Содержание
Можем ли мы что-нибудь сделать с астероидом, которому суждено попасть 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 длиннее время предупреждения, тем больше астероидов мы сможем преодолеть. Многие из аспектов смягчения воздействия астероидов были кратко изложены в Отчете космической охраны. Совсем недавно НАСА также завершило исследование и использовалось конгрессом, чтобы решить, какие шаги США и другие страны могут и должны предпринять.
Астрономы потратили много времени, пытаясь понять, как спасти Землю от удара астероида. Сначала вы должны найти все астероиды, рассчитать их орбиты и посмотреть, какие из них находятся в опасной близости от Земли. Как только вы знаете орбиту, вы можете понять, когда она ударит. Это говорит вам, сколько времени у вас есть предупреждение. И, наконец, если вы можете выяснить массу астероида, вы можете вычислить, насколько сильно вам нужно толкнуть его, чтобы изменить его орбиту настолько, чтобы пропустить Землю. Голливудская идея отправить бомбу, чтобы «взорвать ее», нереальна, потому что современные ракеты-носители не могут нести достаточно большую бомбу. Кроме того, вместо одного большого тела вы можете получить множество мелких осколков, направляющихся к Земле.
Найти их
Найти астероиды относительно легко. Первый был найден Джузеппе Пьяцци в 1801 году. Несколько обсерваторий в настоящее время посвящены поиску астероидов и их отслеживанию (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS и другие). В настоящее время обнаружено около 80% астероидов диаметром более 1 км. Ни у одного из них нет орбит, которые могли бы привести их к земному бычьему зрению. В 2004 году был обнаружен астероид размером 250 м, который, как ожидается, пройдет вблизи Земли 13 апреля 2029 года (пятница, 13-е!). По имени Апофис вероятность удара астероида равна 1 из 45000, и ожидается, что по мере уточнения орбиты в ближайшие годы она будет уменьшаться. Астероид 1950 DA приблизится к Земле очень близко в 2880 году. Ввиду неопределенности на его орбите, воздействие остается возможным.
Когда дело доходит до ударов астероидов, размер имеет значение. Астероиды диаметром менее 10 метров представляют небольшую угрозу, потому что они разрушатся или сгорят в атмосфере. Те, что больше 5 км в диаметре, слишком велики для нас, чтобы с ними что-то делать. Это только оценки, потому что важна масса, а не диаметр. Некоторые астероиды представляют собой «груды обломков», слабо консолидированные наборы более мелких тел, скрепленных слабой гравитацией астероида. Другие - жесткие, плотные камни, такие как хондриты и утюги. Но, грубо говоря, диапазон размеров, который имеет значение, составляет от 10 до 5000 метров в диаметре. Так что подумайте с точки зрения скал между размером вашего дома и Mt. Рашмор.
Если найден астероид, на котором написано имя Земли, многое еще предстоит сделать. Орбиты не известны с бесконечной точностью, всегда есть небольшие неопределенности. Это действительно ударит Землю, или это безопасно пролетит мимо нас с запасом нескольких тысяч километров? (несколько тысяч километров очень, очень близко!) В то время как некоторые астрономы работают над повышением точности орбиты, другие будут пытаться измерить массу астероида.
Измеряя их
Это сложно. Даже в самом большом телескопе большинство астероидов - не что иное, как точки света на ночном небе. Мы не можем видеть их фактический размер и структуру, только их цвет и яркость. Исходя из этого и предположения о плотности астероида, мы можем оценить массу. Но неопределенности слишком велики, чтобы поставить надежную миссию отклонения. Поэтому следующим шагом будет отправка космического корабля к астероиду для измерения его массы и других свойств, таких как форма, плотность, состав, скорости вращения и сцепление. Это может быть пролет или посадка. Такая миссия также предоставила бы чрезвычайно точную информацию об орбите, потому что космический корабль мог действовать как маяк или устанавливать радиотранслятор на астероиде.
Отклонение астероида - трудная часть, хотя физика довольно проста. Идея состоит в том, чтобы подтолкнуть астероид и немного изменить его орбиту. Обычно он попадает на Землю со скоростью около 30 км / с, хотя это будет зависеть от того, идет ли он вбок, в лоб или сзади. Но давайте возьмем 30 км / с в качестве примера.
Мы знаем радиус Земли: 6375 км. Если мы знаем, сколько времени должно быть на предупреждение, скажем, 10 лет, то все, что нам нужно сделать, это ускорить или замедлить астероид на 6375 км / 10 лет, или примерно на 2 см / с. Астероид диаметром 1 км весит около 1,6 миллиона 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 для предупреждения, тем легче внести изменения, потому что вам не нужно нажимать так сильно. Или вы можете отложить толчок, пока вы улучшаете орбиту или разрабатываете технологию. Кроме того, короткое время предупреждения означает, что вы должны быть заняты и нажимать так сильно, как можете. Раннее предупреждение - лучший подход. Как говорится, «стежок во времени спасает девять».
Кометы - это дикая карта наземной игры. Они обычно обнаруживаются только за несколько месяцев до приближения к внутренней солнечной системе. При диаметре в несколько километров и скорости до 72 км / с они представляют собой потенциально неуправляемую угрозу. С предупреждением менее чем за несколько лет, вероятно, не будет достаточно времени, чтобы начать миссию отклонения.
Космический аппарат был намеренно врезался в ядро кометы Темпель 1 со скоростью около 10 км / с. Это был результат. 4 июля 2005 г. Изображение НАСА.
Отражая их
Есть несколько способов отклонить астероиды, хотя ни один из них никогда не пробовал. Подходы делятся на две категории: импульсные дефлекторы, которые толкают астероид мгновенно или в течение нескольких секунд, и дефлекторы «медленного толчка», которые прикладывают слабое усилие к астероиду в течение многих лет.
Импульсные дефлекторы бывают двух видов: бомбы и пули. Оба находятся в пределах текущих технологических возможностей. Взрыв бомбы на астероиде или рядом с ним, материал выдувается с поверхности. Астероид откатывается в противоположном направлении. Как только масса астероида станет известна, легко понять, насколько велика бомба. Самые большие взрывные устройства, которые у нас есть, - это ядерные бомбы. Они являются наиболее энергичным и надежным средством доставки энергии, и поэтому ядерное отклонение является предпочтительным подходом. Ядерные бомбы в сотни тысяч раз сильнее следующего лучшего подхода; пули.
Подход «пули» также прост. Скоростной снаряд врезался в астероид. В настоящее время у нас есть технология для отправки пули весом в несколько тонн в астероид. Если бы скорость была достаточно высокой, такой подход мог бы дать толчки в несколько раз больше, чем результат одного удара, потому что материал был бы сорван с астероида почти так же, как бомба. На самом деле, подход пули - «кинетическое отклонение», как его называют, - на самом деле был опробован косвенным образом. В 2005 году космический корабль НАСА Deep Impact был преднамеренно маневрирован на пути кометы Темпель 1. Цель состояла в том, чтобы пробить дыру в комете и посмотреть, что получилось. И это сработало. В то время как изменение скорости кометы было слишком маленьким, чтобы измерить, техника доказала, что мы можем отследить и успешно нацелиться на астероид.
Медленные толкатели в настоящее время в значительной степени концептуальны. К ним относятся: ионные двигатели, гравитационные тракторы и массовые водители. Идея состоит в том, чтобы транспортировать устройство к астероиду, приземлиться и присоединиться к нему, а затем постоянно толкать или тянуть в течение многих лет. Ионные двигатели и водители массы стреляли материалом на большой скорости с поверхности. Как и прежде, астероид отскакивает. Гравитационный трактор - это контролируемая масса, которая отделена от астероида чем-то вроде ионного двигателя. Масса трактора тянет астероид, используя собственную гравитацию. Преимущество всех медленных толкателей заключается в том, что при перемещении астероида его местоположение и скорость можно непрерывно контролировать и, таким образом, при необходимости можно вносить исправления.
Изображение НАСА с иллюстративными изменениями.
Прикрепить что-либо к астероиду сложно, потому что сила тяжести очень слабая и свойства поверхности могут быть неизвестны. Как бы вы прикрепили машину к куче песка? Большинство астероидов вращаются, и, таким образом, толкатель будет вращаться вокруг и редко будет направлен в правильном направлении. Это также должно было бы вращаться с астероидом, и для этого нужно много энергии. Хотя гравитационный трактор не страдает от этих недостатков, ему необходим постоянный источник энергии. Все эти устройства сложны. Они должны питаться, управляться и работать непрерывно в космосе в течение многих лет, очень высокий заказ.
Мы продемонстрировали, что ионные двигатели могут работать в космосе не менее нескольких лет, но до сих пор ионным двигателям не хватает силы, чтобы отклонить угрожающий астероид, если нет чрезвычайно длительного времени предупреждения. Недостатком долгого времени предупреждения является то, что неопределенность на орбите астероида не позволяет быть уверенным, что он ударит по Земле. Есть несколько далеко идущих концепций медленного толчка: покрасить астероид в белый цвет и позволить солнечному свету оказывать радиационное давление; вывод лазера на орбиту и многократный удар по нему; подталкивая меньший астероид достаточно близко, чтобы отклонить его гравитационно. Когда астрономы управляют числами, однако, идеи отстают от любой практической системы.
Астрономы - не единственные, кого беспокоит воздействие астероидов. Политики, организации реагирования на чрезвычайные ситуации и Организация Объединенных Наций - все обеспокоены. Если нам придется отклонить астероид, кто за это заплатит? Кто на самом деле запустит космический корабль? Если ядерные бомбы - самый верный способ отклонить астероид, должны ли мы держать ядерные бомбы под рукой? Будут ли другие страны доверять США, Израилю, России или Индии, чтобы они поставили ядерное оружие в космос даже для гуманитарной миссии? Что делать, если астероид направляется в Женеву, и у нас есть только средства, чтобы сместить место удара на 1000 км. Какое направление мы выбираем и кто решает? Можем ли мы быть уверены в точном сдвиге с помощью непроверенных технологий отклонения?
Если попадание астероида неизбежно, что мы делаем? Если мы знаем, где это произойдет, мы эвакуируем людей из этого района? Как далеко мы переместим их? Если осколки воздействия останутся в атмосфере, может произойти глобальное похолодание. Кто отвечает за мировые поставки продовольствия? Если он ударит в океане, насколько сильным будет цунами? Как мы можем быть уверены, что предсказанное нами опустошение является правильным или что мы что-то не упустили из виду? Возможно, больше всего беспокоит то, что удары астероидов - это совершенно новый тип катастрофы: как мы готовимся к разрушению (скажем) восточной части США, когда у нас есть 20 лет предупреждения?
Эти и другие вопросы обсуждаются сегодня на научных встречах по всему миру. К счастью, шансы на попадание даже маленького астероида на Землю в обозримом будущем очень малы.
Выучить больше: Приземные астероиды: что они и откуда они берутся?
Дэвид К. Линч, доктор философии, астроном и планетолог, живущий в Топанге, штат 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 по радуге и пишет книги («Цвет и свет в природе», издательство Кембриджского университета) и эссе. Последняя книга доктора Линча - Полевое руководство по разлому Сан-Андреас. Книга содержит двенадцать однодневных поездок на автомобиле по различным частям разлома, а также дорожные журналы за милю за милей и координаты GPS для сотен объектов разломов. Так случилось, что дом Дейвса был разрушен в 1994 году в результате землетрясения в Нортридже силой 6,7 балла.