Опасные астероиды
Как предотвратить столкновение небесного тела с Землей
После падения метеорита под Челябинском в 2013 году не только специалисты, но и многие жители планеты Земля осознали, что существует проблема астероидно-кометной опасности. Насколько она серьезна?
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Это зависит в первую очередь от размеров сталкивающегося с Землей астероида и от того, как часто такие события происходят. Что известно? Астероиды диаметром порядка метра практически полностью сгорают в атмосфере Земли и опасности не представляют. Такие события происходят регулярно. Если до Земли долетает метеорит размером порядка 10–100 м, это грозит локальной катастрофой. Примеры — упомянутый Челябинский метеорит, известный Тунгусский метеорит. Такие события происходят примерно раз в 100 лет. Астероид размером в несколько сотен метров способен вызвать региональную катастрофу на площади, соизмеримой с размерами европейской страны. Такие события могут происходить в среднем один раз в 10–100 тыс. лет. Столкновение Земли с астероидом размером более километра может вызвать глобальную катастрофу, по последствиям соизмеримую с полномасштабной ядерной войной, включая такие эффекты, как «ядерная зима», «ядерная ночь». Характерное время между такими событиями — миллионы лет. На поверхности Земли известны многочисленные следы, которые оставили огромные метеориты. Любят говорить о том, что из-за них погибли динозавры. Во всяком случае, такие события способны полностью изменить биологическую жизнь на Земле.
Обеспечение астероидной безопасности — комплексная междисциплинарная проблема. Ее по-настоящему осознали в конце прошлого века, когда человечество стало способно такие масштабные проблемы решать. Можно выделить ее составные части: 1) Исследование астероидов и комет, которым занимается астрономия. 2) Минимизация ущерба в случае столкновения астероида с Землей. 3) Предотвращение соударений астероидов с Землей. Вторая часть подразумевает различные мероприятия МЧС (в России), я на ней здесь не буду останавливаться.
Первая астрономическая компонента проблемы подразумевает наблюдения астероидов, определение и уточнение их орбит, выделение среди возможных траекторий опасных сценариев, ведущих к соударениям с Землей, и их тщательное изучение. Здесь достигнуто немало. Предотвращение соударений предполагает активное воздействие на астероид с целью его разрушения или изменения его траектории. Здесь пока в основном проекты, теоретические разработки.
Как известно, большинство астероидов движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, расположенным между орбитами Марса и Юпитера. В конце прошлого века астрономы начали целенаправленный поиск астероидов, которые в принципе могут угрожать Земле, и нашли их немало. На сегодня известно порядка тысячи астероидов, для которых вероятность столкновения с Землей в ближайшие 100 лет отлична от нуля (точнее, больше 1010). К счастью, размеры большинства из них невелики, а вероятности соударений с Землей малы. Типичные значения вероятностей — одна миллионная, одна десятитысячная считается большой величиной. Казалось бы, всем этим можно пренебречь. Если вам скажут, что вероятность выиграть миллион в лотерею — одна миллионная, можно успокоиться — вы не выиграете. Однако если погибнет все живое на Земле, вероятность одна миллионная уже не кажется пренебрежимо малой...
На сегодня вычислены орбиты почти всех астероидов размером более километра, которые в принципе могут угрожать Земле. Примерно половина астероидов размером полкилометра и больше, а орбиты опасных астероидов размером менее 100 м известны лишь для примерно 10% их общего числа.
В отличие от орбит Земли, Луны, Марса, Венеры и т. д., которые известны нам с очень высокой точностью, орбиты многих астероидов, в том числе опасных для Земли, нам плохо известны, потому что пока было мало наблюдений. Многие астероиды можно наблюдать и уточнять их орбиты только тогда, когда они близко от Земли. Поэтому не всегда удается однозначно определить их траектории на несколько десятков лет вперед. Мы говорим тогда о возможных траекториях, возможных соударениях и сближениях астероидов с Землей, Луной и т. д. Неопределенность траекторий многократно увеличивается после тесного сближения (не соударения!) астероида с планетой. Земля, притягивая астероид, резко меняет его эллиптическую орбиту вокруг Солнца. Существует хорошая аналогия — игра в бильярд. Движение бильярдного шара после удара по нему предсказуемо, однако после соударения с другим шаром его движение предсказуемо в значительно меньшей степени, не говоря уже о втором и тем более третьем соударении. Поэтому важнейшая задача предсказания движения астероидов, которые могут оказаться опасными для Земли — выделение и изучение опасных сценариев, оценка их вероятностей,— оказывается такой трудной. В частности, и мы на кафедре небесной механики СПбГУ активно над ней работаем.
Рассмотрим кратко принципиальные возможности предотвращения соударения астероида с Землей и трудности их реализации. Простой способ изменения орбиты — удар по астероиду, меняющий его скорость и всю траекторию. Ударник нужно доставить к астероиду и ударить так, чтобы получить нужное изменение его скорости. Это дело непростое и недешевое, и не было пока таких экспериментов, хотя они планируются. Поэтому, если астероид небольшой (скажем, менее 50 м в диаметре), представляется целесообразным допустить его падение на Землю, предсказав по возможности точно место и время падения. И провести заранее разработанные мероприятия «по линии МЧС».
Если размеры астероида — несколько сотен метров и есть запас времени, естественно, попытаться изменить его орбиту. Серьезнейшая трудность, с которой мы сталкиваемся,— возможности современной космической техники, не позволяющие вывести в космос ударник достаточной массы (сотни и тысячи тонн). Один из принципиально возможных способов преодоления этой трудности — использование эффекта гравитационного маневра, или «даровой» гравитационной энергии планет. Если задолго до соударения астероида с Землей имеет место тесное сближение с ней, то «ударное» небольшое изменение скорости до сближения превратится в значительное изменение скорости и траектории после сближения. Его уже может быть достаточно для предотвращения соударения.
Наши исследования показывают, что на возможных траекториях астероидов, ведущих к соударениям с Землей, нередко встречаются и тесные сближения с ней. Изучение открывающихся возможностей изменения орбит астероидов весьма важно с разных точек зрения.
Другой очевидный способ преодоления указанной серьезнейшей энергетической трудности состоит в использовании атомной энергии, взрыва атомной (водородной) бомбы. На сегодня это, видимо, единственный способ попытаться спастись, если с Землей гарантированно сталкивается астероид размером порядка километра. К счастью, мы пока таких не знаем. Как известно, вывод в космос ядерного оружия сейчас запрещен. Это, конечно, хорошо, но никак не способствует разработке мер по предотвращению астероидной опасности. Ведь необходимы эксперименты.
Специалисты на планете Земля непрерывно следят за уровнем астероидно-кометной опасности. Периодически обнаруживаются ранее неизвестные астероиды, которые имеют ненулевые шансы столкнуться с Землей. Некоторые из них имеют размеры в сотни метров. Уточнение орбит таких опасных объектов из наблюдений обычно приводит к тому, что астероид становится безопасным — летит мимо Земли. Или вероятность соударения оценивается очень малым числом. Но появляются новые опасные объекты...