Глубокое столкновение: как отклонить астероид

Разбитое стекло. Воющие автосигнализации. Здания эвакуированы. 15 февраля 2013 года город Челябинск в Уральском регионе России ощутил всю силу ударной волны, вызванной неожиданным взрывом огненного шара примерно в 15-20 км над ним. Когда в небе над городом сгорела глыба космического камня, вылетели окна и сотряслись местные постройки. Сотни получили ранения.

29 апреля 2013 г.
Дебора Форсайт

Впечатление художника от удара кинетического ударника, наблюдаемое с исследовательского зонда. © ЭСА-АОЭС Медиалаб

Позже в тот же день астероид 2012 DA14, впервые замеченный астрономами в Испании в прошлом году, пронесся над Землей на расстоянии 27 000 км от поверхности нашей планеты.По оценкам, его диаметр составляет 45-50 м, что более чем в два раза превышает размер челябинской скалы. Если бы он врезался в Землю, этот астероид, вероятно, причинил бы гораздо большие разрушения, чем челябинский огненный шар.

Чтобы свести к минимуму вероятность рокового столкновения астероида с Землей, исследователи разрабатывают способы отклонения потенциально опасных астероидов от их курса. С января 2012 года поддерживаемый ЕС проект NEOShield, или «Щит околоземных объектов» (NEO) Shield, тестирует теорию и методы, лежащие в основе лучших идей, выдвинутых на сегодняшний день, о том, как отбиваться от приближающихся к Земле астероидов.

Его работа будет дополнена другим проектом ЕС, STARDUST, который стартовал в феврале 2013 года и в течение следующих четырех лет планирует создать сеть исследователей, прошедших подготовку в области отклонения астероидов и космического мусора.

Оба проекта объединяют несколько партнеров по исследованиям, не все из них европейцы. Например, в NEOShield участвуют Россия и США, так как в конечном счете проект стремится разработать глобальный ответ на проблему отклонения астероидов — в конце концов, астероиды могут ударить где угодно.

Приходя в место рядом с тобой

Хотя ясно, что там есть астероиды, какова реальная вероятность того, что Земля столкнется с одним из них? «Ах, на это я могу только сказать: «Какой длины кусок веревки?» — говорит исследователь NEOShield, профессор Алан Фитцсиммонс из Королевского университета в Белфасте. «Астероиды бывают всех размеров, и, как галька на пляже, скорее всего, нас поразят маленькие, просто потому, что их больше».

«Астероид шириной в один километр, вероятно, будет сталкиваться с нами раз в 800 000–1 миллион лет. Такой небольшой, как тот, что видели над Челябинском, диаметром около 17 м, скорее всего, будет поражать нас каждые 80–100 лет».

“

В 2029 году астероид Апофис диаметром около 300 м должен пролететь мимо Земли. Прогнозируется, что он отстанет от нас всего на 30 000 км. Мы должны быть к этому готовы.

Профессор Алан Харрис, координатор NEOShield

Большинство астероидов вращаются вокруг Солнца в поясе астероидов, расположенном между орбитами Марса и Юпитера. Относительно немногие, однако, обращаются вокруг Солнца по траектории, приближающей их к Земле, — так называемые околоземные объекты, из которых лишь небольшое число приближается к Земле так близко, что представляет угрозу.

В NEOShield основное внимание уделяется работе с астероидами немного крупнее того, что взорвался над Челябинском. «Обнаружение крошечных астероидов по-прежнему чрезвычайно сложно. Их так много, что трудно уследить», — говорит координатор NEOShield, профессор Алан Харрис из Берлинского института планетарных исследований DLR (Немецкий аэрокосмический центр).

«Большинство маленьких астероидов взорвутся до того, как упадут на землю. Нас беспокоят те, которые имеют диаметр около 100 метров и выше, они тяжелее и, скорее всего, не только упадут на землю, но и оставят воронку», — говорит Харрис. «Для сравнения: в настоящее время насчитывается около 20 000 околоземных объектов диаметром 100 метров и более. Астрономы обнаружили 25 % из них. Но 75 % из них еще не найдены».

Удар, буксир или ядерная бомба

Часть работы NEOShield заключается в том, чтобы узнать больше информации о свойствах известных ОСЗ. Эти детали необходимы, когда дело доходит до тестирования предлагаемых методов отклонения астероида; то, что хорошо работает для отклонения одного астероида, может не сработать для другого. Минеральный состав и пористость астероида, например, будут влиять на его поведение по отношению к выбранному методу отклонения.

«Идеи об отклонении астероидов витают уже несколько лет, — говорит Фитцсиммонс. «Но мы еще никогда не пытались реализовать его по-настоящему. С помощью численных расчетов, физических измерений и моделирования мы проверяем лучшие из предложенных на сегодняшний день методов. К концу проекта мы порекомендуем метод, который в конечном итоге может быть проверен космической миссией на реальном астероиде».

Три основных метода отклонения астероида, находящиеся под пристальным вниманием, — это подходы «удар», «буксировка» и «атомная бомба». Ссылаясь на ядерный подход, Харрис поясняет: «Мы не можем провести ядерный взрыв, но мы можем оценить эффективность такой техники. Взорвать ядерную взрывчатку рядом с астероидом может оказаться лучшим способом избавиться от астероида, или это может привести к тому, что скала расколется на миллионы кусков, что нанесет еще больший ущерб».

В соответствии с методом «Удар», официально известным как метод смягчения кинетического удара, космический корабль изменяет скорость астероида и его конечную траекторию, врезаясь в него. Таким образом, импульс ударяющего тела передается астероиду, заставляя его отклоняться от своего первоначального пути.

В методе «Буксир» для перемещения астероида используется «гравитационный тягач». Трактор, по сути, представляет собой космический корабль, который парит над астероидом и использует свое гравитационное притяжение, чтобы немного отклонить астероид от курса. Профессор Алан Харрис, координатор NEOShield.

Из звездной пыли и спутников

Как только NEOShield даст свои окончательные рекомендации по дизайну будущей космической миссии, возможно, что эксперты, прошедшие подготовку в рамках проекта STARDUST, смогут помочь продвинуть миссию еще на один этап.

«В ходе проекта мы намерены набрать 15 человек для обучения отклонению астероидов и космического мусора в академических институтах и ​​центрах космических исследований по всей Европе», — говорит Массимилиано Василе, который координирует проект из своей Лаборатории передовых космических концепций в Университете Стратклайда. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ. «Есть много отдельных проектов, посвященных этой теме, — добавляет он, — но мы хотели бы создать основную группу экспертов, занимающихся ее развитием и готовых действовать в качестве лиц, принимающих решения в будущем».

Новобранцы STARDUST пройдут различную подготовку по моделированию и симуляции, оценке и прогнозированию орбиты и высоты, а также по активному удалению или отклонению несговорчивых целей.

«Несогласная цель» может быть либо астероидом, либо куском космического мусора. «В дополнение к астероидам, вращающимся вокруг Солнца, у нас есть облако искусственных объектов или космического мусора, вращающегося вокруг Земли», — говорит Василе.

“

Разумная жизнь на Земле развилась только благодаря счастливому случаю, что за последние 70 миллионов лет не было крупных столкновений.

Профессор Стивен Хокинг, британский физик, лекция «Жизнь во Вселенной», 1996 г.

«Люди создали этот мусор, который в основном состоит из спутников, используемых для связи или наблюдения. Сейчас нам нужны эксперты, чтобы отслеживать и держать под наблюдением этот космический мусор. Как и астероиды, израсходованные спутники неуправляемы. Возможно, мы сможем обновить программное обеспечение на спутниках, но когда спутник выходит из строя, обычно через 10 лет, мы еще не можем его физически починить. Пока мы не сможем, нам нужно найти способы их эффективной утилизации, потому что в противном случае есть большая вероятность столкновения спутников, что вызовет опасную цепную реакцию в космосе».

Последний отсчет
Профессор Алан Харрис, координатор NEOShield.

До сих пор идея столкновения Земли с астероидом обычно считалась предметом научно-фантастических фильмов. Но февральские события изменили восприятие. «После Челябинска отклонение астероида больше не рассматривается общественностью как второстепенное соображение, — говорит Харрис. «Это проблема, которую необходимо решить».

Несмотря на то, что завтра не прогнозируется появление гигантского астероида, наблюдатели за астероидами сохраняют бдительность. «В 2029 году астероид Апофис диаметром около 300 метров должен пролететь мимо Земли. Прогнозируется, что он упустит нас всего на 30 000 км», — говорит Харрис. «Мы должны быть готовы к этому».