EN
Что делать, если к Земле летит смертельно опасный астероид
Астероиды, летающие в космическом пространстве, могут нанести колоссальный ущерб нашей планете. Обозреватель BBC Future выясняет, что бы мы могли сделать, если бы один из них грозил столкнуться с Землей.
Представьте себе, что в один прекрасный день ученые, сидящие в обсерваториях, подтвердят, что к Земле летит астероид, и государствам, располагающим космическим потенциалом, надо срочно договориться, как его остановить.
Дальнейшее развитие событий зависит от того, сколько времени, по мнению астрономов, остается до столкновения.
Но ни одно из возможных решений не будет простым, и как минимум в одном из случаев потребуется применить ядерное оружие.
Масштабные столкновения с астероидами происходят редко. Последним из таких событий, которое могло повлечь за собой массовые жертвы, было падение Тунгусского метеорита в 1908 году в отдаленном уголке Сибири — считается, что он взорвался примерно в десяти километрах над землей.
Подобные столкновения происходят раз в несколько веков. Однако Сибирь — это довольно глухое место; даже сегодня ее население невелико и рассеяно по огромной территории.
А вот если бы метеорит прилетел на четыре-пять часов позже, это было бы равносильно тому, что в небе над Санкт-Петербургом прогремел бы ядерный взрыв мощностью в мегатонну.
Недавно мы стали свидетелями повторения этого страшного сценария в уменьшенном масштабе. В 2013 году метеорит разорвался над Челябинском, на высоте 30 километров.
Из окон повыбивало стекла, 1400 человек получили травмы. Мощность взрыва была эквивалентна примерно 500 килотоннам — это где-то в 30 раз больше мощности атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, — но он произошел довольно высоко над землей, что позволило избежать серьезных разрушений.
Такие столкновения случаются гораздо чаще — примерно трижды в год. Большинство из них происходит над океаном или в отдаленных уголках планеты, поэтому обычно мы их не замечаем.
Однако вопрос не в том, произойдет ли столкновение, — вопрос в том, когда оно произойдет.
Правительства стран мира относятся к этой проблеме всерьез и принимают первые пробные меры, чтобы избежать опасного столкновения.
В январе Национальное управление США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА) учредило отдел координации защиты планеты в качестве единого ответственного лица для ведения наблюдений за астероидами.
Этот отдел взаимодействует с другими космическими ведомствами в рамках обсуждения возможных вариантов решения проблем, связанных с перспективой падения на Землю крупных обломков породы, летающих в космическом пространстве.
По словам специалиста НАСА по защите планеты, сейчас этот отдел занимается, в основном, выявлением таких астероидов и координацией различных программ наблюдений — ведь для того, чтобы предотвратить столкновение с подобными объектами, надо знать, где они находятся.
«Мы стараемся выявить любые потенциальные угрозы за несколько лет, а то и десятилетий до того, как они превратятся в реальность», — говорит он.
После обнаружения опасного астероида начинается собственно разработка планов по предотвращению столкновения.
Самым простым методом является использование тяжелого объекта, доставленного с помощью космического аппарата, или самого космического аппарата в качестве тарана — своего рода космический бильярд.
Можно надеяться, что таким образом астероид удастся сбить с курса, и он минует Землю.
В течение ближайших нескольких лет пройдут испытания этой технологии в рамках совместной миссии Европейского космического агентства и НАСА под названием Asteroid Impact and Deflection Assessment (Aida, «Оценка последствий тарана астероида и изменения его траектории»).
В миссии примут участие два космических зонда — Asteroid Impact Monitor (AIM), который начнет полет в конце 2020 года, и Double Asteroid Redirection Test (DART), пуск которого назначен на 2021 год.
В 2022 году они подойдут к астероиду под названием 65803 Дидим и его спутнику Дидимун. Диаметр Дидима — около 780 метров, а Дидимуна — примерно 170 метров.
Меньший из них обращается вокруг большего раз в 11,9 часа, и расстояние между ними — всего 1100 метров.
Первый зонд подойдет к астероиду, чтобы изучить его состав. Второй зонд по прибытии врежется в Дидимун, а первый будет наблюдать за тем, как изменится орбита меньшего астероида в результате столкновения.
Смысл в том, чтобы выяснить, на сколько именно можно сдвинуть астероид, не рискуя направить его по опасной траектории, — первый шажок к освоению технологии смены курса небесного тела.
Для иллюстрации значимости этой миссии можно привести такой пример: знаменитый метеорный Аризонский кратер в США, вероятно, образовался при падении объекта размером втрое меньше Дидима, при этом диаметр кратера достигает 1,18 километра.
Если бы камень размером с Дидим врезался в Землю на минимально возможной скорости — около 15,5 километра в секунду, — это привело бы к высвобождению около двух мегатонн энергии — вполне достаточно, чтобы разрушить целый город.
При максимальной скорости (около 34,6 километра в секунду) высвободилось бы четыре мегатонны энергии (четыре миллиона тонн в тротиловом эквиваленте).
«Мы собираемся изменить орбиту спутника, по которой он движется вокруг астероида, — поясняет Патрик Мишель, старший научный сотрудник Национального научно-исследовательского центра Франции и один из руководителей миссии, — поскольку орбитальная скорость спутника составляет всего 19 сантиметров в секунду».
Он добавляет, что с Земли можно будет измерить даже небольшие изменения, а период обращения Дидимуна должен измениться примерно на четыре минуты.
Важно также оценить, насколько действенна такая технология. «Все разрабатываемые нами модели [тарана астероида] основаны на принципах физики столкновений, изученных только на лабораторном уровне — в сантиметровом масштабе целей», — говорит Мишель.
Применимы ли эти модели к настоящим астероидам — вопрос пока открытый.
Джонсон добавляет, что эта технология самая проработанная — люди уже имеют опыт подлета к астероидам, в частности, в рамках запуска НАСА автоматической межпланетной станции Dawn для исследования карликовой планеты Цереры и миссии Европейского космического агентства Rosetta для изучения кометы 67Р / Чурюмова — Герасименко.
Помимо тарана можно также использовать гравитационный буксир — просто поместить относительно крупный космический аппарат на орбиту вокруг астероида, чтобы под воздействием их взаимного гравитационного притяжения курс астероида постепенно изменился.
Преимущество этого метода состоит в том, что для него требуется только доставить аппарат на соответствующую орбиту, которая будет представлять из себя «гало» — приблизительную окружность с центром в той точке, где воздействующая на объект сила притяжения Солнца будет равна силе притяжения астероида.
Этот метод, возможно, будет опробован в рамках миссии НАСА Asteroid Redirect Mission («Миссия по изменению траектории астероида»), одна из задач которой будет состоять в перемещении астероида обратно в околоземное космическое пространство.
Однако оба эти метода требуют времени; для организации полета за пределы земной орбиты необходимо добрых четыре года, и у космического аппарата уйдет еще один-два года на то, чтобы добраться до соответствующего астероида.
Если времени в запасе будет меньше, возможно, нам придется придумывать что-нибудь еще.
Цичэн Чжан, физик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США), полагает, что в качестве альтернативы можно было бы использовать лазерные технологии.
Лазер не вызовет взрыв астероида, как космическая станция «Звезда смерти» из «Звездных войн», но превратит небольшую часть его поверхности в пар.
Чжан и его коллеги, работающие под руководством космолога Филипа Любина, представили ряд орбитальных моделей в рамках доклада, сделанного в Тихоокеанском астрономическом обществе.
Этот метод может показаться неэффективным, но не будем забывать, что если применить его на ранней стадии, даже небольшое воздействие может вызвать отклонение астероида от курса на много тысяч километров.
По словам Цичэн Чжана, преимущество этого метода состоит в том, что дальнобойную лазерную пушку можно разместить прямо на земной орбите, а не гоняться с ней за астероидом.
Лазерная пушка мощностью порядка одного гигаватта, стреляющая в течение месяца, может вызвать отклонение астероида диаметром 80 метров — аналогичного Тунгусскому метеориту — от траектории на расстояние вдвое больше радиуса Земли (12 800 километров).
Этого будет как раз достаточно для того, чтобы избежать столкновения.
А еще можно отправить в космос аппарат, оборудованный менее мощным лазером, однако в таком случае ему потребуется подойти к астероиду и следовать за ним на относительно близком расстоянии.
Учитывая меньшую мощность лазера — порядка 20 киловатт, — ему придется работать в течение нескольких лет, хотя по расчетам Чжана получается, что искусственный спутник, доставленный на орбиту астероида за 15 лет до потенциального столкновения, также может изменить его траекторию в достаточной мере.
По словам Цичэн Чжана, в пользу размещения лазера на околоземной орбите говорит то обстоятельство, что следовать за астероидом или кометой по орбите не так просто, как кажется, хотя такой опыт уже имеется.
«Изначально космический аппарат Rosetta должен был подлететь к другой комете (46Р), но поскольку пуск был отложен и местоположение данной кометы уже не было таким удобным для подлета, цель пришлось изменить. Однако если какая-нибудь комета полетит на Землю, мы уже не сможем позволить себе роскошь выбирать более удобную цель».
Астероиды отслеживать не так трудно, но на подлет к ним, по мнению ученого, все равно потребуется около трех лет.
В то же время, как отмечает Джонсон, одна из основных проблем, связанных с использованием любого лазера, состоит в том, что никому еще не удавалось вывести на орбиту какой бы то ни было объект диаметром с километр, не говоря уже о комплекте лазерных пушек.
«Здесь много такого, что представляется мне непродуманным, например, возможность переработки солнечной энергии в энергию лазера с достаточной степенью надежности, чтобы обеспечить такую длительную работу».
Кроме того, есть и «ядерный вариант». Тем, кто смотрел американские фантастические фильмы «Армагеддон» или «Столкновение с бездной», это представляется вполне логичным, но на самом деле все гораздо сложнее.
«В таком случае придется сооружать наверху всю инфраструктуру», — рассказывает Массимилиано Вазиле, сотрудник Университета Стратклайда (Великобритания).
Его предложение заключается в том, чтобы взорвать атомную бомбу на определенном расстоянии от цели. Как и в случае с лазером, предполагается испарить часть поверхности, что создаст тягу и собьет астероид с заданной орбиты.
«При абляции [разрушении] преимуществом является высокая энергоэффективность», — говорит он.
При том что лазеры и атомные бомбы могут сработать в тех случаях, когда астероид уже находится достаточно близко, эффективность этих методов во многом зависит от состава конкретного астероида, поскольку температура испарения у них будет разной.
Проблему также представляет риск разлета осколков, поскольку многие астероиды представляют собой лишь груду слабо сцепленных между собой кусков породы.
Воздействие на такого рода объекты может быть не очень эффективным. Как заметил Джонсон, в этом состоит большой плюс метода гравитационного буксира — при использовании этого способа защиты от астероида его состав и сцепление не имеют такого значения.
Однако любой из этих методов может столкнуться с главным препятствием — политическими соображениями.
Подписанный в 1967 году международный Договор о космосе налагает запрет на использование и испытание ядерного оружия в космическом пространстве, а размещение на орбите лазерной пушки мощностью в гигаватт может заставить кого-то нервничать.
Цичэн Чжан подсчитал, что если уменьшить мощность орбитального лазера до 0,7 гигаватт, то он сможет сдвинуть астероид всего лишь на расстояние, равное примерно 0,3 радиуса Земли — около 1 911 километров.
«Астероиды меньшего размера, которые могут стереть с лица земли целый город, встречаются гораздо чаще, чем гигантские, способные уничтожить целую планету. А теперь представьте себе, что такой астероид летит на Нью-Йорк. В зависимости от обстоятельств не вполне удачная попытка избежать столкновения астероида с Землей может привести к тому, что вместо Нью-Йорка пострадает, например, Лондон».
«При наличии существенного риска такого развития событий европейцы вряд ли бы так легко согласились доверить изменение траектории астероида Соединенным Штатам», — отмечает физик из университета в Санта-Барбаре.
Впрочем, на поверку подобные препятствия могут оказаться не такими уж непреодолимыми. «В этих договорах есть лазейки», — поясняет Джонсон, имея в виду Договор о космосе и Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний.
К примеру, в Договоре о космосе нет запрета на запуск баллистических ракет, которые проходят через космическое пространство и могут быть носителями ядерного оружия.
А в свете необходимости обеспечить защиту планеты недовольство по поводу их применения можно погасить.
Патрик Мишель отмечает, что в отличие от любого другого стихийного бедствия подобные катастрофы предотвратимы.
«Это событие, естественный риск которого очень низок по сравнению с цунами и тому подобными явлениями. И оно единственное [среди стихийных бедствий], в отношении которого мы можем что-нибудь предпринять».