Asteroidai kelia realią grėsmę Žemei. Mokslininkai sugalvojo dešimtis būdų, kaip pakeisti dangaus kūnų orbitą. TNENERGY pasakoja daugiau apie projektus, skirtus išgelbėti mūsų planetą nuo asteroidų
Poveikis
Tunguskos meteoritas sprogo 1908 metų birželio 17 dieną virš taigos Sibire kelių kilometrų aukštyje. Sprogimo galia vertinama 40-50 megatonų, o tai atitinka galingiausios iš detonuotų vandenilinių bombų energiją. Remiantis kitais skaičiavimais, sprogimo galia atitinka 10-15 megatonų.
Smūgis – tai asteroido (iš esmės bet kokio dydžio) smūgis į Žemę, po kurio jo kinetinė energija išsiskiria atmosferoje arba paviršiuje. Kuo mažesnis energijos poveikis, tuo dažniau jis pasireiškia. Smūgio energija yra geras būdas nustatyti, ar kosminis kūnas yra pavojingas žemei, ar ne. Pirmas toks slenkstis yra kažkur apie 100 kilotonų TNT ekvivalento energijos išsiskyrimo, kai įskridęs asteroidas (kuris patekęs į atmosferą pradedamas vadinti meteoritu) nustoja apsiriboti atsitrenkimu į YouTube, bet pradeda kelti bėdų.
Tunguskos metiorito atmosferinio sprogimo modeliavimas
Geras tokio slenksčio įvykio pavyzdys yra 2014 m. Čeliabinsko meteoritas - mažas kūnas, kurio būdingi matmenys 15 ... 20 metrų ir masė ~ 10 tūkstančių tonų, savo smūgiu padarė milijardo rublių žalą ir sužeidė ~ 300 žmonių. banga.
Vaizdo įrašų pasirinkimas apie Čeliabinsko metiorito kritimą.
Tačiau Čeliabinsko meteoritas taikėsi labai gerai ir apskritai net Čeliabinsko, jau nekalbant apie visą Žemę, gyvybės itin netrikdė. Tikimybė netyčia atsitrenkti į tankiai apgyvendintą vietovę susidūrus su mūsų planeta yra apie kelis procentus, todėl tikrasis pavojingų objektų slenkstis prasideda nuo 1000 kartų didesnės galios – apie šimtus megatonų, būdinga smūgio energija kūnams kalibro 140- 170 metrų.
Skirtingai nuo branduolinių ginklų, meteoritų energija yra labiau paskirstyta erdvėje ir laike, todėl šiek tiek mažiau mirtina. Nuotraukoje yra Ivy Mike testas, 10 megatonų.
Tokio meteoro sunaikinimo spindulys yra šimtas kilometrų, o sėkmingas nusileidimas gali nutraukti daugybę milijonų gyvybių. Žinoma, kosmose yra ir didesnio dydžio akmenų – 500 metrų asteroidas surengs regioninę katastrofą, paveikusią vietovę už tūkstančius kilometrų nuo kritimo vietos, o už pusantro kilometro gali ištrinti gyvybę iš asteroido. ketvirtadalį planetos paviršiaus, o 10 kilometrų – surengs naują masinį išnykimą ir tikrai sunaikins civilizaciją.
Dabar, kai kalibravome armagedono lygį pagal dydį, pereikime prie mokslo.
Netoli Žemės asteroidai
Akivaizdu, kad smūgiuotoju gali tapti tik tas asteroidas, kurio orbita ateityje kirs Žemės trajektoriją. Bėda ta, kad pirmiausia reikia pamatyti tokį asteroidą, tada pakankamai tiksliai išmatuoti jo trajektoriją ir sumodeliuoti ateičiai. Iki devintojo dešimtmečio žinomų asteroidų, kirtusių Žemės orbitą, skaičius siekė dešimtis ir nė vienas iš jų nekėlė pavojaus (modeliuojant dinamiką, tarkime, 1000 metų į priekį nepraėjo arčiau nei 7,5 mln. kilometrų nuo Žemės orbitos) . Todėl asteroido pavojaus tyrimas daugiausia buvo orientuotas į tikimybinį skaičiavimą – kiek kūnų, didesnių nei 140 metrų, gali būti orbitose, kertančiose Žemę? Kaip dažnai atsiranda poveikis? Pavojus buvo įvertintas tikimybiškai „per ateinantį dešimtmetį sulaukti daugiau nei 100 megatonų galios smūgio yra 10^-5“, tačiau tokia tikimybė nereiškia, kad rytoj nesulauksime pasaulinės katastrofos.
Tikėtino smūgių dažnio, priklausomai nuo energijos, apskaičiavimas. Vertikalioje ašyje „atvejų per metus“ dažnis, horizontalioje – smūgio galia kilotonais. Horizontalios juostelės – vertės nuokrypiai. Raudoni ženklai – realių poveikių stebėjimai su klaida.
Tačiau dėl kokybinio ir kiekybinio augimo sparčiai didėja aptiktų arti Žemės esančių objektų skaičius. Dešimtajame dešimtmetyje teleskopuose atsiradusios CCD matricos (kurios padidino jų jautrumą 1–1,5 laipsnio) ir tuo pačiu automatiniai naktinio dangaus vaizdų apdorojimo algoritmai padidino asteroidų aptikimo greitį (įskaitant artimos žemei) amžių sandūroje dviem dydžiais.
Gera asteroidų aptikimo ir judėjimo animacija nuo 1982 iki 2012 m. Arti Žemės esantys asteroidai rodomi raudonai.
1998–1999 m. pradeda veikti projektas LINEAR – du tik 1 metro diafragmos robotiniai teleskopai, kuriuose yra tik 5 megapikselių (vėliau suprasite, iš kur „viskas“) matrica, kurių užduotis yra aptikti kuo daugiau asteroidų ir kometų, įskaitant .h. netoli žemės. Tai buvo ne pirmas tokio pobūdžio projektas (prieš porą metų dar buvo gana sėkmingas NEAT), bet pirmasis specialiai šiai užduočiai sukurtas. Teleskopas išsiskyrė šiomis savybėmis, kurios vėliau taptų standartinėmis:
Speciali astronominė CCD matrica su pikselių foniniu apšvietimu, padidinusi jo kvantinį efektyvumą (užregistruotų kritusių fotonų skaičių) iki beveik 100%, palyginti su 30% standartinių neastronominių.
Plataus kampo teleskopas, leidžiantis naktį užfiksuoti labai didelį dangaus paviršių
Privati kadencija – teleskopas per naktį 5 kartus fotografavo tą pačią dangaus dalį su 28 minučių intervalu ir šią procedūrą pakartojo per dvi savaites. Kadro ekspozicija šiuo atveju buvo tik 10 sekundžių, po kurios teleskopas persikėlė į kitą lauką.
Specialūs algoritmai, kurie pagal katalogą atimdavo žvaigždes iš kadro (tai buvo naujovė) ir ieškojo judančių pikselių grupių su tam tikrais kampiniais greičiais.
Originalus kompozitas iš 5 LINEAR teleskopo vaizdo ir apdoroto pagal algoritmą. Raudonas apskritimas yra arti Žemės esantis asteroidas, geltoni apskritimai yra pagrindinės juostos asteroidai.
Pats LINEAR teleskopas, esantis White Sands mieste, Naujojoje Meksikoje.
LINEAR taps pirmojo masto asteroidų paieškos žvaigžde, per ateinančius 12 metų aptikdama 230 000 asteroidų, iš kurių 2 300 kirs Žemės orbitą. Kito MPC (Minor Planet Center) projekto dėka informacija apie rastus asteroidų kandidatus yra platinama įvairioms observatorijoms papildomiems orbitų matavimams. 2000-aisiais pradeda veikti panašus automatizuotas „Catalina“ dangaus tyrimas (kuris bus labiau orientuotas į arti Žemės esančių objektų paiešką, o per metus jų bus rasta šimtais).
Įvairių projektų metu atrastų netoli Žemės esančių asteroidų skaičius pagal metus
Palaipsniui Armagedono tikimybės įverčiai paprastai pradeda pasiduoti mirties nuo konkretaus asteroido tikimybės įverčiams. Tarp pirmųjų šimtų, o vėliau tūkstančių Žemės asteroidų išskiriama apie 10 %, kurių orbitos yra arčiau nei 0,05 astronominio vieneto nuo Žemės orbitos (apie 7,5 mln. km), o asteroido dydis turėtų viršyti 100–150 metrų (absoliutus Saulės sistemos kūno žvaigždžių dydis H<22).
2004 m. pabaigoje NASA pranešė pasauliui, kad asteroidas Apophis 99942, atrastas metų pradžioje, turi 1 iš 233 tikimybę, kad 2029 m. atsitrenks į Žemę. Remiantis šiuolaikiniais matavimais, asteroido skersmuo yra apie 330 metrų, o jo masė – 4 milijonai tonų, o tai suteikia maždaug 800 megatonų sprogimo energijos.
Asteroido Apophis radaro vaizdas. Trajektorijos matavimas radaru Arecibo observatorijoje leido patikslinti orbitą ir atmesti susidūrimo su Žeme galimybę.
Tikimybė
Tačiau Apophis pavyzdyje išryškėjo pati tikimybė, kad konkretus kūnas taps smūgiuotoju. Baigtiniu tikslumu žinant asteroido orbitą ir baigtiniu tikslumu vėl integruojant jo trajektoriją, iki potencialaus susidūrimo galima įvertinti tik elipsę, kurioje bus, tarkime, 95% galimų trajektorijų. Tobulėjant Apofio orbitos parametrams, elipsė mažėjo, kol planeta Žemė pagaliau iš jos iškrito, o dabar žinoma, kad 2029 metų balandžio 13 dieną asteroidas praskris mažiausiai 31 200 km atstumu nuo Žemės paviršius (bet vėlgi, tai artimiausias klaidos elipsės kraštas).
Iliustracija, kaip asteroido Apophis galimų orbitų vamzdis buvo suspaustas galimo susidūrimo momentu, kai buvo tikslinami orbitos parametrai. Dėl to Žemė nebuvo paveikta.
Kita įdomi Apophis iliustracija yra galimų susidūrimo taškų apskaičiavimas (atsižvelgiant į neapibrėžtumą) susidūrus 2036 m. Įdomu tai, kad trajektorija praėjo netoli Tunguskos meteorito kritimo vietos.
Beje, norint greitai įvertinti santykinį artimų Žemės asteroidų pavojų, buvo sukurtos dvi skalės – paprastoji Turino ir sudėtingesnė Palermo. Turinskaja tiesiog padaugina susidūrimo tikimybę ir įvertinto kūno dydį, suteikdama jam reikšmę nuo 0 iki 10 (pavyzdžiui, Apophis susidūrimo tikimybės viršūnėje turėjo 4 taškus), o Palermo apskaičiuoja santykio logaritmą. konkretaus kūno smūgio tikimybės į foninę tokios energijos smūgio tikimybę nuo šiandienos iki galimo susidūrimo momento.
Tuo pačiu metu teigiamos reikšmės Palermo skalėje reiškia, kad vienas kūnas tampa svarbesniu potencialiu nelaimės šaltiniu nei visi kiti – atrasti ir neatrasti kartu. Kitas svarbus Palermo skalės taškas yra pritaikyta smūgio tikimybės ir jo energijos konvoliucija, kuri suteikia gana prieštaringą rizikos laipsnio kreivę nuo asteroido dydžio - taip, 100 metrų akmenys nepajėgūs padaryti didelės žalos. , tačiau jų yra daug ir iškrenta palyginti dažnai, apskritai nešdamos daugiau potencialių aukų nei 1,5 kilometro „civilizacijų žudikai“.
Tačiau grįžkime prie arti Žemės esančių asteroidų ir potencialiai pavojingų objektų tarp jų atradimo istorijos. 2010 m. pradėtas eksploatuoti pirmasis Pan-STARRS sistemos teleskopas su itin plataus lauko teleskopu, kurio diafragma 1,8 metro, su 1400 megapikselių matrica!
Andromedos galaktikos nuotrauka iš Pan-STARRS 1 teleskopo, leidžianti įvertinti jos platų kampą. Palyginimui, lauke įrašyta pilnatis ir spalvoti kvadratai – „įprastas“ didelių astronominių teleskopų matymo laukas.
Skirtingai nuo LINEAR, jis daro 30 sekundžių nuotraukas su 22 žvaigždučių gyliu. dydis (t. y. galėtų aptikti 100–150 metrų dydžio asteroidą 1 astronominio vieneto atstumu, prieš LINEAR kilometrų ribą tokiu atstumu), o didelio našumo serveris (1480 branduolių ir 2,5 petabaitų standžiųjų diskų) sukasi 10 terabaitą į trumpalaikių reiškinių sąrašą. Čia reikia pažymėti, kad pagrindinis Pan-STARRS tikslas yra ne arti Žemės esančių objektų paieška, o žvaigždžių ir galaktikos astronomija – pokyčių danguje, tokių kaip tolimos supernovos, ar katastrofiškų įvykių artimose dvejetainėse sistemose, paieška. Tačiau per metus šiame kliedesiame teleskope taip pat buvo aptikta šimtai naujų arti Žemės esančių asteroidų.
Serveris Pan-STARRS. Paprastai kalbant, nuotrauka jau 2012 m., šiandien projektas gerokai išsiplėtė, pridėtas antras teleskopas, dar du statomi.
Kita misija, kurią verta paminėti, yra NASA WISE kosminis teleskopas ir jo plėtinys NEOWISE. Šis prietaisas fotografavo tolimuosiuose infraraudonųjų spindulių spinduliuose, aptikdamas asteroidus pagal jų IR švytėjimą. Paprastai tariant, iš pradžių buvo siekiama ieškoti asteroidų už Neptūno orbitos – Kuiperio juostos objektų, išsibarsčiusių diskų ir rudųjų nykštukų, tačiau pratęsimo misijoje, kai teleskopui baigėsi aušinimo skystis ir jo temperatūra tapo per aukšta pradinei užduočiai atlikti. , tai Teleskopas aptiko apie 200 arti Žemės esančių kūnų.
Dėl to per pastaruosius 30 metų žinomų netoli Žemės esančių asteroidų skaičius išaugo nuo ~50 iki 15000. Iš jų 1763 šiuo metu yra įtraukti į potencialiai pavojingų objektų sąrašą, nė vienas iš jų neturi didesnio nei 0 įvertinimo Turine ir Palermo svarstyklės.
Daug asteroidų
Ar tai daug ar mažai? Po NEOWISE misijos NASA iš naujo įvertino asteroidų modelio skaičių taip:
Čia nuotraukoje žinomi arti Žemės esantys asteroidai (ne tik pavojingi objektai) pavaizduoti tamsesniais, kontūrai – esamų, bet nerastų įvertinimas. situacija 2012 m.
Šiuolaikinis sintetinis modeliavimas leidžia ne tik tiksliau įvertinti bendrą skaičių, bet ir modeliuoti aptikimo tikimybę, o per tai išsiaiškinti aptiktų asteroidų proporciją.
Raudonos ir juodos kreivės yra skirtingų dydžių kūnų skaičiaus netoli Žemės orbitose modeliai. Mėlyna ir žalia punktyrinės linijos yra aptiktas skaičius.
Juoda kreivė iš ankstesnio paveikslėlio lentelės pavidalu.
Čia, lentelėje, asteroidų dydžiai pateikti H vienetais – Saulės sistemos objektų absoliutūs žvaigždžių dydžiai. Apytikslis konvertavimas į dydį yra atliktas naudojant šią formulę, ir iš jos galime daryti išvadą, kad žinome daugiau nei 90% arti Žemės esančių objektų, didesnių nei 500 metrų ir maždaug pusę apofijos dydžio. Apie 100–150 metrų kūnus žinoma tik apie 35 proc.
Tačiau galime prisiminti, kad prieš apgailėtinus 30 metų pavojingų objektų buvo žinoma apie 0,1 proc., tad pažanga įspūdinga.
Kitas aptiktų asteroidų dalies įvertinimas, priklausomai nuo dydžio. 100 metrų dydžio kūnams šiandien aptikta keletas procentų visų.
Tačiau tai dar ne istorijos pabaiga. Šiandien Čilėje statomas dar vienas monstrų tyrimo teleskopas LSST, kuris bus ginkluotas 8 metrų optika ir 3,2 gigapikselio kamera. Per kelerius metus, pradedant 2020 m., darydamas apie 7 petabaitus LSST vaizdų, jis turėtų aptikti ~ 100 000 arti Žemės esančių asteroidų, nustatančių beveik 100% pavojingo dydžio kūnų orbitas.
LSST, beje, turi labai neįprastą optinį dizainą, kai trečiasis veidrodis yra pirmojo centre.
Iki -110 C aušinama 3,2 gigapikselių kamera su 63 cm vyzdžiu yra LSST darbo įrankis.
Ar žmonija išgelbėta? Ne visai. Yra akmenų klasė, kurios orbitose yra 1:1 rezonansu Žemės viduje ir kurias labai sunku pamatyti iš Žemės, yra ilgo periodo kometos – paprastai santykinai dideli kūnai, kurių greičiai Žemės atžvilgiu labai dideli. (t. y. potencialiai labai galingi smūginiai), kuriuos šiandien galime pastebėti likus ne daugiau kaip 2-3 metams iki susidūrimo. Tačiau iš tikrųjų pirmą kartą per pastaruosius tris šimtmečius, kai gimė idėja apie Žemės susidūrimą su dangaus kūnu, po kelerių metų turėsime daugybės pavojingų trajektorijų duomenų bazę. kūnai, nešantys Žemę.
Kaip būti išgelbėtam?
Prieš kalbant apie galimų smogikų nukreipimo būdus, būtina dar kartą pažvelgti į situaciją, kuri iš mažų Saulės sistemos kūnų yra pavojinga. Pirmiausia visus mažus kūnus, besisukančius aplink Saulę, suskirstykime į grupes pagal orbitos parametrus ir iš jų išsirinkime kelias grupes – Artižemės asteroidus, Pagrindinio juostos asteroidus, Kentaurus, Kuiperio juostos objektus.
Didžiausias iš potencialiai pavojingų arti Žemės asteroidų – 4179 Tautatis
Žemės orbitą 99,5% kerta arti Žemės esantys asteroidai, kurių orbita yra kažkur tarp asteroidų juostos ir vidinės Saulės sistemos dalies (akivaizdu, kad Žemės orbitos viduje). Tačiau kiekybiškai tai yra viena mažiausių asteroidų grupių. Taigi, šiandien yra žinoma apie 15 000 arti Žemės esančių asteroidų ir daugiau nei 800 000 pagrindinės juostos asteroidų. Tačiau pagrindinių juostų asteroidų orbitas stabilizuoja Jupiteris ir Uranas, ir tik gana retų susidūrimų pasekoje į pavojingas orbitas gali persikelti pakankamai dideli fragmentai. Todėl, nepaisant didelio skaičiaus, pagrindinės juostos asteroidai didelio pavojaus Žemei nekelia.
Kitas pagal svarbą pavojingų kūnų šaltinis yra Kentauro grupė – vidinė Kuiperio juostos dalis, esanti tarp Jupiterio ir Neptūno orbitų. Tai dinamiškai nestabili teritorija, iš kurios maži kūnai, sąveikaudami su milžiniškomis planetomis, anksčiau ar vėliau išmeta į Saulės sistemą arba iš jos išmeta, o būtent Kentaurai yra pagrindinis trumpalaikių kometų šaltinis. Ši kūnų grupė, daug sunkiau aptinkama nei pagrindinės juostos asteroidai arba tuo labiau arti Žemės esantys asteroidai, yra beveik 0,5% mažų kūnų, kertančių Žemės orbitą, šaltinis (kalbame apie tuos kentaurus, kurių perihelis pasislinko į Žemės orbitą, o afelis išliko kažkur tada netoli Jupiterio orbitos, jei afelis taip pat pasislenka į Saulės sistemą, tai objektas pereina į arti Žemės esančių asteroidų grupę).
Įvairios išorinių asteroidų grupės. Šviesiai rudos spalvos yra išsklaidyto disko objektai, mėlyna – Kuiperio juostos. Šviesiai ir tamsiai žalia – Kentaurai, pilka – Trojos arklys. Raudoni taškai – Jupiteris, Saturnas, Uranas, Neptūnas, geltonas apskritimas, nors ir atitinka Saulę, yra apie 1,5 karto didesnis už Žemės orbitą. Galima suprasti, kad asteroidui iš išorinių Saulės sistemos dalių sunku atsitrenkti į Žemę, kuri yra 10 000 kartų mažesnė už jos orbitos skersmenį.
Galiausiai, išorinės Saulės sistemos dalys – Kuiperio juosta, išsklaidytas diskas ir Oorto debesis taip pat periodiškai siunčia „dovanas“ į centrą, vadinamas ilgo periodo kometomis (jos apibrėžiamos kaip kometos, kurių orbitos periodas didesnis nei 200). metų). Tačiau, nepaisant milžiniškų bendro kūnų skaičiaus šiose grupėse įvertinimų, orbitos dinamika ir maži greičiai lemia tai, kad į Žemės orbitą kasmet atskrenda ne daugiau kaip 3 panašūs objektai su potencialiai pavojingais dydžiais – tiesą sakant, prieš tūkstančių arti Žemės esančių asteroidų orbitos kirtimų fone, susidūrimo su tokia kometa tikimybė yra apie 0,1%. Tačiau grįšime prie objektų iš Kuiperio juostos ir Oorto debesies, o dabar kalbėsime apie naujo „standartinio“ asteroido nukreipimo būdus.
Astronomams „išfiltravus“ visus >1 km dydžio arti Žemės objektus (šiandien žinomi 157 didesni nei 1 km kūnai orbitose, besikertančiose su Žeme, ir šis skaičius praktiškai neauga jau keletą metų), standartinis taikinys kurią jie pradėjo treniruoti. Įvairių asteroidų nukreipimo būdų išradėjų mintis buvo sensacingas Apofis – didžiausias pagal dydį ir orbitos taikinys, kurį astronomai greičiausiai anksčiau ar vėliau ras.
Šiuo metu yra išrasta kelios dešimtys būdų, kaip pakeisti asteroidų orbitą. Išvardykime labiausiai išvystytus iš jų efektyvumo didinimo tvarka. Efektyvumas bus apibrėžiamas kaip erdvėlaivio masė, nukreipianti asteroidą reikiamos deformacijos taške (mažiausiai ~20 000 km).
Cheminiai raketų varikliai, sumontuoti ant asteroido. Iš privalumų tik tai, kad jie yra po ranka ir gerai žinomi. Norint duoti minimalų impulsą (paprastai įvertinamas ~ 0,3 m/s), 10-50 milijonų tonų asteroido reikia tiekti kelias dešimtis tūkstančių tonų kuro – tai reiškia, kad šimtus tūkstančių tonų reikia pakelti į žemą orbitą. Apskritai ši parinktis neturi jokių pranašumų, kurie kompensuotų tokias pernelyg dideles išlaidas.
Elektroreaktyviniai varikliai, taip pat sumontuoti ant asteroido. Viena vertus, degalų masė gali siekti dešimtis tonų, nes specifinis ERE impulsas yra konfigūruojamas. Kita vertus, yra rimtas minusas asteroido sukimosi forma – varikliai nedidelę dalį laiko galės duoti impulsą teisinga kryptimi. Paprastai kartu su impulsiniu veiksmu taip pat svarstomos galimybės preliminariai sustabdyti asteroido sukimąsi arba sukimosi ašies precesiją, kad ji sutaptų su traukos kryptimi (t. y. PS pasislinks į ašigalį šiuo atveju, tiksliau, stulpas ant PS). Apskritai, jei turime daug dešimtmečių, tai realiausias variantas – technologijos daugmaž paruoštos.
Erdvėlaivio su elektriniu varikliu panaudojimo potencialiam Apophis modeliavimo rezultatas. Viena ašis rodo laiką nuo atradimo momento, o pirmosios 1000 dienų yra asteroido sukūrimas, paleidimas ir skrydis į jį, o vėliau – ekspozicijos laikas. Kitoje ašyje – turima aparato masė dešimtimis tonų. Trečioje – pasiektas asteroido nukrypimas nuo pradinės trajektorijos.
Tačiau šis sprendimas yra gana įdomus, vadinamas „gravitacijos vilkiku“. Čia mes neįrengiame varymo sistemos su tankais ant paviršiaus, o pakabiname ją netoli nuo asteroido, neleidžiant jo pritraukti prie asteroido variklių trauka. Abipusis potraukis pamažu ištraukia akmenį iš orbitos (taip, taip!), atlieka mums reikalingą darbą. Čia svarbiausia, kad variklių purkštukai nepataikytų į asteroidą, būtina mūsų nuotolinio valdymo pultą pastatyti kampu į erdvėlaivį ir asteroidą jungiančią liniją. Apskritai kilogramo naudingumo koeficientas yra mažesnis nei tirpalo Nr.2, bet mums nerūpi kosminio kūno sukimasis – o darbas vyksta 24x7, tad tokiu būdu galima sutrumpinti laiką, per kurį kūnas bus atitrauktas nuo pavojingos trajektorijos.
Panašus gravitacijos vilkiko modeliavimas.
Poveikio poveikis. Tiesiog peršokęs blankas kelių km/s greičiu atsitrenkia į asteroidą, suteikdamas jam impulsą. Geras sprendimas visiems (ir jau vieną kartą įgyvendintas treniruočių tikslais Tempel kometoje 2005 m.), išskyrus mažą efektyvumą. Jei imtume tą patį ilgai kentėjusį Apophis, tai 100 tonų sveriantis erdvėlaivis, teisingai į jį įvažiavęs jau likus 20 metų iki susidūrimo (primenu, kad iš pradžių NASA turėjo 25 metus nuo aptikimo iki galimo susidūrimo, kuris vėliau tapo neįmanomas) sukelti jo nuokrypį tik 12 000 km. Nors tai lygu Žemės skersmeniui, t.y. atrodo tikrai užtenka, tokie tikslumai yra kažkur ties matavimo ir modeliavimo paklaidų riba, t.y. Norėčiau, kad galėčiau ištraukti kėbulą 20-30-40 tūkst.km.
Smūginio erdvėlaivio modeliavimas.
Kita idėja yra daug mažiau įmantri, bet gana graži. Šalia pašalinto asteroido pastatome fokusuojantį veidrodį, kuris įkaitina paviršiaus tašką, tarkime, iki 1600C – tokiu atveju net olivinas, daugiausia susidedantis iš S ir C asteroidų, pradeda intensyviai garuoti į vakuumą, sukurdamas trauką. Pagrindinė problema gali būti tik greitas asteroido sukimasis – jei ta vieta nespės sušilti, mes negausime traukos. Nepaisant to, čia yra daug techninių problemų: reikia tiksliai laikyti veidrodį tinkamoje padėtyje, perfokusuoti savo spindulį skirtingais atstumais (nes asteroidas yra ne ideali rutulys, o nelygus akmuo), galų gale, pripučiami veidrodžiai, kurių skersmuo 50 ... 100 metrų, kurių niekas nepadėjo į erdvę su optine paviršiaus kokybe. Bet šio metodo teorinis efektyvumas yra labai didelis, jis didesnis nei branduolinio bombardavimo (!).
Saulės koncentratoriaus modeliavimas. „Plonakalnis“ čia yra pavojingo objekto nukrypimo už Mėnulio orbitos atstumo perviršis, po kurio modeliavimas buvo sustabdytas. Matyti, kad su ta pačia ~10 tonų aparato mase jis sugeba susidoroti su gana dideliais asteroidais.
Dar teoriškesnė yra „masinio vairuotojo“ – elektromagnetinės katapultos, kuri meta asteroido gabalėlius ir taip suteikia jam impulsą reikiama kryptimi, idėja. Iš pirmo žvilgsnio gera idėja, kuri apsieina ir be iš Žemės atgabentos reaktyviosios masės, tačiau akivaizdu, kad tam reikia daugybės asteroide dirbančių mašinų - pačios katapultos, „robotų kalnakasių“, gamyklos, kuri gamina kriauklės, viso to remontas. Iki šiol net nėra tokios technikos prototipų, tačiau jos tobulinimas nepakenks, net jei asteroidų niekada nereikės taip nukreipti.
Modeliavimas katapultai – matyti, kad šios schemos efektyvumas sparčiai mažėja mažėjant erdvėlaivio masei, tačiau vis dėlto jis yra labai didelis.
Tačiau jei norime kuo labiau sumažinti ne tik reaktyviąją masę, bet ir mašinas, tuomet yra galimybė asteroidams judėti dėl YORP efekto. Apytiksliai kalbame apie tai, kad besisukantis akmuo iš vienos pusės kaitinamas, o iš kitos – šaltas, todėl atsiranda traukos asimetrija dėl savotiško IR fotonų „fotonų variklio“. Šis efektas nedidelis, tačiau nudažant asteroidą atspindinčiais ir sugeriančiais dažais, per dešimtmečius galima pasiekti tūkstančių ir dešimčių tūkstančių kilometrų poslinkius. Bet tik mažiems asteroidams, ne didesniems kaip 150 m, nes YORP efektui svarbus ploto ir tūrio santykis. Skaičiuojama, kad pavojingam ~100 metrų dydžio asteroidui tereikia 2-3 tonų dviejų spalvų dažų, t.y. toks erdvėlaivis-dažytojas greičiausiai galės paleisti turimus nešiklius.
Vienos iš pagrindinių YORP dalių – Jarkovskio efekto, sukeliančio orbitos poslinkį, paaiškinimas.
Artėjame prie tinklaraščio temos – paviršinis branduolinis sprogimas. Energijos tankis branduoliniame ginkle leidžia daryti stebuklus ir akimirksniu perduoti labai padorų impulsą. Branduolinės kovinės galvutės, ypač prieš kūnus, kurių skersmuo mažesnis nei 1 kilometras, turi poveikį net tada, kai iki galimo susidūrimo su Žeme liko nedaug laiko. Tačiau įdomu tai, kad rezultatas labai priklauso nuo sprogimo aukščio virš paviršiaus ir energijos išleidimo iš branduolinio sprogstamojo įtaiso kanalų. Jei manytume, kad kovinė galvutė turi R-36M ICBM AP parametrus, t.y. galia – 750 kt, o svoris – 600 kg, tuomet asteroidui Apophis perduotas impulsas bus ~0,3 m/s, esant optimaliam 48 metrų detonacijos aukščiui. Tai reiškia, kad po ~2 metų asteroidas nukeliaus į 20 000 km atstumą. Stebėtina, kad pastebima impulso dalis perduodama kaitinant ir sublimuojant paviršių neutronų spinduliuote – rentgeno spinduliai nuo paviršiaus sugeria per ploną sluoksnį, o greičiau jį perkaitina, tačiau neutronai pasirodo optimalūs. Tie. iš karto matosi optimizavimo kelias – dviejų pakopų termobranduolinės galvutės, kurių didžiausia masė techniškai įmanoma nusiųsti į asteroidą, ekstremalioje versijoje – su deuterio-tričio kuru, o ne su deuterio-ličiu (kuris gamina daug mažiau neutronų).
Panašus branduolinio bombardavimo modeliavimas.
Galiausiai, paskutinis pasirinktas variantas yra palaidotas branduolinis sprogimas. Jei anksčiau tai buvo suprantama kaip tam tikro šulinio gręžimas ant asteroido, kuriame yra užtaisas, tai dabar modeliavimas rodo, kad branduolinės bombos vieta smūgiuotojo viduje įskrenda į kūną kelių km/s greičiu ir susprogdina vos kelis metrų žemiau paviršiaus krateryje užtikrina maždaug tokį patį impulsą. Šį kartą jį aprūpina nuolaužų masė, kurios vidutinis greitis ~80-100 m/s, o tai reiškia kur kas didesnį branduolinio krūvio energijos panaudojimą - nuvaryti asteroidą, kurio masė yra ilgaamžė. Apophis (tikiuosi, kad niekas Apophis neskaito specializuotos literatūros apie apsaugą nuo asteroidų) 20 000 km atstumu nuo nukreipimo taško iki Žemės dabar įmanoma per 10–15 dienų (!). Šiuo metu ši galimybė yra ultimatumas, įskaitant galimą pabėgimą nuo ilgalaikių kometų. Priminsiu, kad tokios kometos, nors ir labai mažai tikėtinos kandidatės į Apokalipsę, yra neaptinkamos anksčiau nei likus 9–12 mėnesių iki smūgio datos, nors 12–15 metrų skersmens arba kosminis apžvalginis teleskopas galėtų gerokai pailginti šį laikotarpį. .
Mažas sferinis asteroidas vakuume ir pradinės 50 kt smogtuvo sprogimo stadijos. Po 30 milisekundžių iš akmens liks ragai ir kojos.
Tiesa, būtina priminti porą palaidoto branduolinio sprogimo trūkumų. Visų pirma, tai yra sprogimo impulso priklausomybė nuo vidinės kūno struktūros, tam tikro kiekio šiukšlių, kurios vis tiek nukrenta ant žemės (tačiau mažesni nei 10 metrų kūnai, kaip žinome, yra beveik visiškai saugūs - mažai tikėtina, kad dėl sprogimo atsiras didesnių nei šio dydžio skeveldrų), na, o tradicinis prastas tokių erdvėlaivių išprusimas, nors kaip į tai žiūrėti - atrodo, kad kariuomenė turi branduolinių reententų, kurie gilinasi į žemė kelių km/s greičiu (atminkite teismo procesas toks su įsibėgėjimu ant raketinio vežimėlio bėgių bėgių iki 2 km/s?).
Apskaičiuotas nuolaužų (neaiškaus dydžio) iškritimas, kai Apophis nukreipiamas palaidoto branduolinio įsiskverbimo įtaisu likus 20 dienų iki smūgio.
Kitas, gana lemtingas branduolinių ginklų trūkumas siekiant atremti asteroido grėsmę, yra daugybė politinių ir saugumo apribojimų, taikomų branduolinių ginklų naudojimui kosmose. Kol kas yra tik mechanizmai, kaip atsverti branduolinės bombos paleidimą į asteroidą, o greito šios užduoties įgyvendinimo mechanizmų nėra. O jei laikas nesvarbus, tai, kaip matome, yra metodų, kurie ne prastesni, o kažkur įdomesni.
Menininko įsivaizduojamas metalinis asteroidas Psyche.
Tuo tarpu pinigus gauna tik teleskopai ir asteroidų tyrimų misijos – šiandien Cereroje ir Vesta aplankęs Dawn, Kinijos aparatas „Chane-2“, skrido pro asteroidą 4179 Tautatis ir programas, skirtas grąžinti mėginius iš asteroidų Hayabusa-2 į 162173. Ryuga yra orbitoje (taip pat potencialiai pavojingas objektas) ir OSIRIS-REx, kurį sukūrė 101955 Bennu (dar vienas didžiausių asteroidų, potencialiai pavojingų Žemei – pastebėjote tendenciją?). Kaip tik kitą dieną NASA taip pat pasirinko finansuoti vieną didžiausių pagrindinės juostos 16 Psyche asteroidų orbitą (jo ypatumas tas, kad jį beveik visas sudaro metalas – geležis, nikelis ir kobaltas, sveriantis kelis šimtus milijardų tonų ) ir praskridimo misija 6 asteroidai iš Trojos arklių – kūnų, užfiksuotų Lagranžo taškuose Jupiterio orbitoje.
P.S. Yra gana linksmas smūgio simuliatorius, leidžiantis apskaičiuoti Žemės susidūrimo su asteroidais pasekmes. Nelabai vizualiai (išvados tekste), bet labai detaliai pasekmių atžvilgiu.
Ir tai labai naujas vaizdo įrašas iš netoli Archangelsko:
„Norime pakeisti šio palydovo orbitą“, – sako Patrickas Michelis, Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro vyresnysis mokslininkas ir vienas iš „Aida“ komandos lyderių, „nes palydovo orbitos greitis aplink pagrindinį korpusą yra tik 19 centimetrų per sekundę. Net nedidelius pokyčius galima išmatuoti iš Žemės, priduria jis, pakeisdamas Didymoono orbitos periodą keturiomis minutėmis.
Taip pat svarbu pamatyti, ar sprogstamasis elementas veiks. „Visi mūsų kuriami susidūrimo modeliai yra pagrįsti susidūrimo fizikos supratimu, kuris buvo išbandytas tik laboratoriniu mastu su centimetriniais taikiniais“, – sako Michelis. Ar šie modeliai veiks ant tikrų asteroidų, dar nėra iki galo aišku.
Johnsonas priduria, kad ši technologija yra pati brandžiausia – žmonės jau įrodė gebėjimą pasiekti asteroidą, ypač su Dawn misija į Cererą ir Rosetta misija į 67P/Churyumov-Gerasimenko kometą.
Be kovos galvutės metodo, yra ir gravitacinis požiūris – tiesiog pastatykite gana masyvų erdvėlaivį į orbitą šalia asteroido ir leiskite jų tarpusavio gravitaciniam traukimui švelniai nukreipti objektą į naują kelią. Šio metodo pranašumas yra tas, kad iš tikrųjų jums tereikia pristatyti erdvėlaivį į paskirties vietą. NASA ARM misija galėtų netiesiogiai išbandyti šią idėją; dalis šio plano yra grąžinti asteroidą į artimą Žemės erdvę.
Tačiau pagrindinis tokių metodų elementas bus laikas; surinkti kosminę misiją už Žemės orbitos prireiktų gerų ketverių metų, o erdvėlaiviui prireiktų papildomų metų ar dvejų, kad pasiektų reikiamą asteroidą. Jei laiko trūksta, teks išbandyti ką nors kita.
Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje fizikas Quichenas Zhangas mano, kad lazeriai mums padės. Lazeris nesusprogdins asteroido kaip kokia Mirties žvaigždė, o išgaruos nedidelę jo paviršiaus dalį. Zhangas ir kolegos dirbo su eksperimentiniu kosmologu Philipu Lubinu, kad Ramiojo vandenyno astronomijos draugijai pristatytų orbitinių modelių rinkinį. 
Toks planas gali pasirodyti neefektyvus, tačiau atminkite, kad anksti pradėję ir ilgai dirbę, galite pakeisti kūno eigą daugeliui tūkstančių kilometrų. Zhang teigia, kad lazerio pranašumas yra tas, kad didelis lazeris gali būti pastatytas Žemės orbitoje, neskridant į asteroidą. Vieno gigavato galios lazeris, veikiantis mėnesį, gali perkelti 80 metrų asteroidą – kaip ir Tunguskos meteoritą – dviem Žemės spinduliais (12 800 kilometrų). To pakanka, kad išvengtumėte susidūrimo.
Kitas šios idėjos variantas – siųsti erdvėlaivį, aprūpintą mažiau galingu lazeriu, tačiau šiuo atveju jis turėtų pasiekti asteroidą ir sekti jį gana arti. Kadangi lazeris bus mažesnis – 20 kW diapazone, jis turės veikti daug metų, nors Zhango modeliavimas rodo, kad asteroidą persekiojantis palydovas gali jį numušti per 15 metų.
Zhang teigia, kad vienas iš pranašumų naudojant Žemės orbitą yra tai, kad persekioti asteroidą ar kometą nėra taip paprasta, kaip atrodo, nors mes tai jau padarėme. „Rosetta iš pradžių turėjo skristi į kitą kometą (46P), tačiau dėl paleidimo vėlavimo pradinis taikinys pasitraukė iš patrauklios padėties. Bet jei kometa nuspręs skristi link Žemės, mes neturėsime galimybės pakeisti jos į geresnę. Susekti asteroidus nėra sunku, bet vis tiek reikia mažiausiai trejų metų, kad jį pasiektum.
Tačiau Johnsonas atkreipia dėmesį į vieną didžiausių problemų naudojant bet kokį lazerį: niekas dar nepaleido į orbitą kilometro ilgio objekto, jau nekalbant apie lazerį ar jų masyvą. „Šiame plane yra daug nesubrendusių momentų; net neaišku, kaip patikimai saulės energiją paversti lazerio energija, kad ji veiktų ilgą laiką.
Taip pat yra „branduolinis variantas“. Jei matėte filmą „Armagedonas“, ši parinktis jums atrodo paprasta, tačiau iš tikrųjų ji yra daug sudėtingesnė, nei atrodo. „Turite pristatyti visą infrastruktūrą“, - sako Massimiliano Vasile iš Straitclyde universiteto. Jis siūlo susprogdinti branduolinę bombą tam tikru atstumu nuo taikinio. Kaip ir naudojant lazerį, planas yra išgarinti dalį paviršiaus, taip sukuriant trauką ir keičiant asteroido orbitą. „Kai detonuojate, jūs gaunate didelį energijos vartojimo efektyvumą“, – sako jis. 
Nors lazeriai ir branduolinės bombos gali veikti, kai asteroidas yra arčiau, net ir šiais atvejais objekto sudėtis bus svarbi, nes garavimo temperatūra skirtinguose asteroiduose skirsis. Kita problema – skraidančios skaldos. Daugelis asteroidų gali būti tiesiog uolienų rinkinys, kuris nelabai gerai laikosi kartu. Tokio objekto atveju kovinė galvutė neveiks. Gravitacinis vilkikas būtų geresnis – tai nepriklauso nuo asteroido sudėties.
Tačiau bet kuris iš šių metodų gali susidurti su paskutine kliūtimi: politika. 1967 m. Kosmoso sutartis uždraudžia naudoti ir išbandyti branduolinius ginklus kosmose, o gigavatų lazerio iškėlimas į orbitą kai kuriuos žmones gali sunerimti.
Zhang pažymi, kad jei orbitinio lazerio galia bus sumažinta iki 0,7 gigavato, jis asteroidą išstums tik 0,3 Žemės spinduliu – maždaug 1911 kilometrų. „Maži asteroidai, galintys sunaikinti miestą, yra daug labiau paplitę nei planetų naikintojai. Dabar įsivaizduokite, kad toks asteroidas skrieja į Niujorką vedančia trajektorija. Atsižvelgiant į aplinkybes, bandymas ir iš dalies nesėkmingas asteroido nukreipimas nuo Žemės gali perkelti smūgio vietą, pavyzdžiui, į Londoną. Jei yra kokia nors klaida, europiečiai tiesiog neleis JAV nukreipti asteroido.
Tokių kliūčių paprastai tikimasi paskutinę akimirką. „Šios sutartys turi spragą“, – sako Johnsonas, kalbėdamas apie kosmoso sutartį ir visiško branduolinių bandymų uždraudimo sutartį. Jie nedraudžia paleisti balistinių raketų, kurios keliauja per erdvę ir gali būti ginkluotos branduoliniais ginklais. Ir atsižvelgiant į poreikį apsaugoti planetą, kritikai gali būti kantrūs.
Michelis taip pat pabrėžia, kad, skirtingai nei bet kuri kita stichinė nelaimė, šios nelaimės galime išvengti. „Natūrali to rizika yra labai maža, palyginti su cunamiais ir panašiai. Bet šiuo atveju mes galime bent ką nors padaryti.
Tai pareiškė Rusijos mokslų akademijos Kosmoso tyrimų instituto direktorius akademikas Levas Zeleny seminare „Russian Space Systems OJSC“.
Anot jo, 2029 metais asteroido trajektorija praskris gana arti Žemės, o kitame judėjimo cikle, 2036 metais, yra ne nulinė tikimybė, kad asteroidas atsitrenks į mūsų planetą, oficiali Roskosmoso svetainė. pranešimus.
„Žala, kuri gali atsirasti dėl tokio smūgio, yra kelis kartus didesnė už Tunguskos meteorito nukritimą“, – sako akademikas.
Zeleny teigimu, norint išvengti susidūrimo, būtina atlikti tolesnį asteroido tyrimą. Vykdydamas šią užduotį, kaip pažymėjo mokslininkas, Lavočkino vardu pavadinta NPO kuria erdvėlaivį, skirtą Apofiui tirti.
Darant prielaidą, kad įvyks susidūrimas, 50 milijonų tonų Apophis smūgis, kurio skersmuo 230 metrų, sukels 500 milijonų megatonų sprogimą, maždaug 100 kartų didesnį nei krintant Tunguskos meteoritui.
PALIEK RYŠĮ
Apophis (Apophis, anksčiau 2004 m. MN4) yra netoli Žemės esantis asteroidas, atrastas 2004 m. Kitt Peak observatorijoje Arizonoje, savo vardą gavo 2005 m. liepos 19 d. Pavadintas senovės egiptiečių dievo Apopo vardu (senovės graikų tarimu - Apophis). ), didžiulė gyvatė, naikintoja, gyvenanti požemio tamsoje ir bandanti sunaikinti Saulę jos nakties perėjimo metu. Toks pavadinimas pasirinktas neatsitiktinai, nes pagal tradiciją mažos planetos vadinamos graikų, romėnų ir egiptiečių dievų vardais. Dėl savo artėjimo prie Žemės 2029 metais asteroidas Apophis pakeis savo orbitinę klasifikaciją, todėl senovės egiptiečių dievo vardas, tariamas graikiškai, yra labai simboliškas. Yra versija, kad asteroidą atradę mokslininkai Tholenas ir Tuckeris pavadino jį serialo „Žvaigždžių vartai Apophis“ personažo vardu.
Astronomai apskaičiavo susidūrimo tikimybę ir nustatė, kad 2029 m. susidūrimo tikimybė yra lygi nuliui
Asteroidas Apophis (99942 Apophis) dar visai neseniai buvo laikomas vienu pavojingiausių dangaus kūnų žmonijos istorijoje. Tačiau viskas nėra taip blogai, kaip atrodo iš pirmo žvilgsnio.
Nuo asteroido atradimo praėjo daugiau nei penkeri metai. Tačiau Apofis vis dar yra gyvų diskusijų objektas. To priežastis – nulinė dangaus kūno susidūrimo su mūsų planeta tikimybė 2029 metais.
Po kurio laiko „Jet Propulsion Laboratory“ organizacijos darbuotojai perskaičiavo dangaus kūno trajektoriją, o tai leido peržiūrėti Apophis asteroido pavojaus lygį. Jei anksčiau buvo manoma, kad objekto susidūrimo su Žeme tikimybė yra 1:45 000, tai dabar šis skaičius sumažėjo iki 1:250 000. Dviejų teleskopų (88 ir 90 colių) dėka Havajų universiteto (Havajų universitetas) specialistams netgi pavyko nustatyti atstumą, kuriuo Apofis priartės prie Žemės 2029 metais – 28,9 tūkst.
Dabar astronomams nerimą kelia tai, kad Apofis grįš į mūsų planetą 2036 m. Nustatyti dangaus kūno judėjimo trajektoriją likus keletui dešimtmečių iki galimo susidūrimo itin sunku, todėl reikia atlikti skaičiavimus laikui bėgant.
Jungtinėse Valstijose nukrito didelis meteoritas: remiantis žiniasklaidos pranešimais, jis yra šiek tiek didesnis nei skrudintuvas, bet šiek tiek mažesnis už šaldytuvą. Nėra ko bijoti: mažų dangaus kūnų kritimas į Žemę yra įprastas reiškinys. Bet ką daryti, jei į mūsų šviesą įšoks asteroidas? „Ateitininkas“ sugalvojo, kaip išvengti planetos masto grėsmės.
JAV šiaurės rytų ir pietryčių Kanados gyventojai šią naktį pastebėjo neįprastą reiškinį: dangų perskriejo ryškus blyksnis ir dingo be žinios. Nereikėtų kreiptis į sąmokslo teorijas ir su siaubu balse pasakoti visiems pažįstamiems apie kontaktą su ateiviais: tai tebuvo didelis meteoritas. Pasak Vašingtono karinio jūrų laivyno observatorijos atstovo Jeffo Chesterio, atmosferos tako ryškumas gali nulemti dangaus kūno dydį: šis meteoritas buvo kiek didesnis už skrudintuvą, bet šiek tiek mažesnis už šaldytuvą.
Greičiausiai kosmoso svečias sudegė atmosferoje, tačiau Meino mineralogijos muziejus mano, kad aplinkiniuose miškuose galima rasti meteoritų fragmentų – už juos jau paskelbtas atlygis. Kiekvienas, pristatęs muziejui vieno kilogramo meteorito gabalėlį, turi teisę gauti 20 000 USD atlygį. Taigi šis dangaus kūnas gali būti naudingas žmonijai.
Bet kaip dėl didesnių įsibrovėlių iš kosmoso?
Įsivaizduokite dieną, kai didžiosios observatorijos praneš, kad prie Žemės artėja asteroidas, keliantis grėsmę žmonijai. Kosmoso jėgos pasitaria ir nusprendžia, kad dangaus kūnas turi būti sustabdytas, kitaip mums visiems bus sunku. Ir tada viskas priklauso nuo to, kiek laiko liko žemiečiams. Visi žinomi būdai, kaip išvengti katastrofos, yra sudėtingi. Bent vienam iš jų reikės panaudoti branduolinį ginklą.
Didelių dangaus kūnų kritimai yra gana reti: dažniausiai jie nutinka kartą per kelis šimtmečius. Paskutinis iš atvejų, galinčių sukelti masinę žmonių mirtį, buvo Tunguskos meteorido kritimas 1908 m. Dangaus kūnas sprogo 10 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus negyvenamoje Sibiro taigos srityje. Sprogimo banga nuvertė medžius 2000 km spinduliu ir išmušė langus iš namų, esančių už kelių šimtų kilometrų nuo sprogimo epicentro. Sprogimo galia vertinama 40-50 megatonų, o tai atitinka galingiausios iš detonuotų vandenilinių bombų energiją. Sibiras retai apgyvendintas, gyvenamieji pastatai išsibarstę didžiulėje teritorijoje, todėl meteorido kritimo pasekmės nebuvo apgailėtinos. Bet jei tai atsitiktų Sankt Peterburge, sunaikinimas būtų siaubingas.
Neseniai mes matėme lengvesnę šio košmariško scenarijaus versiją. 2013 metais mus aplankė Čeliabinsko meteoritas, kuris subyrėjo 30 kilometrų aukštyje. M sprogimo galia siekė 500 kilotonų Tai yra apie 30 bombų, numestų ant Hirosimos. Nors dangaus kūnas sprogo pakankamai aukštai ir nesukėlė kolosalios destrukcijos, aplinkiniuose namuose buvo išdaužyti stiklai, o apie Nukentėjo 1400 žmonių. Toks smūgis kur kas dažnesnis: Čeliabinsko mastelio meteoritai mus aplanko maždaug tris kartus per metus. Tačiau dauguma jų vis dar nori sprogti virš vandenynų arba toliau nuo žmonių gyvenviečių. todėl mes jų nepastebime.
Vyriausybės imasi pirmųjų žingsnių, kad užkirstų kelią pavojingam dangiškų „akmenukų“ poveikiui. Sausio mėnesį NASA suformavo Planetų gynybos koordinavimo biurą, kuris stebi asteroidus ir bendradarbiauja su kitomis pagrindinėmis kosmoso agentūromis, siekdamas koordinuoti pastangas ir aptarti galimą kosmoso lankytojų žalą.
„Stengiamės aptikti viską, kas galėtų kelti grėsmę mūsų planetai po daugelio metų ir dešimtmečių“, – sako Lindley Johnsonas, NASA planetinės gynybos pareigūnas.
Tarkime, buvo nustatytas pavojingas asteroidas. Kaip tai sustabdyti?
Paprasčiausias būdas – savotiškas planetinis biliardas: reikia kosminiu zondu su didele apkrova taranuoti asteroidą, kad jis nukryptų nuo kurso. Svarbiausia išsiaiškinti, kokiu konkrečiu atstumu galite perkelti asteroidą, nerizikuodami nusiųsti jį į pavojingą trajektoriją. Europos kosmoso agentūra (ESA) ir NASA per ateinančius kelerius metus kartu išbandys šią technologiją vykdydamos Asteroido poveikio ir deformacijos įvertinimo (Aida) misiją. Misiją sudaro du erdvėlaiviai: vienas, pavadintas Impact Mission Asteroid (AIM), bus paleistas 2020 m. pabaigoje, o antrasis – dvigubo asteroido nukreipimo bandymas (DART) – 2021 m.
2022 metais zondai pasieks asteroidą 65803 Didymos, kurį lydės palydovas Didymoon. „Didymos“ skersmuo yra 780 metrų, o „Didymoon“ – apie 170 metrų. AIM susitiks su asteroidu ir ištirs jo sudėtį. DART yra savižudybės zondas: jis atsitrenks į Didymoon palydovą, kad pamatytų, ar poveikis paveiks palydovą. Taigi, mes suprasime, ar įmanoma pakeisti asteroidų trajektoriją.
Įvertinkime misijos apimtį. Garsusis Arizonos krateris ( 1,18 kilometro skersmens) atsirado po to, kai nukrito trečdalio Didimoono dydžio objektas. Jei Didymos atskris iki mūsų, tai minimalus jo susidūrimo su Žeme greitis bus 15,5 kilometro per sekundę. Sprogimo galia bus lygi dviem megatonoms: to pakanka miestui sunaikinti. Didžiausiu greičiu (apie 34,6 kilometro per sekundę) artėdamas prie mūsų planetos paviršiaus, asteroidas išskirs keturias megatonas energijos – tai prilygsta keturiems milijonams tonų trotilo.
„Norime pakeisti palydovo orbitą aplink didesnį asteroidą“, – sako Patrickas Michelis, Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro vyresnysis mokslininkas ir vienas iš „Aida“ komandos lyderių. „Palydovo orbitinis greitis yra 19 cm per sekundę. Net mažas pokytis bus matomas iš Žemės.
Taip pat svarbu pamatyti, kaip vyks susidūrimas.
„Visi mūsų kuriami [poveikio] modeliai yra pagrįsti susidūrimo fizikos supratimu, kuris modeliuojamas tik laboratorijoje“, – sako Michelis.
Ar šie modeliai veiks esant tikrais asteroidams, vis dar atviras klausimas. Tačiau Lindley Johnsonas mano, kad „planetinis biliardas“ yra brandžiausia technologija. Jo nuomone, gebėjimą pasiekti asteroidus žmonės jau pademonstravo Aušros misijoje (tyrinėdami asteroidą Vestą ir nykštukinę planetą Cererą), taip pat ESA Rosetta misijoje (kometoje). 67P / Churyumova-Gerasimenko).
Galite apsieiti be brutalios jėgos: pavyzdžiui, į orbitą aplink asteroidą iškelkite masyvų erdvėlaivį, kad abipusis gravitacinis potraukis švelniai pastūmėtų dangaus kūną į kitą trajektoriją. Šio metodo pranašumas yra jo santykinis paprastumas: iš aparato reikia tik jo buvimo orbitoje. Laivo trajektorija turi būti idealiai apskrita su centru Lagranžo taške, kur Saulės ir asteroido trauka bus maždaug vienoda.
Tačiau abu šie metodai reikalauja daug laiko. Žmonijai prireiks 4 metų, kad surengtų kosminį skrydį už Žemės orbitos, o erdvėlaiviui prireiks metų ar dvejų, kad pasiektų potencialią grėsmę – asteroidą. Bet ką daryti, jei neturime šešerių metų? Ar mes visi mirsime?
Ne, mums tiesiog reikia išbandyti kitą metodą.
Kalifornijos universiteto fizikas Kichongas Zhangas įsitikinęs, kad lazeriai mums padės. Tik lazeris neišgarins visų asteroidų, kaip Mirties žvaigždė. Tik nedidelė jo paviršiaus dalis gali būti sunaikinta. Zhangas ir kolegų grupė pristatė šį projektą Ramiojo vandenyno astronomijos draugijai skirtame dokumente. Tai gali atrodyti kaip beprotiška ir neveiksminga idėja. Tačiau net ir mažas stūmimas gali pakeisti pavojingą asteroido kursą, nukreipdamas jį nuo trajektorijos daugybę tūkstančių kilometrų. Jei tai padarysite laiku.
Zhangas mano, kad pagrindinis lazerio privalumas yra tas, kad jį galima pastatyti žemoje Žemės orbitoje – ir jokios lenktynės dėl asteroido! Vieno gigavato galios lazeris, veikiantis vieną mėnesį, gali perkelti 80 metrų asteroidą dviem Žemės spinduliais (12 800 km). To pakanka, kad išvengtumėte susidūrimo. Žinoma, galite sukurti ne tokį galingą lazerį (nuo 20 kW) ir siųsti jį tiesiai į asteroidą erdvėlaivyje. Tačiau šiuo atveju prireiks laiko, kol pateksite į dangaus kūną. Be to, toks lazeris turėtų veikti daug metų. Taigi lazeriui tinkamiausia vieta yra žemės orbita: kaip sakoma, padeda namai ir sienos.
Ši idėja gera ir tuo, kad nereikės erdvėlaivio laikyti asteroido ar kometos orbitoje. Nepaisant to, kad mes jau siekėme kometos, tai nėra taip lengva įgyvendinti.
„Rosetta zondas iš pradžių buvo skirtas kitai kometai (46P), kol paleidimo delsa privertė jį persijungti į 67P, nes 46P išėjo iš savo galios. Jei netikėtai mus nuspręstų aplankyti kometa, neturėsime prabangos pasirinkti kitą taikinį persidengimo atveju. Asteroidus lengviau susekti, bet tai užtruks ilgai“, – sako Zhang.
Tačiau Lindley Johnsonas iš NASA pažymi, kad didžiausia problema šiuo atveju yra viena: kilometro dydžio objektų į Žemės orbitą dar niekas nepaleido – jau nekalbant apie lazerius.
Lieka branduolinės bombos variantas. Jei matėte filmą „Armagedonas“, tai atrodo lengva užduotis. Bet tai tik filmas: gyvenime viskas daug sudėtingiau.
Massimiliano Vasile iš Stratklaido universiteto pasiūlė susprogdinti branduolinę bombą tam tikru atstumu nuo asteroido, išgarinti dalį jo paviršiaus ir pakeisti jo orbitą, kaip ir lazerio atveju. Iš esmės tai tikra. Tačiau yra vienas subtilumas: daugelis asteroidų yra laisvai surišti uolos gabalai. Smūgis gali būti neefektyvus.
Tačiau tie drąsuoliai, kurie rizikuoja išgelbėti planetą branduoline bomba, gali atsakyti pagal įstatymus. 1967 metų Kosmoso sutartis draudžia naudoti branduolinius ginklus ir juos išbandyti kosmose. Be to, kilometro lazerio dislokavimas orbitoje gali sujaudinti kai kuriuos žmones.
Zhang pažymi, kad jei orbitinio lazerio galia bus sumažinta iki 0,7 gigavato, tai nustums asteroidą į atstumą, lygų tik trečdaliui Žemės spindulio (1911 km).
„Mažesni asteroidai, galintys sunaikinti miestą, yra daug labiau paplitę nei milžiniškų planetų žudikai. Įsivaizduokite, kad asteroidas tuoj atsitrenks į Niujorką. Jei nepavyks šio objekto nukreipti nuo Žemės, galite jį nukreipti, pavyzdžiui, į Londoną. Europiečiams tai nepatiks ir jie neleis taip nukreipti asteroido“, – fantazuoja Zhang.
Tačiau politika planetos gynybai nuo asteroidų kišasi mažiau nei tikėtasi.
„Kosmoso sutartyje yra spraga“, – sako NASA Johnsonas. „Pavyzdžiui, balistinių raketų, kurios keliauja kosmose ir gali būti ginkluotos branduoliniais ginklais, paleidimas nėra draudžiamas. Atsižvelgiant į planetinės apsaugos poreikį, kritika dėl jų naudojimo gali būti nutildyta.
O ką mes turime Rusijoje?
Nepaisant to, „Roskosmose“ diskutuojama apie sistemos, skirtos kovai su kosmoso grėsmėmis, sukūrimą. Rusijos mokslininkai dalyvauja IAWN (International Asteroid Warning Network) programoje, skirtoje arti Žemės esantiems objektams sekti, taip pat Kosmoso misijos planavimo patarėjų grupės darbe. Apie tai kalbėjo Astronomijos instituto direktorius, fizinių ir matematikos mokslų daktaras, Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Borisas Šustovas.
„Mums reikia naujos žemės infrastruktūros. Rusijos perspėjimo ir kovos su kosminėmis grėsmėmis sistemos projektas laikomas vienu perspektyviausių. Ji taps analogiška Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA) departamentui, koordinuojančiam planetų gynybą nuo asteroidų ir kitų grėsmių. Iniciatyva nurodoma specialiame dokumente – rekomenduojamų projektų sąraše. Dabar apie tai diskutuojama Roskosmose. Manau, kad tai užtruks dar kelis mėnesius“, – sakė jis.
Žinoma, tokio masto nelaimės natūrali rizika yra labai maža, palyginti su cunamio rizika. Ir vis dėlto iš anksto įspėtas yra ginkluotas!
JAV mokslininkai ir inžinieriai, vadovaujami astrofiziko Philipo Lubino (UC Santa Barbara), arXiv.org išankstiniame spaudinyje pavadinimu „Guided Energy Missions for Planetary Defense“. Straipsnyje išsamiai aprašomas projektas, kurio įgyvendinimas leis apsaugoti Žemę tokioje situacijoje, kaip parodyta filme „Armagedonas“, tai yra užkirsti kelią mūsų planetos susidūrimui su asteroidu. Mokslinius tyrimus pagal programą DE-STAR (nukreipta energijos sistema, skirta nukreipti į asteroidus ir tyrinėti) remia NASA.
Alternatyvūs Žemės apsaugos nuo asteroido grėsmės scenarijai yra šie: (1a) kinetinis smūgis be tiesioginio sprogmens panaudojimo (pavyzdžiui, dėl dviejų asteroidų susidūrimo), (1b) kinetinis smūgis su sprogimu ( visų pirma branduolinių ginklų panaudojimas, 2) albedo asteroido pasikeitimas (dažant jo paviršių) arba Jarkovskio efekto panaudojimas, 3) asteroido nukreipimas nuo pradinės trajektorijos jonų pluoštu, 4) įtaisas su varymo sistema (pavyzdžiui, skystojo kuro raketa) į asteroidą, (5) naudojant sunkųjį palydovą, kuris suksis aplink asteroidą ir palaipsniui koreguoja jo trajektoriją, (6) nuleidžia robotą ant dangaus paviršiaus. kūną, kuris pradės jį ardyti ir sukurs nedidelę reaktyviąją jėgą, koreguojančią dangaus kūno trajektoriją, ir (7) asteroido paviršiaus medžiagos išgaravimą fokusuojant saulės spindulius.
Žemė nuolat susiduria su asteroidais. Dauguma jų sudega atmosferoje, kai kurių smulkūs fragmentai pasiekia planetos paviršių. Vietinę katastrofą gali sukelti iki kilometro dydžio asteroidai, globalią – nuo kelių kilometrų skersmens. Remiantis skaičiavimais, pirmojo tipo asteroidai į Žemę nukrenta kartą per kelias dešimtis tūkstančių metų, antrojo - ne dažniau kaip kartą per kelias dešimtis milijonų metų. Didžiausią pavojų Žemei kelia asteroidai, priklausantys Apolono (apie šeši tūkstančiai dangaus kūnų) ir Atono (mažiau nei tūkstantis) grupėms, kertantys planetos trajektoriją iš išorinės (pirmosios) ir vidinės (antrosios) pusių. jų orbita.
Vienas iš jauniausių, didžiausių ir gerai išsilaikiusių Žemės susidūrimo su asteroidu artefaktų yra Arizonos krateris (JAV). Jo skersmuo yra 1,2 kilometro, o gylis – 170 metrų. Kraterį juosia 45 metrų aukščio ratlankis, o centre – 240 metrų aukščio kalva. Kritęs meteoritas išleido aštuonis tūkstančius kartų daugiau energijos nei sprogus atominei bombai Hirosimoje. Susidūrimas įvyko maždaug prieš 50 tūkstančių metų. Maždaug 50 metrų skersmens meteoritas rėžėsi į žemės paviršių maždaug 13 kilometrų per sekundę greičiu. Jeigu šiandien toks objektas nukristų ant bet kurio miesto, kuriame gyvena daug milijonų gyventojų, katastrofa (vietinė) būtų neišvengiama.
Lubinas siūlo sprendimą, kaip išvengti tokių (vietinių, bet ne pasaulinių) nelaimių. Manoma, kad potencialiai pavojingus objektus (PHO), tarp kurių visų pirma yra asteroidai, veikia daugybė lazerių. Dėl to dangaus kūno skrydžio trajektorija pasikeičia, o susidūrimas neįvyksta. Naudojamas lazerinės abliacijos mechanizmas – medžiaga pašalinama iš kūno paviršiaus garinant arba sublimuojant dėl kaitinimo. Iš dangaus kūno viena kryptimi tekanti medžiaga sukuria srovės trauką, kuri stumia asteroidą priešinga kryptimi.
Siūlomas projektas vadinamas DE-STARLITE ir yra NASA palaikomos DE-STAR (nukreiptos energijos sistema, skirta nukreipti į asteroidus ir tyrinėti) programos modifikacija. Skirtingai nuo DE-STAR, kurį Lenta.ru jau detalizavo dėl Lyubin komandos kuriamos misijos, skirtos nedidelę automatinę stotį siųsti į Alpha Centauri, koncepcija, DE-STARLITE apima daug mažiau galingų lazerių, veikiančių ne iš planetos paviršiuje arba netoli Žemės esančia trajektorija, ir visai šalia asteroido (keliuose ar daugiau kilometrų).
Skirtingai nei NASA sukurta ARM programa, skirta užfiksuoti 5-10 metrų skersmens asteroidą ir nugabenti jį į Mėnulio orbitą, projektas DE-STARLITE skirtas šiek tiek nukrypti nuo jo pradinės trajektorijos dangaus kūnui.
Laivas DE-STARLITE į asteroidą pristatys šimto kilovatų galios DE-STAR-0 lazerių masyvą (silpniausias iš DE-STAR šeimos). Lubino komandos kuriama sistema, pasak jos kūrėjų, neperžengia NASA nustatytų techninių ir dizaino apribojimų (Asteroid Redirect Mission). Konceptualiai laivas išdėstytas taip. Priekyje centrinę aparato dalį sudaro fazinė antenos matrica, kurios skersmuo yra iki 4,5 metro (apytiksliai toks pat laivo skersmuo sulankstytas). Už ir iš šonų – jonų varikliai, šonuose – pora radiatorių (viršuje ir apačioje) bei fotovoltinės baterijos (dešinėje ir kairėje). Nešančiosios raketos galvutėje plokštės ir radiatoriai sumontuoti sulankstyti. Plokštės išsiskleidžia iš priekio laivo, radiatoriai iš galo.
Paskelbtame darbe nagrinėjamos Amerikos kompanijos Orbital ATK saulės baterijos. Jų (ankstesnės kartos) atitikmuo buvo sumontuotas Phoenix Mars nusileidimo aparate. Plokščių skersmuo – 15 metrų, galia – 50 kilovatų. Efektyvumas – 35 procentai (ir, Liubino teigimu, per penkerius metus – 50 procentų). Lazerinės fazinės antenos matricos pakanka, kad dangaus kūno paviršius įkaistų iki 2,7 tūkstančio laipsnių Celsijaus ir prasidėtų abliacija. Minimalioje versijoje (kurios grotelių skersmuo yra vienas metras) sistema leidžia gauti dešimties centimetrų skersmens lazerio tašką ant asteroido iš dešimties kilometrų atstumo.
Vaizdas: Q. Zhang
Padidinus tinklelio dydį (išlaikant atstumą tarp stoties ir asteroido), reikės daugiau elementų ir suteiks didesnį taško plotą. Iš viso dviejų metrų skersmens tinkle yra 19 elementų, kurių kiekvienas išvysto iki trijų kilovatų galią. Z formos radiatorius yra suskaidytas į 18 segmentų, kurių kiekvieno plotas yra 4,8 kvadratinio metro. Radiatorių plokštės suksis aplink savo ašį ir bus statmenos saulės diskui. Modulinis DE-STAR-0 sistemos pobūdis leidžia DE-STARLITE padidinti iki reikiamos talpos ir dydžio. Visų pirma, 30 metrų skersmens saulės baterijų pora gali išvystyti iki megavatų galią. Galimi apribojimai yra susiję su didelėmis lazerio matricos ir paleidimo paslaugų sąnaudomis.
„Atlas V 551“ gali nugabenti 18,5 tonos (13,2 tūkst. dolerių už kilogramą) į žemą Žemės orbitą (nuo 160 iki dviejų tūkstančių kilometrų nuo planetos paviršiaus), SLS Block 1 – 70 tonų (18,7 tūkst. dolerių už kilogramą), „Falcon“ Sunkioji – 53 tonos (1,9 tūkst. dolerių už kilogramą) ir „Delta IV Heavy“ – 28,8 tonos (13 tūkst. dolerių už kilogramą). Raketų galvutės gaubto skersmuo yra standartinis (penki metrai ar šiek tiek daugiau), išskyrus itin sunkų ir brangiausią iš sąrašo SLS Block 1, kurio dydis yra 8,4 metro. Pagrindinėje konfigūracijoje DE-STARLITE matmenys (4,6 x 12,9 metro sulankstytas) ir masė atitinka šiuos parametrus.
Erdvėlaivis DE-STARLITE turėtų būti paleistas naudojant standartinę skystojo kuro nešančiąją raketą, o transportavimas į LEO bus vykdomas naudojant joninius variklius, kurie taip pat dalyvaus manevruojant stoties šalia dangaus kūno. Mokslininkai ir inžinieriai pažymi, kad Amerikos ir Europos raketų Atlas V 551, Ariane V ir Delta IV Heavy, taip pat kuriamos Falcon Heavy ir SLS (Space Launch System) galimybės leidžia paleisti misiją šiandien. Rusijos sunkiosios raketos Proton-M ir Angara-A5 Lyubin savo darbe neatsižvelgė. Tyrėjai apskaičiavo Amerikos paleidimo paslaugų, skirtų erdvėlaiviui DE-STARLITE į orbitą, kainą.
Kryptinis (99942) Apophis tipo asteroido (kurio skersmuo siekia 325 metrus) sunaikinimas ir trajektorijos nukreipimas dviejų Žemės spindulių atstumu gali užtrukti 15 metų, kai šimto kilovatų lazerinės sistemos DE-STARLITE galia (kurio efektyvumas 35 proc.). Norint tą patį pasiekti per penkerius metus, reikėtų 870 kilovatų galios. Pirmą kartą atrastas 2003 m., PHO išgąsdino mokslininkus: skaičiavimai parodė didelę tikimybę, kad 2036 m. jis susidurs su Žeme. Šiuolaikiniai duomenys sumažino šią tikimybę šimtus tūkstančių kartų.
Lyubino pasiūlytas metodas veikia tuo atveju, kai laiku aptinkamas POE, kuris vis dar yra labai retas (ypač stebint antžeminėmis priemonėmis). Kiekvienais metais NASA turi apie 1,5 tūkstančio arti Žemės esančių objektų. Agentūra šiuo metu sutelkia savo pastangas, kad surastų mažesnius nei 90 metrų skersmens asteroidus. NASA mano, kad jai pavyko aptikti maždaug 90 procentų dangaus kūnų, didesnių nei 90 metrų. Dauguma naujų arti Žemės esančių objektų aptinkami likus mažiau nei 15 dienų iki jų artėjimo prie Žemės. Didelio asteroido susidūrimas su planeta yra tik laiko klausimas. Labiausiai tikėtina, kad kitos žemiečių kartos turės išspręsti praktinę užduotį, kaip atsikratyti šios grėsmės. Tačiau net ir dabar yra protinga nustoti žaisti ruletę ir pradėti imtis tam tikrų priemonių asteroido-kometos pavojui pašalinti.
