даже у комет с малым периодом обращения они заходят за орбиту Юпитера. В результате путь оказывается длиннее, чем у астероидов, а возмущения орбит из-за взаимодействия с планетами-гигантами — больше. Поэтому увеличивается и ошибка в расчетах.

Но есть кометы с большим периодом обращения. Сейчас известно 835 комет с периодом обращения более 200 лет. К счастью, никакая из них Земле не угрожает. Однако ни один астроном не возьмет на себя смелость утверждать, что в ближнем космосе нет кометы, которая пролетает рядом с Землей раз в тысячу-другую лет и в очередное посещение не собирается попасть в нашу планету.

В числе таких комет могут оказаться и галактические кометы, то есть не принадлежащие к Солнечной системе. Дополнительная опасность, исходящая от них, — очень большая скорость, более 200 км/с, и соответственно колоссальная кинетическая энергия, которая при столкновении перейдет в энергию взрыва.


Звездные дожди с градом


Чем рой разъяренных пчел опаснее одного разъяренного медведя? Тем, что их много, — гласит восточная мудрость. Это в полной мере относится к малым опасным, диаметром более 50 метров, объектам — метеороидам: обломкам комет, мелким астероидам и прочим камням, летающим в пространстве. Их в сотни раз больше, чем комет или астероидов. Только через сферу диаметром пять миллионов километров вокруг Земли за год пролетает более сорока тысяч метеороидов размером более пяти метров. Про них никак нельзя сказать, что это гипотетическая угроза — они постоянно попадают в нашу планету. А десять раз за столетие приводят к катастрофам, к счастью пока в безлюдных местах.

В том, что такие объекты представляют большую опасность, может убедиться каждый: в тайге еще лежит лес, поваленный взрывом в районе Подкаменной Тунгусски. Более того, среди астрономов появилось мнение, что юпитерианская катастрофа 1994 года вполне может повториться и на Земле. Ведь за год наша планета пересекает пути двухсот пятидесяти метеорных роев, образовавшихся при распаде крупных тел, комет. В этот момент выпадают звездные дожди, то есть в атмосфере сгорают пылинки, размазанные по орбите этого крупного тела.

Коль скоро метеорный поток — останки кометы, по той же орбите, что и пыль, могут двигаться и большие обломки. Все известные потоки проходят через атмосферу, значит, из-за разницы периодов обращения рои обломков, если они до того не распадутся в пыль, однажды обязательно оказываются в том же месте, что и Земля. Более того, возможно, некоторые потоки метеоров — это все, что осталось от той или иной кометы, когда-то столкнувшейся с Землей. То, что с метеорными потоками связаны крупные обломки, российские астрономы уже подтвердили: за три года исследований они нашли два десятка таких объектов. Один из них, диаметром двести метров, в 1997 году пронесся на расстоянии 600 тысяч километров от Земли, что почти равно двум расстояниям до Луны.

Метеорные потоки — не единственный источник метеороидов. Это могут быть и мелкие астероиды, которые из-за столкновений постоянно покидают Главный пояс. В отличие от обломков кометы, такой объект прилетает к нам без предупреждения.

Хотя метеорные потоки неплохо изучены, из-за огромного количества и малого размера метеороиды нельзя пересчитать, занести в каталог и долгие годы следить за их движением. Но именно они, падая раз в десять лет, и представляют собой ту самую опасность, для устранения которой надо начинать создание системы защиты планеты.


Построение системы


По оценкам инженеров из НПО им. С.А.Лавочкина, система, которая позволяет разобраться с опасными метеороидами (см. схему), обойдется в несколько сотен миллионов долларов. Состоит она из центра принятия решения при Министерстве чрезвычайных ситуаций, комплекса наблюдения и комплекса противодействия либо наземного, либо космического базирования.

Чтобы сделать такую систему, прежде всего надо разместить в космосе, желательно на расстоянии в пятнадцать миллионов километров от Земли, два- три телескопа. Это расстояние выбрано не случайно: опасный объект преодолеет его за неделю и это минимальный срок, который есть у человечества для подготовки. Впрочем, за пределами атмосферы астрономы смогут следить за всей небесной сферой и заметить опасный объект диаметром в сотню метров далеко за орбитой Марса, то есть за месяцы до столкновения. Благодаря большой точности космических измерений, установить траекторию объекта довольно легко. А для более точного определения орбиты следует использовать радиотелескопы. Будет тут и научная польза: астрономы получат огромный объем информации о Солнечной системе и ее окрестностях. Работа с телескопами в космосе — дело хорошо известное и нашим, и американским ученым, потому что на околоземной орбите эти приборы летали чуть ли не с начала освоения космического пространства.


Звездное небо глазами астронома. Стрелкой указан 200-метровый метеороид, обнаруженный в потоке Каприкорнид в августе 1997 года. Его заметили потому, что рядом расположен ориентир — тесная пара звезд. Размер объекта астрономы оценивают по яркости и расстоянию, принимая за эталон яркость Луны. Однако металлический астероид отражает свет раз в пять лучше, чем каменный, а углеродистый астероид или обломок ядра кометы — в пять раз хуже. Значит, и настоящий размер может быть в 2—3 раза больше или меньше оценочного


Если опасный объект появится в поле зрения телескопов, будет задействована система ближнего перехвата, про которую мы рассказывали в самом начале. Но для ее создания необходимо провести целую серию экспериментов, ведь чтобы грамотно справиться с опасным объектом, нужно точно знать его орбиту, форму, размер, массу. Выяснить, из каких веществ состоит этот объект и как они распределены по объему. Установить, нет ли внутри него полостей и вообще, одно это небесное тело или несколько, связанных друг с другом общей судьбой и силами гравитации.

В случае внезапного появления опасности провести такие исследования, если их методика не отработана, вряд ли удастся. Поэтому надо все компоненты системы подогнать заранее и на каком-нибудь пролетающем неподалеку метеороиде испытать ее в действии.

Конечно, у человечества есть много других проблем, грозящих глобальными катастрофами: землетрясения, извержения вулканов, истощение озона, потепление климата. Но астероидная опасность принципиально от них отличается тем, что уровень развития техники позволяет с ней справиться.

Кроме того, борьба с астероидами входит в число тех больших проектов, которые способны определить путь человеческой цивилизации в XXI веке. Этот проект предполагает не просто выход человечества далеко за пределы околоземной орбиты, но активное воздействие на расположенные там объекты. А это и есть первый шаг к освоению космических ресурсов.




Падение кометы Шумейкера — Леви на Юпитер в июле 1994 года


В марте 1993 года астрономы Юджин и Кэролин Шумейкеры и Дэвид Леви заметили в телескоп с зеркалом 0,4 м странный объект, похожий на бусы из жемчуга. Эта цепочка как единое целое двигалась в пространстве и своим необычным видом привлекла внимание астрономов. Когда подняли архивы наблюдений, оказалось, что этот объект — комета, которая годом ранее прошла очень близко от Юпитера и развалилась на два десятка фрагментов диаметром от ста метров до нескольких километров. Рассчитав орбиту фрагментов, астрономы поняли, что они врежутся в Юпитер, и стали готовиться к наблюдению катастрофы.


Изображение, которое художник составил из фотографий, полученных американским орбитальным телескопом «Хаббл» (STS1. JPL, NASA, США)


Фрагменты кометы падали несколько дней. Когда они проходили через магнитосферу, ученые зафиксировали огромные, много больше Земли, облака ускоренных ионов натрия. Через несколько минут после входа в атмосферу обломки взрывались. Над Юпитером вздувались огромные султаны paскаленного до 10 000оС газа. В считанные минуты, со скоростью более 4 км/с, то есть в половину первой космической, они достигали высоты до трех тысяч километров, охлаждались и опадали. От мест взрыва расходились волны со скоростью 600 м/с.


Изображение, полученное инфракрасной камерой на 3,5-метровом телескопе в германо-испанской обсерватории в Калар-Альто, Испания. Для сравнения в нижнем углу помещено изображение Земли


Там, где обломки кометы вошли в атмосферу планеты, спустя месяцы после катастрофы висели полосатые облака площадью в тысячи квадратных километров. Они состояли из частиц аэрозоля, которые были прозрачны в видимой области спектра, но отражали свет в инфракрасной.

При всем различии Земли и Юпитера этот натурный эксперимент продемонстрировал, что ужасные сценарии последствий столкновений, разработанные физиками, включая модели ядерной зимы, вполне правдоподобны.





Падение семиметрового метеороида в районе Юкона 18 января 2000 года


Вот как его описал канадец Эдвард Лемке из города Атлина, который снял это происшествие на пленку (http://www.atlinrealty.com/home.htm).




«В 8.45 гигантская вспышка осветила весь город. Стало светло, как днем. Я подумал, что кто-то пускает фейерверки, но звук был другим, будто с соседнего дома комья снега падают на мою крышу. Спустя полторы минуты я стал фотографировать небо. Поначалу было красное облако. Через восемнадцать минут оно побелело, но перестало умещаться на фотографии. Спустя 45 минут после вспышки его все еще можно было разглядеть».





Из высказываний участников Международной конференции «Космическая защита Земли — 2000»


Как свидетельствуют расчеты, нет известных объектов, которые в ближайшие сто лет близко подойдут к Земле Наибольшую опасность представляют не вошедшие в каталоги внезапно появляющиеся объекты: либо огромные тела, приближающиеся из глубин космоса по сильно вытянутым орбитам подобно долгопериодическим кометам, либо небольшие метеоро- иды, за которыми трудно уследить.


По-настоящему опасны сравнительно молодые объекты — кометы или их утратившие активность ядра, а также продукты их распада.


Наблюдатели, которые ищут сближающиеся с Землей астероиды, уделяют больше внимания «6ыстрым объектам», оставляющим в кадре длинный след, в то время как наибольшую опасность представляют объекты, движущиеся по углу зрения, то есть «медленные» — имеющие малую угловую скорость перемещения.


Не нужно считать все болтающиеся в космосе булыжники. Достаточно заметить тот, что летит на нас, и увернуться от него.


Яркость 300-метрового астероида за два месяца до столкновения находится в диапазоне от 13-й до 21-й звездной величины, медленно увеличиваясь, а за несколько дней перед ударом нарастает очень быстро.

Еще по теме

Оказалось, что достаточно внушительный астероид, попавший в Атлантический океан, способен породить такое цунами, что оно сметет все Восточное побережье Северной Америки аж до самых Аппалачей. Кстати, Франции и Португалии тоже придется не сладко, их прибрежных городов вообще не останется на карте мира. >>
В 1993 году, на конференции по астероидной опасности, которая проходила в Университете Аризоны, ученые высказывали предположения, что и стометровый астероид (камешки этого размера, по статистике, падают на Землю каждое столетие), угодив в океан, вызовет не менее разрушительную волну. По их расчетам, такие катастрофы должны происходить с устрашающим постоянством — по нескольку раз в тысячу лет. >>
Так получилось, что в современной астрономии господствующее положение заняла астрофизика. Новые мощные наземные телескопы последних десятилетий предоставили огромное количество информации о Вселенной. Астрометрия выглядит не столь привлекательно: на Западе кое-где ее уже «не видят» как самостоятельную науку, а считают неким вычислительным приложением к астрофизике. Небесную же механику зачастую трактуют как баллистику: подумаешь, эка невидаль рассчитать траекторию ракеты или космического аппарата. Но эта точка зрения несправедлива: и та, и другая науки сохранили свое самостоятельное значение. >>