Как избежать столкновения с астероидом
Что нужно, чтобы остановить столкновение астероида с Землей?
По оценке одного астронома, потребуется не менее пяти лет, чтобы попытаться предотвратить столкновение астероида с Землей. Другие, более пессимистичные, предполагают, что пройдет не менее десяти лет. Но можем ли мы вообще позволить себе выиграть время?
Несколько недель назад Центр изучения околоземных объектов Лаборатории реактивного движения НАСА завершил проект по моделированию сценария столкновения с астероидом. Целью этой работы, которая проводится каждые два года, является работа в группах над прогнозированием возможного воздействия путем реагирования на меняющиеся ситуации.
В этом году исследователям предстояло столкнуться с астероидом под названием «2021 PDC», обнаруженным 19 апреля 2021 года в 57 млн км от Земли. Его ближайшее сближение должно было произойти 20 октября 2021 года, всего через шесть месяцев после обнаружения. Результат: большая часть центральной Европы была уничтожена.
Эта симуляция, к счастью, была вымышленной, но она преподала нам тяжелый урок: если подобный астероид действительно будет угрожать Земле, никакие существующие технологии не смогут предотвратить его столкновение с нами за столь короткое время. Возникает вопрос: сколько времени у нас должно быть на подготовку?
Не месяцы, а годы
В недавней симуляции НАСА участники узнали размер вымышленного астероида только за неделю до его прибытия на Землю. Тридцатипятиметровый камень не наносит такого ущерба, как пятисотметровый астероид. Если первый может взорваться в атмосфере, то второй может уничтожить целый город.
Быстрая идентификация может все изменить, поскольку у астрономов будет больше времени, чтобы понять природу угрозы (размер, скорость, траекторию). Вооружившись этой информацией, можно соответствующим образом развернуть оборону.
Поэтому, чтобы выиграть время, необходимо усиленное и эффективное наблюдение за небом. В этой области достигнут определенный прогресс, но еще есть над чем работать.
В 2005 году Конгресс США попросил НАСА идентифицировать и отслеживать 90% всех околоземных объектов во внутренней части Солнечной системы, диаметр которых составляет не менее 140 метров. Два года назад агентство заявило, что обнаружило около 40% из примерно 25 000 объектов такого размера или больше.
Уничтожить или изменить траекторию астероида
НАСА и ЕКА намерены протестировать эту последнюю стратегию на Диморфосе, спутнике астероида Дидим. В рамках миссии, получившей название DART (Double Asteroid Redirection Test), два агентства отправят космический корабль для врезания в Диморфосом в 2022 году. Затем миссия ЕКА «Hera» через несколько лет возьмет на себя задачу составить карту бинарной системы, чтобы оценить успех этой миссии.
И даже если мы сможем изменить траекторию астероида, потребуется еще год или два, чтобы его путь вокруг Солнца изменился настолько, чтобы отдалить его от нашей планеты.
Через несколько месяцев исследователи также смогут рассчитывать на поддержку обсерватория имени Веры Рубин, которая позволит открыть тысячи новых астероидов.
Астероидная опасность
Сейчас все чаще можно услышать об астероидной опасности. На это тему ведется немало исследований, написано много книг, снято огромное количество фильмов. Но правда ли для человечества существует астероидная опасность? Или это очередной миф, на котором процветают киноиндустрия и печатные издания?
В чем заключается астероидная опасность
Для большинства людей «падающие звездочки» не ассоциируются с опасностью. Скорее наоборот, у землян заведено еще и желание загадывать во время этого процесса. Лишь малая часть человечества понимает, что падающее небесное тело может стать причиной большой катастрофы. А то и послужить фактором гибели целой планеты.
Небольшие небесные тела, падающие на поверхность Земли чаще всего не раскаляются. Они не успевают разогреться и иногда даже покрываются льдом, так как сердцевина астероида очень холодная.
Падающий метеорит выглядит как черный объект, иногда с красноватым оттенком. Метеориты, в основном, состоят из железа, и в древности это был единственный доступный источник металла. Его использовали для изготовления различных орудий из прочного материала.
Астероидная опасность существует из-за такого феномена, как метеоритный дождь. Во время таких «осадков» несколько квадратных километров Земли оказываются под бомбардировкой небесных тел в течение какого-то времени. Подобные дожди не редкость, и за последние три столетия их было не менее 60. Поясняя простым языком, в это время с неба летят камни и куски железа. Которые могут попадать на крыши домов, объекты повышенной опасности (гидроэлектростанции или атомные станции) или даже в человека. Понимание какие угрозы несет человечеству астероидная опасность поможет к ним приготовиться.
Итак, чтобы понять, в чем заключается астероидная опасность, важно рассчитать риски, связанные с падением более крупных небесных тел. Они могут оставлять на поверхности планет целые кратеры. Астрономы зафиксировали, что больше всего пострадал от таких «дождей» Марс. Что касается нашей планеты, то самое крупное небесное тело, которое упало на Землю было диаметром 10 км. По оценкам ученых предполагается, что это произошло около 36 млн лет назад. Принято считать, что именно эта катастрофа привела к резкой смене климата. В те времена на Земле доминировали динозавры, которые не смогли пережить новые погодные условия.
Поэтому, говоря об астероидной опасности важно понимать, что все зависит от нескольких факторов:
Если будет зафиксирован крупный астероид, то специалисты смогут спрогнозировать сценарии катастроф регионального или глобального масштабов.
Способы защиты от астероидной опасности
Какие угрозы несет человечеству астероидная опасность? На первый взгляд может показаться, что атака небесных тел не решаема, но это не так. Специалисты ищут максимально эффективные меры воздействия, которые помогут разрушить опасное небесное тело или сменить его траекторию на безопасную для нашей планеты.
В этой области существует немало предложений, некоторые из них имеют конкретные аргументы и расчеты, а другие пока существуют на уровне идей.
Современные способы космической защиты от метеоритов:
Все научные идеи и экспериментальные результаты будут собираться, систематизироваться и анализироваться. Астероидная опасность существует всегда, и на сегодняшний день нельзя сказать, что человечество готово справиться с угрозой подобного рода.
Щит Земли: как защитить нашу планету от удара астероидов?
Американское космическое агентство NASA выпустило ролик, в котором смоделировало приближение к нашей планете крупнейшего астероида Флоренс, которое, по подсчётам, учёных произойдёт 1 сентября. Угрозы для нашей планеты нет, так как небесное тело пролетит на расстоянии семи миллионов километров. Но можно ли защитить Землю в случае реальной урозы столкновения? Какие реальные, утопические и фантастические проекты по борьбе с «каменными гостями» из космоса предлагают учёные и инженеры?
В августе прошлого года мимо Земли пролетел ранее неизвестный астрономам астероид 2016 QA2. Впервые его заметили и зафиксировали лишь за несколько часов до опасного сближения с нашей планетой — небесное тело размером от 15 до 50 метров разминулось с Землёй на расстоянии в 85 000 километров, что меньше четверти расстояния до Луны. В случае столкновения сила взрыва была бы в два раза сильнее, чем при падении Челябинского метеорита в 2013 году.
Теоретически системы противоракетной обороны (ПРО) типа защищавших Москву ракет А-135/А-235 могут обнаружить и атаковать небольшой астероид на высоте до 850 километров. У некоторых из этих ракет для заатмосферных участков есть ядерные боевые части. В теории даже слабой боеголовки хватит, чтобы инициировать разрушение тела, подобного челябинскому или тунгусскому метеориту. Если оно распадётся на фрагменты менее десяти метров, каждый из них сгорит высоко в атмосфере. А возникшая при этом взрывная волна не сможет даже выбить стёкла в жилых домах.
Однако особенность метеороидов и астероидов, падающих на Землю из космоса, заключается в том, что большинство из них двигается со скоростями 17—74 километров в секунду. Это в 2—9 раз быстрее, чем противоракеты А-135/А-235. Заранее точно предсказать траекторию тела несимметричной формы и неясной массы невозможно. Поэтому поразить «челябинца» или «тунгусца» даже лучшие противоракеты землян не в состоянии. Причём проблема эта неустранимая: ракеты на химическом топливе физически не могут обеспечить скорости в 70 километров в секунду и выше. К тому же, вероятность падения астероида именно на Москву минимальна, а другие крупные города мира не защищены даже такой системой. Всё это делает стандартную ПРО весьма малоэффективной для борьбы с космическими угрозами.
Начиная с 2016 года большинство тел более 120 метров в диаметре мы вполне сможем увидеть. Именно в этом году планируется ввод в строй телескопа Мауна-Лоа на Гавайях. Он станет вторым в системе Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS), создаваемой Гавайским университетом. Впрочем, ещё до его ввода ATLAS уже увидел свой первый околоземный астероид диаметром менее 150 метров.
Метод преодоления астероидной «защиты кривизной» и «защиты скоростью» существует. После падения челябинского тела NASA представило концепцию Hypervelocity Asteroid Intercept Vehicle (HAIV). Это тандемная противоастероидная система, в которой головная часть является неядерной болванкой. При коррекции орбиты астероида она ударит в него первой, причём на скорости порядка десятка километров в секунду, оставляя после себя небольшую воронку. Именно в эту воронку планируется направить вторую часть HAIV — боеголовку мощностью от 300 килотонн до двух мегатонн. Точно в момент, когда вторая часть HAIV зайдёт в воронку, но ещё не коснётся её дна, произойдёт подрыв заряда, и основная часть его энергии будет передана астероиду-жертве.
Кадр из фильма “Обливион»/Кинопоиск
Сходный подход борьбы со средними по размерам астероидами недавно проработали на суперкомпьютере «Скиф» исследователи из Томского государственного университета. Они моделировали подрыв астероида типа Апофис мегатонной ядерной боеголовкой. При этом удалось выяснить, что оптимальным моментом подрыва будет тот, когда астероид ещё до последнего сближения с планетой проходит на некотором расстоянии от неё. В этом случае взорванные обломки продолжат путь в сторону от Земли. Соответственно, опасность метеоритного дождя из фрагментов небесного тела будет сведена к нулю. А это важно: после ядерного взрыва нужной (мегатонной) мощности обломки астероида будут нести больше радиационной угрозы, чем Чернобыль.
На первый взгляд HAIV или его аналоги закрывают все проблемы. Тела меньше 300 метров после такого двойного удара развалятся на куски. Лишь примерно тысячная часть их массы попадёт в атмосферу Земли. Тела побольше, особенно металлические астероиды, так легко не сдадутся. Но и у них испарение вещества из воронки даст существенный импульс, значительно меняющий исходную орбиту. По расчётам, один такой антиастероидный «выстрел» должен стоить 0,5—1,5 миллиарда долларов — сущие пустяки, меньше стоимости одного марсохода или бомбардировщика B-2.
Перспективы человечества в борьбе с крупными астероидами — особенно больше километра — на первый взгляд выглядят гораздо лучше, чем в случае мелких и средних. Километровые объекты в большинстве случаев можно разглядеть в уже развёрнутые телескопы, в том числе космические. Разумеется, не всегда: в 2009 году были открыты околоземные астероиды диаметром в 2—3 километра. То, что такие открытия ещё происходят, означает, что вероятность внезапно обнаружить крупное тело, сближающееся с нашей планетой, есть даже при нынешнем уровне развития астрономии. Однако совершенно очевидно, что таких объектов с каждым годом всё меньше и в обозримой перспективе их может не остаться вовсе.
Даже наша страна, несмотря на отсутствие выделенного госфинансирования на поиск астероидных угроз, играет значительную роль в их отслеживании. В 2012 году группа Владимира Липунова из МГУ создала глобальную сеть телескопов-роботов МАСТЕР, охватывающую как ряд отечественных, так и зарубежных приборов. В 2014 году сетью МАСТЕР был открыт четырёхсотметровый 2014 UR116, потенциально способный столкнуться с нашей планетой в обозримом будущем.
Определённо, с крупными телами, о столкновении с которыми известно заранее, можно взаимодействовать безопаснее и без взрыва. Так, эффект Ярковского постоянно меняет орбиту практически всех астероидов, причём без опасности их драматического разрушения или потери спутников. Эффект заключается в том, что нагретая Солнцем часть астероида при его вращении неизбежно попадает в неосвещённую ночную зону. Там она отдаёт тепло в космос посредством инфракрасного излучения. Фотоны последнего придают астероиду импульс в противоположное направление.
Кадр из фильма “Обливион»/Кинопоиск
Считается, что эффект легко использовать для увода крупных «убийц динозавров» с опасной траектории сближения с Землёй. Достаточно отправить к астероиду небольшой зонд, несущий робот с баллоном белой краски. Распылив её на значительной поверхности, можно добиться резкого изменения действующего на тело эффекта Ярковского. Так, белая поверхность, например, менее активно испускает фотоны, ослабляя силу действия эффекта и меняя направление движения астероида.
Может показаться, что эффект в любом случае слишком мал, чтобы на что-то повлиять. Скажем, для астероида Голевка массой в 210 миллионов тонн он составляет примерно 0,3 ньютона. Что может изменить такая «сила» в отношении небесного тела? Как это ни странно, за много лет эффект будет довольно серьёзным. С 1991 по 2003 год траектория Голевки из-за него отклонилась от расчётной на 15 километров.
Есть и другие способы неспешного увода крупного тела с опасной орбиты. На астероиде можно установить солнечный парус из плёнки или накинуть на него сеть из углеволокна (оба варианта прорабатывались NASA). В обоих случаях световое давление солнечных лучей на небесное тело увеличится, а значит, он постепенно станет двигаться в направлении от Солнца, избегая столкновения с нами.
Посылка зонда с краской, парусом или сетью будет означать дальнюю космическую миссию, которая выйдет куда дороже пуска тандемного HAIV. Зато такой вариант намного безопаснее: он не создаст непредсказуемых изменений в орбите обстрелянного крупного астероида. Соответственно, не будет и угрожать отрывом от него крупных фрагментов, способных в будущем упасть на Землю.
Фото: © nextbigfuture.com
Что же, есть и такие предложения. Филип Лубин из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) ещё несколько лет назад представил проект Directed Energy Solar Targeting of Asteroids and exploRation (DE-STAR, на английском созвучно «Звезде Смерти»). Он требует создания орбитальной платформы по типу увеличенной МКС. Её составит множество отдельных модулей с солнечными батареями и лазерами. Все лазеры будут действовать согласованно, создавая так называемую фазированную антенную решётку. В ней амплитудно-фазовое распределение излучения отдельных лазеров будет подобрано таким образом, чтобы электромагнитные волны от них «складывались» друг с другом. Это позволит эффективно усиливать излучение в одном нужном направлении и подавлять его рассеивание во всех остальных. В результате получится как бы один сверхмощный лазер.
Фото: © nextbigfuture.com
Размер таких платформ может меняться в зависимости от конкретной задачи. Стометровая DE-STAR 2 (примерно с МКС) может «подталкивать» световым давлением крупные астероиды и кометы в нужном нам направлении прямо с земной орбиты, без рискованных полётов к далёким телам. Дистанция такого воздействия в принципе может составлять миллиарды километров. Этого уверенно хватит для коррекции траектории любого околоземного тела даже километровых размеров. Что важно, множество модулей не могут выйти из строя одновременно, а значит, отклонение астероида будет гарантированным.
При некотором масштабировании (DE-STAR 4, десять километров в диаметре) система получит достаточно энергии, чтобы всего за год полностью испарить типичный астероид диаметром в 500 метров. Небольшие тела DE-STAR 4 сможет уничтожить за считаные дни или даже часы. Такая система защиты выглядит универсальной, пригодной как против больших и средних тел типа Апофиса, так и против малых вроде челябинского или тунгусского метеоритов. Разумеется, DE-STAR 4 будет явно недешёвым проектом. Но в силу своих огромных возможностей он изначально задумывался Лубиным как многоцелевой. Его энергии хватит, чтобы разогнать небольшой космический зонд до скоростей в тысячи километров в секунду, чего вполне достаточно для исследования самых удалённых уголков Солнечной системы или (при масштабировании) даже окрестностей ближайших звёзд.
Всё вышеизложенное вроде бы внушает надежду. HAIV уже на сегодняшнем технологическом уровне можно использовать как средство «ближнего боя» против небольших тел, которые не удалось обнаружить задолго до опасного сближения. DE-STAR 2, развёрнутый на орбите, вполне способен помешать сближению с Землёй даже телу вроде Чиксулубского астероида, убившего динозавров. Такая двухслойная защита (или однослойная — в случае DE-STAR 4) выглядит вполне достаточной. Почему же при довольно проработанных и взвешенных проектах то же NASA, сотрудничавшее с создателями обоих концептов, вовсе не торопится закладывать их в бюджет? Да и Роскосмос, где после взрыва над Челябинском много говорилось о планах создания подобной системы, как-то не спешит отчитаться об их выполнении.
В западных странах ситуация усугубляется ещё и тем, что ни одна администрация не планирует космические программы на время больше нескольких лет. Все обоснованно опасаются, что при передаче власти новая администрация тут же закроет дорогостоящие программы предшественников. Значит, их нет смысла начинать. В государствах типа КНР формально всё лучше. Горизонт планирования там отодвинут далеко в будущее. Однако на практике у них нет либо технологических (Китай), либо финансовых ( Россия) возможностей для развёртывания тандемных систем вроде HAIV или орбитальных массивов лазеров типа DE-STAR.
Всё это означает, что вышеописанные проекты начнут свою реализацию только после многомегатонного взрыва вовремя не замеченного тела над густонаселённой зоной. Такое событие — которое, в общем-то, рано или поздно обязано случиться — определённо вызовет человеческие жертвы. Лишь после этого мы можем уверенно ждать политической санкции на строительство систем антиастероидной обороны как на Западе, так и, возможно, в России.
Как спасти Землю от астероида, если избежать столкновения невозможно?
На сегодня у человечества нет надежных способов избежать столкновения с астероидами, хотя такие проекты разрабатываются с 1990 годов. Например, проект Near-Earth Asteroid Tracking (NEAT) (1995 — 2007), в задачи которого входила регистрация околоземных астероидов. Лаборатория поиска околоземных астероидов имени Линкольна (LINEAR) до сих пор занимается открытием, изучением и отслеживанием орбит околоземных небесных тел.
Большая часть существующих проектов сосредоточена именно на регистрации небесных тел и расчете их орбит, что позволяет оценить шансы на их столкновение с Землей.
Описать все такие объекты недалеко от Земли до сих пор не удалось, хотя их реестр и включает сотни тысяч наименований. Тем не менее, самые опасные для планеты астероиды уже описаны, а улучшение телескопов позволит более точно считать вероятность их столкновения с планетой. Но что делать, если ученые увидят крупный объект, приближающийся к Земле? Можно ли его отклонить или разрушить?
Еще одна стратегия заключается в отправке к небесному телу крупного объекта, который выполнит роль тарана. Таким образом тоже можно изменить орбиту астероида. Попробовать такой способ на практике уже планирует NASA — специально для проекта европейский стартап уже создал сверхточные таймеры.
Другие варианты предполагают использование аппарата, который мог бы «толкать» объект, постепенно изменяя его траекторию. Посылка на астероид установки, которая медленно разрушала бы его и выбрасывала вещество в космос. Но пока наиболее реальными вариантами остается разрушение небесных тел ядерным взрывом и использование кинетического тарана.
Как спасти Землю от астероида, если столкновение будет неизбежным
На сегодняшний день наша планета находится в относительной безопасности — астероиды к ней не приближаются. Но если астрономический объект создаст угрозу для всего живого на Земле, сможем ли мы избежать катастрофы?
На сегодня у человечества нет надежных способов избежать столкновения с астероидами, хотя такие проекты разрабатываются с 1990 годов. Например, проект Near-Earth Asteroid Tracking (NEAT) (1995 — 2007), в задачи которого входила регистрация околоземных астероидов. Лаборатория поиска околоземных астероидов имени Линкольна (LINEAR) до сих пор занимается открытием, изучением и отслеживанием орбит околоземных небесных тел.
Большая часть существующих проектов сосредоточена именно на регистрации небесных тел и расчете их орбит, что позволяет оценить шансы на их столкновение с Землей.
Описать все такие объекты недалеко от Земли до сих пор не удалось, хотя их реестр и включает сотни тысяч наименований. Тем не менее, самые опасные для планеты астероиды уже описаны, а улучшение телескопов позволит более точно считать вероятность их столкновения с планетой. Но что делать, если ученые увидят крупный объект, приближающийся к Земле? Можно ли его отклонить или разрушить?