В чем заключается астероидная опасность
Астероидная опасность – новая тема в курсе астрономии
Что нужно знать об астероидах?
Астероиды — это небесные тела, двигающиеся вокруг Солнца, имеющие неправильную форму и диаметр более 30 метров. Их разделяют на три группы: астероиды Главного пояса, околоземные и астероиды из этих двух групп, представляющие потенциальную опасность.
Главный пояс образуют астероиды, вращающиеся между орбитами Марса и Юпитера. Там находится примерно 90% всех объектов. Астероидов диаметром более 100 км насчитано 200 штук, а диаметром более 100 м — примерно 25 млн. Несмотря на большую численность объектов, суммарная масса Главного пояса — всего 4% от массы Луны и 0,06% массы Земли. Половина этой массы приходится на 4 крупнейших объекта: карликовую планету Цереру (занимает треть общей массы), Весту, Палладу и Гигею.
Околоземные астероиды делятся на 4 группы, в зависимости от соотношения их орбит с земной орбитой: Атоны, Аполлоны, Амуры и Атиры. Околоземных астероидов десятки тысяч. Третий по величине околоземный астероид и крупнейший, из пересекающих земную орбиту — Эрос.
Перед названиями астероидов указываются цифры: (4) Веста, (253) Матильда, (2867) Штейн — они обозначают порядок открытия объекта.
Что значит «опасный астероид»?
Потенциально опасными объектами считаются астероиды, которые могут приближаться к Земле достаточно близко, на расстояние менее 7,5 млн километров (что составляет примерно 19,5 расстояний от Земли до Луны).
Как измеряется опасность столкновений:
Туринская шкала. Качественная оценка в сравнении — какие астероиды более опасны, какие менее.
Палермская шкала. Количественная оценка, вычисление опасности конкретного астероида.
Самый известный из потенциально опасных астероидов: (99942) Апофис, открытие которого одно время обсуждалось всюду. Его диаметр составляет 370 м, дата сближения с Землей на расстояние 38 000 км — 13 апреля 2029 года. Однако в списке потенциально опасных астероидов по Палермской школе он занимает лишь пятое место. На первом месте находится астероид под названием (29075) 1950 DA, диаметром 1300 метров. Он окажется в опасной близости с Землей предположительно в 2880 году.
Астероиды Главного пояса на данный момент опасность не представляют, но они могут пересечь орбиту Земли после столкновений с соседями либо в результате гравитационного влияния крупных объектов. Из околоземных астероидов внимание привлекает Эрос, аналогичный по величине тому, который, как предполагается, вызвал вымирание динозавров: он находится в орбитальном резонансе с Марсом, и планета изменяет его траекторию на более вероятную для соударения с Землей.
Прогнозы утешительны: на данный момент не известно ни одного астероида, который достоверно столкнется с Землей. С тех пор как NASA стало финансировать изучение астероидов, новые объекты открываются чуть ли не ежедневно, и по Туринской шкале, которая предусматривает градацию опасности по 10 баллам, большинство астероидов при открытии получают рейтинг 1 балл, а после наблюдений риск приравнивается и вовсе к 0 баллов. По Палермской шкале также нет астероидов с опасными показателями — есть только объекты, требующие наблюдения.
Почему важно изучать астероидную опасность?
Столкновения астероидов с Землей происходят регулярно — это достоверно известно. Частота не меняется уже более миллиарда лет. Так, астероиды диаметром 30 м сталкиваются с Землей раз в 200 лет, а диаметром 10 км — раз в 100 млн. лет.
Большая часть астероидов еще не открыта. По приблизительным данным, доля пока не обнаруженных астероидов диаметром 1 км — 20%, а диаметром 50 м — 97%.
Большая часть уже открытых астероидов, включая потенциально опасные — «не номерные», то есть известна только их номинальная орбита и не известно влияние на нее других тел.
Последствия столкновения могут быть как угодно велики. Наложение зоны поражения Тунгусского события на карту Москвы показало, что даже небольшой объект (диаметром около 50 м), способен полностью уничтожить мегаполис.
Эффект от падения астероида в соответствии с диаметром:
1000 м — разрушения в масштабах континента.
5000 м — глобальное изменение климата.
10 000 м — закат человеческой цивилизации (но таких объектов, к счастью, на околоземных орбитах нет).
Как защититься от астероидов?
Существует две стратегии действий в случае, если траектория астероида пересечется с траекторий Земли: разрушение или изменение траектории. Причем первая стратегия не рассматривается, поскольку вследствие разрушения один объект превратится в несколько тел с неизвестными траекториями.
Что может изменить траекторию астероида:
Кинетический таран. Тяжелый объект направляется в конкретную точку астероида (что очень сложно реализовать технически).
Гравитационный буксир. Массивный объект помещается рядом с астероидом для использования закона всемирного тяготения (тоже сложно реализовать, поскольку буксир должен быть с двигателями).
Ракетные двигатели. Устройства прикрепляются к астероиду.
Перекрашивание. Изменение цвета на белый или черный позволяет использовать давление солнечных лучей.
Как изучать астероидную опасность?
Корпорация «Российский учебник» предлагает самый популярный УМК по астрономии для 11 класса авторства Бориса Воронцова-Вельяминова и Евгения Страута. Комплект включает учебник, рабочую программу, методическое пособие, электронную форму учебника. Также недавно был издан сборник проверочных и контрольных работ, скоро появятся атласы.
Вы можете воспользоваться некоторыми компонентами курса бесплатно:
Электронная форма учебника (доступна на один месяц по промо-коду 5books)
Тема астероидной опасности присутствует в представленном УМК, поскольку является обязательной для изучения в наши дни.
Угрозы из космоса: погибнет ли человечество от столкновения с астероидом
В конце мелового периода на Землю упал метеорит, уничтоживший динозавров. Прошло уже более 66 млн лет, но космос по-прежнему остается непредсказуем, даже несмотря на то, что люди совершили большой скачок с точки зрения инноваций и почти сделали путешествие в космическое пространство возможным для каждого.
Столкновение с Землей: как ученые определяют уровень опасности астероидов
Столкновение Земли с опасными космическими объектами не возникает, когда они движутся по одной траектории, но в разный момент времени. Сейчас исследователи космоса отмечают четыре наиболее опасных астероида, траектории которых пересекаются с Землей:
Астрономы ранжируют астероиды по Палермской шкале — особой шкале опасности. Самым опасным до 2021 года считался Apophis (2004 MN4), диаметр которого около 325 м. Его среднее сближение с Землей — примерно 31 тыс. км от поверхности планеты (примерно 1/10 расстояния от Земли до Луны). Ученым удалось выяснить, что в ближайшие 100 лет астероид не опасен — он, скорее всего, пролетит мимо.
Опасные космические объекты: от астероидов до межзвездных объектов
Астероиды — не самые опасные космические объекты. Их можно пересчитать, а так как они движутся в ограниченной области солнечной системы (в главном поясе астероидов, между орбитами Марса и Юпитера) по почти круговым орбитам, за ними еще и легко наблюдать. На сегодняшней день открыто более 1 млн астероидов: все — в диаметре крупнее километра. Телескопы нового поколения с широким полем зрения позволяют следить за этими космическими объектами.
Кометы более опасны и непредсказуемы. Они прилетают из самых далеких областей Солнечной системы, куда солнечные лучи уже не проникают, поэтому заметить кометы невозможно. Они движутся вокруг Солнца по вытянутой орбите, и при приближении к нему у нее появляется хвост длиной в миллионы километров. В тот момент, когда комету заметят, пройдет уже два-три года, как она пролетела мимо Земли: обезопасить ее движение для поверхности планеты за такой маленький срок невозможно. Кометой оказался известный Тунгусский метеорит, столкнувшийся с поверхностью нашей планеты в районе реки Подкаменная Тунгуска в 1908 году. Тунгусский метеорит повалил деревья на площади, равной площади Москвы.
Самый опасный космический объект — межзвездный. Он не связан силой тяготения с какой-либо звездой. Впервые межзвездный объект обнаружили в 2017 году: в пространстве около Солнца заметили тело из другой (неизвестной нам) планетной системы. Оно на огромной скорости пронеслось близко к Земле и получило название 1l/Oumuamua (C/2017 U1), что на языке Гаити означает «первый вестник издалека». По форме межзвездный объект напоминает огромную вытянутую сигару. Некоторые предполагали, что межзвездный объект мог быть даже кораблем пришельцев.
Еще один объект, который был потенциально опасен, так как неожиданно пролетел близко к Земле — комета Борисова (Borisov), открытая с помощью самодельного телескопа Геннадием Борисовым, инженером Крымской лаборатории Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ. Это первая известная межзвездная комета.
Другие космические объекты — метеоры и метеориты. Метеоры мелькают и сгорают в земной атмосфере. Метеориты падают на поверхность Земли.
Как предотвратить столкновение астероида с Землей: распыление опасных объектов и эффект Ярковского
Первое, что нужно сделать человечеству — строить телескопы и обсерватории. Большой телескоп может увидеть космический объект задолго до его приближения к орбите Земли. Наземный телескоп должен быть оснащен очень большим сегментом зеркал диаметром в 39,3 м.
Существует несколько способов отражения астероидной атаки, но одним астрономам с ней не справиться — нужно мобилизовать силы для создания мощного технологического изобретения: например, лазерной пушкой, либо ракетной пушкой, которая была бы заряжена ядерными бомбами, превращающими космический объект в пыль.
К сожалению, наблюдая за космическим пространством в телескоп, нельзя точно определить, где находится цель: сквозь толстый слой воздуха она выглядит размытым сияющим пятном. Один из вариантов предотвратить столкновение астероида с Землей — отметить космический объект маркером (например, радиомаячком), который позволит заметить его и отслеживать движение. Радиоастрономы намного точнее наводят свои телескопы, чем оптические астрономы.
Радиоастрономия исследует электромагнитное излучение космических объектов.
Оптическая астрономия наблюдает за космическими объектами с помощью телескопов, способных принимать видимый свет.
Известно несколько тысяч астероидов — значит, надо запустить несколько тысяч ракет, которые подлетят к ним, закрепив радиомаячки. Несколько лет назад так уже сделали. Японское космическое агентство в 2014 году запустило к орбите астероида Ryugu космический аппарат Hayabusa-2, а через два года США запустили к орбите Bennu (1999 RQ36) автоматическую межпланетную станцию OSIRIS-Rex, которая села на астероид в 2019 году.
Bennu потенциально является одним из самых опасных космических объектов. Его диаметр — 560 м. Для сравнения высота Empire State Building — 443 м, а Эйфелевой башни — 324 м. Предположительно, Bennu приблизится к Земле в 2175–2199 годах, но его траекторию еще можно изменить с помощью ядерных зарядов. Вероятность столкновения астероида с Землей раньше, в 2023 году, составляет 0,04%.
Солнечные лучи — один из вариантов воздействия на астероид. Конечно, они оказывают слабое влияние на космические объекты, но даже такая сила в течение многих лет может постепенно увести астероид с опасной траектории. Самый сильный эффект солнечных лучей был открыт в 1900 году московским инженером и естествоиспытателем Иваном Яровским. Он выяснил, что тепловое излучение придает астроиду дополнительную силу ускорения. Представьте: солнечный свет нагревает дневную поверхность Земли, но в самом теплом состоянии поверхность Земли оказывается вечером. Остывая, планета отдает в космос инфракрасное излучение, которое работает как реактивный двигатель (в фантастических романах его называют фотонной ракетой). Эффект Ярковского влияет на тела диаметром до десяти метров. Получается, что если астероид темного цвета посыпать мелом, который отразит лучи и не позволит его поверхности нагреться, можно усилить впитываемость солнечного света и ослабить эффект Ярковского. Если посыпать угольной пылью, астероид впитает солнечный свет — давление уменьшится, но усилится эффект Ярковского.
Астероидная угроза
В настоящее время число потенциально опасных астероидов оценивается в 10 – 20 тысяч штук. Но они не представляют смертельной опасности для человечества. Исследования Дэвида Рабиновича и его коллег из Йельского университета США позволяют сделать вывод, что оценка крупных околоземных астероидов была сильно завышена минимум вдвое. Если раньше ученые говорили о почти 2000 объектах с диаметром более 1 км., то сейчас их число сократилось до 500-1000 штук. Данная оценка количества небесных тел была получена с помощью системы слежения за астероидами NEAT, смонтированной на телескопе ВВС США на вершине горы Халеакала, расположенной на Гаваях. В настоящее время почти все астероиды этой весовой категории определены, это же относится и к астероидам размером около 10 км в диаметре, которые способны уничтожить жизнь на планете. По версии ряда ученых, именно столкновение Земли с небесным телом диаметром около 10 км привело к вымиранию динозавров и примерно 70% флоры и фауны планеты.
Астероид такого размера как VD17 при столкновение с Землей образовал бы кратер диаметром 10 км и спровоцировал бы землетрясение силой 7,4 балла по шкале Рихтера (при этом произошло бы выделение порядка 10 тыс. мегатонн энергии, что сопоставимо со всем земным арсеналом ядерного оружия). К счастью, у нас, а точнее даже у следующего поколения, есть еще век на то, чтобы предпринять какие-либо действия на этот счет.
Туринская шкала астероидной опасности
События, не имеющие последствий
0 – вероятность столкновения Земли с космическим телом равна 0 или ниже вероятности столкновения Земли с неизвестным науке небесным телом сопоставимого размера в течение ближайших десятилетий. Такую же оценку получают небесные тела, которые просто сгорят в атмосфере Земли.
События, которые заслуживают осторожной проверки
1 – вероятность столкновения с Землей чрезвычайно низка или равняется вероятности столкновения планеты с неизвестным небесным объектом того же размера.
Пристальное внимание астрономов, события, заслуживающие беспокойства
2 – небесное тело приблизится к Земле, но столкновение при этом окажется маловероятным.
3 – достаточно тесное сближение с планетой с вероятностью столкновения от 1% и выше. Столкновение грозит планете локальными разрушениями.
4 – достаточно тесное сближение с планетой с вероятностью столкновения от 1% и выше. Столкновение с Землей грозит региональными разрушениями.
Угрожающие Земле события
5 – достаточно тесное сближение с планетой с серьезной вероятностью столкновения, которое может сопровождаться региональными разрушениями.
6 – достаточно тесное сближение с планетой с серьезной вероятностью столкновения, которое может спровоцировать глобальную катастрофу.
7. – достаточно тесное сближение с планетой с очень высокой вероятностью столкновения, может вызвать катастрофу глобального масштаба.
Неизбежные столкновения
8 – столкновение Земли с небесным телом, вызывающим местные разрушения (подобные события отмечаются раз в 1000 лет)
9 – столкновение Земли с небесным телом, которое вызовет глобальные разрушения на планете (подобные события отмечаются раз в 1000-100 000 лет)
10 – столкновение Земли с небесным телом, которое приведет к глобальной катастрофе (подобные события фиксируются раз в 100 000 лет и более).
Несмотря на столь низкую вероятность столкновения с двумя известными науке астероидами не стоит сбрасывать со счетов другие, более мелкие, диаметром от 100 до 300 метров. Падение такого небесного подарка на Землю может обернуться потерей какого-нибудь крупного города. И в данном вопросе на первое место выходит оперативность обнаружения таких небесных тел. Очень важно не «проспать катастрофу».
Так, астероид DD45 был обнаружен 28 февраля 2009 года и уже через три дня опасно близко приблизился к Земле. Астероид AL30 через три часа после своего обнаружения пролетел на высоте в 130 000 км., то есть ниже орбиты искусственных спутников Земли. Были случаи, когда астрономы обнаруживали опасный объект уже после опасности. Так, 23 марта 1989 года астрономы открыли 300-метровый астероид Асклепий, который пересек орбиту нашей планеты в точке, в которой Земля была лишь 6 часов назад. Астероид был обнаружен уже после того, как отлетел от Земли. Поэтому главная опасность заключается не в том, что астероид размерами 300 метров и более столкнется с Землей, она достаточно мала, а в том, что он будет обнаружен слишком поздно.
Над решением данной проблемы работают не только в США, но и у нас в стране. Процесс противодействия астероидной угрозе включает в себя три компонента: 1) регулярный поиск новых астероидов и проведение мониторинга уже известных ученым объектов, представляющих опасность для планеты; 2) проектирование средств для наблюдения и активного противодействия астероидам; 3) разработка точных и надежных средств противодействия.
Самонаводящийся, высокоточный ударный космический аппарат «Капкан» состоит из головки самонаведения, двигателя, аппаратуры ориентации и стабилизации. Он может комплектоваться одним ударным или переменным числом отделяемых от аппарата ударных модулей, каждый из которых обладает собственной двигательной установкой. После обнаружения астероида, приближающегося к Земле, «Капкан» выходит на заданную траекторию. Бортовые средства аппарата устанавливают параметры движения небесного тела и вносят корректировки в траекторию полета корабля. Позже происходит отделение ударных блоков, аппаратура корабля фиксирует последствия удара по небесному телу и передает их на Землю.
По оценкам специалистов ОАО «ГРЦ Макеева», сумма затрат на создание необходимых космических аппаратов и их адаптацию к ракетно-космическим комплексам обойдется приблизительно в 17 млрд. руб. и займет около 10 лет. Деньги достаточно большие, но не идущие ни в какое сравнение с возможными затратами на восстановление поврежденной каким-нибудь случайным астероидом инфраструктуры.
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.
Термины МЧС России
возможная угроза столкновения планеты Земля с твёрдым космическим телом (малой планетой) от 1 км и более. В качестве объекта особой опасности астероиды рассматриваются ввиду отсутствия надёжных средств их раннего обнаружения, а также защиты от ударного воздействия. Степень опасности и последствий от удара зависят от массы и конкретного места падения астероида. Размер астероида — критерий уровня соответствующих катастрофических процессов на планете, включая её мантию. При падении астероида на материковую поверхность Земли (как это происходило не раз), возможна активизация движений крупных блоков земной коры и, как следствие, проявления вулканизма (с выбросом в атмосферу громадного количества газов и пыли) с катастрофическими землетрясениями, волн цунами, высотой многие сотни метров, затоплением прибрежных зон континентов и низко расположенных островов Мирового Океана, возникновением кратера ударного типа. При падении астероида в океаническую акваторию возможно образование волн цунами, высотой более 1 км, способных неоднократно обогнуть поверхность Земного шара. Результатом может быть образование облаков пыли и за счет этого понижение температуры воздуха и поверхности Земли, возникновение оледенения, разрушение инженерных объектов, частичное или полное уничтожение животного, растительного мира и человека. В истории Земли периодичность крупных астероидных катастроф со сменой растительного и животного мира определяется интервалом в 180—220 млн. лет (галактический цикл). Катастрофические столкновения Земли с астероидами диаметром 10—40 км происходили с интервалом 55—100 млн. лет. Вероятность падения астероидов более 1 км составляет 3 явления / 1 млн. лет. Наиболее вероятно столкновение Земли с астероидами, находящимися в зоне между Юпитером и Марсом, при сходе какого-либо небесного тела с орбиты и продвижении его к орбитам внутренних планет Солнечной системы. Вероятность столкновения с астероидами Галактического облака, к которому принадлежит Солнечная система, слабо предсказуема и весьма неопределенна.
109012, г. Москва,
Театральный пр., 3