Астероиды, пересекающие Землю
Дэвид К. Линч, Copyright 2007 Все права защищены.
Строящийся телескоп Pan-STARRS на Мауи. Изображение Pan-STARRS. Используется с разрешения.
Можем ли мы что-нибудь сделать с астероидом, которому суждено упасть на Землю? Ответ — да, при условии, что он достаточно мал и у нас достаточно времени, чтобы отправить космический корабль, чтобы отклонить его. Как мы увидим, чем дольше у нас есть время предупреждения, тем большим астероидом мы сможем управлять. Многие аспекты смягчения последствий столкновения с астероидами были обобщены в отчете Spaceguard. Совсем недавно НАСА также завершило исследование, и Конгресс использует его, чтобы решить, какие шаги могут и должны предпринять США и другие страны.
Астрономы потратили много времени, пытаясь выяснить, как спасти Землю от столкновения с астероидом. Сначала вам нужно найти все астероиды, рассчитать их орбиты и посмотреть, какие из них подходят к Земле в опасной близости. Как только вы узнаете орбиту, вы сможете вычислить, когда она ударит. Это говорит вам, сколько времени предупреждения у вас есть. И, наконец, если вы можете вычислить массу астероида, вы можете вычислить, насколько сильно вы должны толкнуть его, чтобы изменить его орбиту настолько, чтобы он не попал в Землю. Идея Голливуда послать бомбу, чтобы «взорвать его», нереалистична, потому что современные ракеты-носители не могут нести достаточно большую бомбу. Кроме того, вместо одного большого тела может получиться множество мелких осколков, направляющихся к Земле.
РЕКЛАМНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ
В поисках их
Найти астероиды относительно легко. Первый был обнаружен Джузеппе Пиацци в 1801 году. В настоящее время несколько обсерваторий занимаются поиском астероидов и их отслеживанием (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS и другие). В настоящее время обнаружено около 80% астероидов диаметром более 1 км. Ни у одного из них нет орбиты, которая привела бы их к земному яблочко.В 2004 году был обнаружен астероид размером 250 м, который, как ожидается, пролетит близко к Земле 13 апреля 2029 года (пятница, 13-е!). Вероятность столкновения с астероидом, названным Апофисом, составляет 1 к 45 000, и ожидается, что в ближайшие годы она будет уменьшаться по мере уточнения орбиты. Астероид 1950 DA приблизится к Земле очень близко в 2880 году. Ввиду неопределенности его орбиты, столкновение с ним остается возможным.
Когда дело доходит до столкновения с астероидом, размер имеет значение. Астероиды диаметром менее 10 метров не представляют большой угрозы, поскольку они распадаются или сгорают в атмосфере. Те, что больше 5 км в диаметре, слишком велики, чтобы мы могли с ними что-то сделать. Это только оценки, потому что важна масса, а не диаметр. Некоторые астероиды представляют собой «кучи щебня», слабо сплоченные скопления меньших тел, удерживаемых вместе слабой гравитацией астероида. Другие представляют собой жесткие, плотные породы, такие как хондриты и железо. Но, грубо говоря, диапазон размеров, который имеет значение, составляет от 10 до 5000 метров в диаметре. Так что подумайте о камнях размером между вашим домом и горой Рашмор.
Если будет найден астероид, на котором написано название Земли, предстоит многое сделать. Орбиты не известны с бесконечной точностью, всегда есть небольшие погрешности. Действительно ли он упадет на Землю или благополучно пронесется мимо нас, оставив в запасе несколько тысяч километров? (несколько тысяч км — это очень и очень близко!) Пока одни астрономы работают над ужесточением точности орбиты, другие попытаются измерить массу астероида.
Изображение астероида.
Измерение их
Это сложно. Даже в самый большой телескоп большинство астероидов представляют собой не что иное, как точки света в ночном небе. Мы не можем видеть их реальный размер и структуру, только их цвет и яркость. Исходя из этого и предположений о плотности астероида, мы можем оценить массу. Но неопределенности слишком велики, чтобы провести надежную миссию по отклонению.Поэтому следующим шагом будет отправка космического корабля к астероиду для измерения его массы и других свойств, таких как форма, плотность, состав, скорость вращения и сцепление. Это может быть либо пролёт, либо посадочный модуль. Такая миссия также предоставит чрезвычайно точную информацию об орбите, потому что космический корабль может действовать как маяк или устанавливать радиопередатчик на астероиде.
Отклонить астероид — сложная часть, хотя физика довольно проста. Идея состоит в том, чтобы подтолкнуть астероид и немного изменить его орбиту. Обычно он ударялся о Землю со скоростью около 30 км/с, хотя это зависело бы от того, врезался ли он в бок, в лоб или сзади. Но возьмем для примера 30 км/с.
РЕКЛАМНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ
Мы знаем радиус Земли: 6375 км. Если мы знаем, сколько времени до столкновения — скажем, 10 лет — тогда все, что нам нужно сделать, это ускорить или замедлить астероид на 6375 км/10 лет, или примерно на 2 см/сек. Астероид диаметром 1 км весит около 1,6 млн тонн. Для изменения его скорости на 2 см/с требуется более 3 мегатонн энергии.
Безопасность зависит от обнаружения астероидов как можно раньше. Очевидно, что чем больше у вас времени на предупреждение, тем легче внести изменения, потому что вам не нужно так сильно давить. Или вы можете отложить продвижение, пока будете улучшать орбиту или разрабатывать технологии. В качестве альтернативы, короткое время предупреждения означает, что вы должны быть заняты и работать изо всех сил. Раннее предупреждение — лучший подход. Как говорится, «Вовремя сделанный стежок спасает девять».
Кометы — это дикая карта в игре о столкновении с Землей. Обычно их обнаруживают всего за несколько месяцев до приближения к внутренней части Солнечной системы. Имея диаметр в несколько километров и скорость до 72 км/с, они представляют собой потенциально неуправляемую угрозу. С предупреждением менее чем за несколько лет, вероятно, не хватило бы времени, чтобы организовать миссию по отклонению.
МИССИЯ НАСА DEEP IMPACT:
Космический аппарат намеренно врезался в ядро кометы Темпель 1 на скорости около 10 км/с.Это был результат. 4 июля 2005 г. Изображение НАСА.
Отклонение их
Есть несколько способов отклонить астероиды, но ни один из них никогда не применялся. Подходы делятся на две категории: импульсные дефлекторы, которые подталкивают астероид мгновенно или в течение нескольких секунд, и дефлекторы «медленного толчка», которые воздействуют на астероид слабой силой в течение многих лет.
Импульсные дефлекторы бывают двух видов: бомбы и пули. Оба находятся в пределах текущих технологических возможностей. При подрыве бомбы на астероиде или рядом с ним материал сдувается с поверхности. Астероид отскакивает в противоположном направлении. Как только масса астероида известна, легко понять, насколько большую бомбу нужно использовать. Самые большие взрывные устройства, которые у нас есть, — это ядерные бомбы. Они являются наиболее энергичным и надежным средством доставки энергии, и поэтому предпочтительным подходом является отклонение ядер. Ядерные бомбы в сотни тысяч раз сильнее, чем следующий лучший подход; пули.
РЕКЛАМНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ
Подход «пуля» также прост. В астероид врезается высокоскоростной снаряд. В настоящее время у нас есть технология, позволяющая послать в астероид пулю весом в несколько тонн. Если бы скорость была достаточно высокой, этот подход мог бы дать толчки, в несколько раз превышающие то, что было бы в результате одного удара, потому что материал был бы сброшен с астероида почти так же, как это делает бомба. На самом деле подход пули — «кинетическое отклонение», как его называют, — фактически опробован косвенным образом. В 2005 году космический корабль NASA Deep Impact был намеренно маневрирован на пути кометы Tempel 1. Цель состояла в том, чтобы пробить дыру в комете и посмотреть, что выйдет. И это сработало. Хотя изменение скорости кометы было слишком маленьким, чтобы его можно было измерить, метод доказал, что мы можем отслеживать и успешно нацеливаться на астероид.
В настоящее время медленные пушеры в значительной степени концептуальны. К ним относятся: ионные двигатели, гравитационные тягачи и массовые приводы.Идея состоит в том, чтобы доставить устройство к астероиду, приземлиться и прикрепиться к нему, а затем непрерывно толкать или тянуть в течение многих лет. Ионные двигатели и драйверы масс выстреливали материал на высокой скорости с поверхности. Как и прежде, астероид отскакивает. Гравитационный тягач — это управляемая масса, которая отделяется от астероида с помощью чего-то вроде ионного двигателя. Масса трактора притягивает астероид за счет собственной гравитации. Преимущество всех медленных толкателей состоит в том, что по мере движения астероида его местоположение и скорость можно постоянно отслеживать и, таким образом, при необходимости можно вносить поправки.
Ионный двигатель прикреплен к поверхности астероида.
Изображение НАСА с иллюстративными правками.
Прикрепить что-то к астероиду сложно, потому что гравитация чрезвычайно слаба, а свойства поверхности могут быть неизвестны. Как бы вы прикрепили машину к куче песка? Большинство астероидов вращаются, поэтому толкатель будет вращаться и редко будет направлен в правильном направлении. Он также должен вращаться вместе с астероидом, а это требует много энергии. Хотя гравитационный трактор не страдает этими недостатками, ему нужен постоянный источник энергии. Все эти устройства сложны. Они должны быть снабжены питанием, контролироваться и работать удаленно в космосе в течение многих лет, а это очень сложная задача.
Мы продемонстрировали, что ионные двигатели могут работать в космосе по крайней мере несколько лет, но до сих пор ионные двигатели не обладают достаточной силой, чтобы отклонить угрожающий астероид, если не будет чрезвычайно длительного времени предупреждения. Обратной стороной длительного времени предупреждения является то, что неопределенность в отношении орбиты астероида делает невозможной уверенность в том, что он столкнется с Землей. Есть несколько далеко идущих концепций медленного продвижения: покрасить астероид в белый цвет и позволить солнечному свету оказывать радиационное давление; вывод лазера на орбиту и многократный удар по нему; подтолкнув меньший астероид достаточно близко, чтобы отклонить его под действием гравитации. Однако, когда астрономы просчитывают числа, их идеи не соответствуют какой-либо практической системе.
Астрономы — не единственные, кто беспокоится о столкновениях с астероидами. Политики, организации по реагированию на чрезвычайные ситуации и Организация Объединенных Наций обеспокоены. Если нам придется отклонять астероид, кто будет за это платить? Кто на самом деле запустит космический корабль? Если ядерные бомбы — самый надежный способ отклонить астероид, должны ли мы держать их под рукой? Доверят ли другие страны США, Израилю, России или Индии запуск ядерного оружия в космос, даже для гуманитарной миссии? Что, если астероид направляется в Женеву, а у нас есть возможность сместить место падения только на 1000 км? Какое направление мы выбираем и кто решает? Можем ли мы быть уверены в выполнении точного переключения с помощью непроверенных технологий отклонения?
Если удар астероида неизбежен, что нам делать? Если мы знаем, куда он ударит, эвакуируем ли мы людей из этого района? Как далеко мы их двигаем? Если осколки после удара останутся в атмосфере, может произойти глобальное похолодание. Кто отвечает за мировые запасы продовольствия? Если он ударит в океан, насколько большим будет цунами? Как мы можем быть уверены, что опустошение, которое мы предсказываем, верно или что мы ничего не упустили из виду? Возможно, больше всего беспокоит то, что столкновения с астероидами представляют собой катастрофу совершенно нового типа: как нам подготовиться к уничтожению (скажем) восточной части США, когда у нас есть предупреждение за 20 лет?
Эти и другие вопросы обсуждаются сегодня на научных конференциях по всему миру. К счастью, шансы на то, что даже небольшой астероид упадет на Землю в обозримом будущем, очень малы.
Дэвид К. Линч, доктор философии, астроном и планетолог, живущий в Топанге, Калифорния. Когда он не слоняется вокруг разлома Сан-Андреас или не использует большие телескопы на Мауна-Кеа, он играет на скрипке, собирает гремучих змей, читает публичные лекции о радуге и пишет книги («Цвет и свет в природе», издательство Кембриджского университета) и эссе. Последняя книга доктора Линча — «Полевой путеводитель по разлому Сан-Андреас».Книга содержит двенадцать однодневных автомобильных поездок по разным частям разлома, дорожные журналы с помилями и GPS-координаты для сотен объектов разлома. Случилось так, что дом Дейва был разрушен в 1994 году землетрясением в Нортридже магнитудой 6,7.
| Подробнее Астро |
 | Картины Вселенной |
 | Жизнь на Европе |
 | Внутренняя структура Луны |
 | Внеземные самоцветы |
 | Метеориты |
 | Околоземные астероиды |
 | Бриллианты в космосе |
 | Активные вулканы |
Найдите другие темы на Geology.com:
© 2005-2022 Геология.com. Все права защищены.
Изображения, код и контент на этом веб-сайте являются собственностью Geology.com и защищены законом об авторском праве.
Geology.com не дает разрешения на любое использование, переиздание или распространение.
