Asteroider utgör ett verkligt hot mot jorden. Forskare har kommit på flera dussin sätt att förändra himlakropparnas omloppsbana. TNENERGY berättar mer om projekt utformade för att rädda vår planet från asteroider.
Påverkan
Tunguska-meteoriten exploderade den 17 juni 1908 över taigan i Sibirien på flera kilometers höjd. Explosionens kraft uppskattas till 40-50 megaton, vilket motsvarar energin från den kraftigaste vätebomb som någonsin detonerats. Enligt andra uppskattningar motsvarar explosionens kraft 10-15 megaton.
Ett nedslag är träffen av en asteroid (i princip oavsett storlek) i jorden, följt av frigörandet av dess kinetiska energi i atmosfären eller på ytan. Ju mindre energipåverkan desto oftare inträffar den. Anslagsenergi är ett bra sätt att avgöra om en rymdkropp är farlig för jorden eller inte. Den första sådana tröskeln är cirka 100 kiloton TNT-energi som frigörs, när en ankommande asteroid (som börjar kallas en meteorit genom att den går in i atmosfären) upphör att vara begränsad till att träffa YouTube och börjar skapa problem.
Modellera den atmosfäriska explosionen av Tunguska-metioriten
Ett bra exempel på en sådan tröskelhändelse är Chelyabinsk-meteoriten 2014 - en liten kropp med en karakteristisk storlek på 15 ... 20 meter och en massa på ~ 10 tusen ton orsakade skador på en miljard rubel och skadade ~ 300 personer med sin stötvåg.
Ett urval av videor av Chelyabinsk-metioritens fall.
Emellertid siktade Chelyabinsk-meteoriten mycket bra och störde i allmänhet inte ens Chelyabinsks liv särskilt, för att inte tala om hela jorden. Sannolikheten att av misstag träffa ett tätbefolkat område i en kollision med vår planet är ungefär några procent, så den verkliga tröskeln för farliga föremål börjar med en kraft 1000 gånger mer - ungefär hundratals megaton, den karakteristiska stötenergin för kroppar med en kaliber på 140-170 meter.
Till skillnad från kärnvapen är energiutsläppet av meteoriter mer diffust i rum och tid, därför något mindre dödligt. På bilden är Ivy Mike-testet, 10 megaton.
En sådan meteor har en skaderadie på hundratals kilometer, och efter att ha landat framgångsrikt kan den avsluta många miljoner liv. Naturligtvis finns det stenar i rymden och större - en 500 meter lång asteroid kommer att arrangera en regional katastrof som påverkar området tusentals kilometer från platsen för dess fall, en och en halv kilometer under krafterna för att radera liv från en en fjärdedel av planetens yta, och en 10 kilometer lång sådan kommer att ordna en ny massutrotning och definitivt förstöra civilisationen.
Nu när vi har kalibrerat nivån av Armageddon kontra storlek, kan vi gå vidare till vetenskapen.
Jordnära asteroider
Impaktorn kan naturligtvis bara vara en asteroid vars bana kommer att korsa jordens bana i framtiden. Problemet är att du först måste se en sådan asteroid, sedan mäta dess bana med tillräcklig noggrannhet och simulera den in i framtiden. Fram till 80-talet numrerades antalet kända asteroider som korsade jordens omloppsbana i tiotal, och ingen av dem utgjorde någon fara (passerade inte närmare än 7,5 miljoner kilometer från jordens omloppsbana när man simulerade dynamiken, låt oss säga 1000 år framåt ). Därför har studiet av asteroidfara främst fokuserat på probabilistiska beräkningar - hur många kroppar större än 140 meter i storlek kan det finnas i omloppsbanor som korsar jorden? Hur ofta inträffar påverkan? Faran uppskattades sannolikt "för att under det kommande decenniet få en effekt med en effekt på mer än 100 megaton är 10 ^ -5", men sannolikheten betyder inte att vi inte kommer att få en global katastrof i morgon.
Beräkning av den sannolika frekvensen av stötar som en funktion av energi. Den vertikala axeln är frekvensen av "fall per år", den horisontella axeln är slagkraften i kiloton. Horisontella ränder - värdetoleranser. Röda märken - observationer av verkliga effekter med ett fel.
Den kvalitativa och kvantitativa tillväxten leder dock till en snabb ökning av antalet upptäckta jordnära objekt. Uppkomsten på 90-talet av CCD-matriser på teleskop (som höjde deras känslighet med 1-1,5 storleksordningar) och samtidigt automatiska algoritmer för att bearbeta bilder av natthimlen ledde till en ökning av detekteringshastigheten för asteroider (inklusive nära jorden) med två storleksordningar vid sekelskiftet.
Trevlig animation av asteroiddetektering och rörelse från 1982 till 2012. Jordnära asteroider är markerade med rött.
1998-1999 sattes LINEAR-projektet i drift - två robotteleskop med en bländare på endast 1 meter, utrustade med endast en 5-megapixel (senare kommer du att förstå var "allt" kommer ifrån) matris, med uppgiften att detektera som många asteroider och kometer, inklusive .h. nära jorden. Detta var inte det första projektet av detta slag (ett par år tidigare fanns det fortfarande ett ganska framgångsrikt NEAT), utan det första, speciellt designat för denna uppgift. Teleskopet kännetecknades av följande egenskaper, som sedan skulle bli standard:
En speciell astronomisk CCD-matris, med en bakbelyst pixel, som ökade dess kvanteffektivitet (antalet registrerade infallande fotoner) till nästan 100 %, jämfört med 30 % för vanliga icke-astronomiska.
Ett vidvinkelteleskop för att fånga ett mycket stort område av himlen över natten
Privat kadens - teleskopet fotograferade samma område på himlen 5 gånger under natten med ett mellanrum på 28 minuter och upprepade denna procedur två veckor senare. I det här fallet var bildexponeringen bara 10 sekunder, varefter teleskopet flyttade till nästa fält.
Särskilda algoritmer som subtraherade stjärnor från katalogen (detta var en innovation) och letade efter rörliga grupper av pixlar med vissa vinkelhastigheter.
Den ursprungliga vikta bilden av LINEAR-teleskopet från 5 och efter bearbetning av algoritmen. Den röda cirkeln är en jordnära asteroid, gula cirklar är de viktigaste bältasteroiderna.
Själva LINEAR-teleskopet, beläget i White Sands, New Mexico.
LINEAR kommer att bli stjärnan av den första magnituden av en asteroidsökning och upptäcka 230 tusen asteroider under de kommande 12 åren, inklusive 2300 som korsar jordens omloppsbana. Tack vare ett annat projekt MPC (Minor Planet Center) distribueras information om de hittade kandidaterna för asteroider till olika observatorier för ytterligare omloppsmätningar. På 2000-talet kommer en liknande Catalina automatisk himmelundersökning (som kommer att vara mer inriktad på att hitta objekt nära jorden, och kommer att hitta hundratals av dem om året) i drift.
Antalet jordnära asteroider som upptäckts av olika projekt efter år
Gradvis börjar uppskattningar av sannolikheten för Armageddon i allmänhet ge efter för uppskattningar av sannolikheten för död från en viss asteroid. Bland de första hundratals, och sedan tusentals jordnära asteroider, sticker cirka 10 % ut vars banor passerar närmare än 0,05 astronomiska enheter från jordens omloppsbana (cirka 7,5 miljoner km), medan asteroidens storlek bör överstiga 100-150 meter (den absoluta storleken på kroppens solsystem H<22).
I slutet av 2004 berättade NASA för världen att asteroiden Apophis 99942, upptäckt i början av året, har en sannolikhet på 1 på 233 att träffa jorden 2029. Asteroiden har enligt moderna mätningar en diameter på cirka 330 meter och en uppskattad massa på 4 miljoner ton, vilket ger cirka 800 megaton explosionsenergi.
Radarbild av asteroiden Apophis. Att mäta banan med radarn vid Arecibo-observatoriet gjorde det möjligt att förfina omloppsbanan och utesluta möjligheten för en kollision med jorden.
Sannolikhet
Men i exemplet med Apophis dök själva sannolikheten för en viss kropp att bli en stötkropp. Genom att känna till asteroidens omloppsbana med ändlig noggrannhet och integrera dess bana igen med ändlig noggrannhet, vid tidpunkten för en potentiell kollision, kan endast en ellips uppskattas, som kommer att ha, säg, 95% av möjliga banor. När parametrarna för Apophis omloppsbana förfinades minskade ellipsen tills planeten jorden slutligen föll ur den, och det är nu känt att den 13 april 2029 kommer asteroiden att passera på ett avstånd av minst 31 200 km från jordens yta (men återigen, detta är den närmaste kanten av felellipsen).
En illustration av hur röret med möjliga banor av asteroiden Apophis komprimerades i ögonblicket för en eventuell kollision när parametrarna för banan förfinades. Som ett resultat påverkades inte jorden.
En annan intressant illustration av Apophis är beräkningen av möjliga kollisionspunkter (med förbehåll för osäkerhet) för en kollision 2036. Det är intressant att banan ägde rum nära platsen där Tunguska-meteoriten föll.
Förresten, för en snabb bedömning av den jämförande faran med asteroider nära jorden, utvecklades två skalor - en enkel Turin och en mer komplex Palermo. Turin multiplicerar helt enkelt sannolikheten för kollision och storleken på den bedömda kroppen och tilldelar den ett värde från 0 till 10 (till exempel hade Apophis 4 poäng vid toppen av sannolikheten för kollision), och Palermo beräknar logaritmen för förhållandet mellan sannolikheten för en påverkan av en viss kropp med bakgrundssannolikheten för en påverkan av sådan energi från idag till ögonblicket för möjliga kollisioner.
Samtidigt innebär positiva värden på Palermo-skalan att en enda kropp blir en mer betydande potentiell källa till katastrof än alla andra - öppen och oupptäckt tillsammans. En annan viktig punkt på Palermo-skalan är den tillämpade faltningen av sannolikheten för en kollision och dess energi, vilket ger en ganska kontraintuitiv kurva av riskgraden kontra asteroidens storlek - ja, 100-meters stenar verkar vara oförmögna att orsakar betydande skada, men det finns många av dem och de faller ut relativt ofta och bär i allmänhet fler potentiella offer än den 1,5 kilometer långa "mördaren av civilisationer".
Men låt oss återvända till historien om upptäckten av jordnära asteroider och potentiellt farliga föremål i mitten av dem. 2010 togs det första teleskopet i Pan-STARRS-systemet i bruk, med ett ultrabredfältsteleskop med en bländare på 1,8 meter, utrustat med en matris på 1400 megapixlar!
Ett fotografi av Andromedagalaxen från Pan-STARRS 1-teleskopet, som låter oss bedöma dess vidvinkel. Som jämförelse ritas en fullmåne i fältet och färgade rutor - det "vanliga" synfältet för stora astronomiska teleskop.
Till skillnad från LINEAR tar den 30 sekunders bilder med ett syndjup på 22 stjärnor. (dvs. kunde upptäcka en asteroid 100-150 meter stor på ett avstånd av 1 astronomisk enhet, mot kilometergränsen på det avståndet för LINEAR), och en högpresterande server (1480 kärnor och 2,5 petabyte hårddiskar) blir 10 terabyte till listan över övergående fenomen. Det bör noteras här att huvudsyftet med Pan-STARRS inte är sökandet efter objekt nära jorden, utan stjärn- och galaktisk astronomi - sökandet efter förändringar på himlen, till exempel avlägsna supernovor eller katastrofala händelser i nära binära system . Men i detta teleskop-nonsens upptäcktes hundratals nya jordnära asteroider under året.
Server Pan-STARRS. Generellt sett är bilden redan 2012, idag har projektet utökats ganska mycket, ett andra teleskop har lagts till, två till är under uppbyggnad.
Ett annat uppdrag som är värt att nämna är NASA:s rymdteleskop WISE och dess förlängning NEOWISE. Den här enheten tog bilder i det avlägsna infraröda området och upptäckte asteroider genom deras infraröda glöd. Generellt sett var det ursprungligen syftat till att hitta asteroider bortom Neptunus omloppsbana - Kuiperbältsobjekt, en spridd skiva och bruna dvärgar, men i ett förlängningsuppdrag, efter att teleskopet fick slut på kylvätska och dess temperatur blev för hög för den ursprungliga uppgiften , detta hittade teleskopet cirka 200 jordnära kroppar.
Som ett resultat har antalet kända jordnära asteroider ökat från ~50 till 15 000 under de senaste 30 åren. Idag finns 1 763 av dem med i listan över potentiellt farliga objekt, varav ingen har klassificeringar högre än 0 på Turin- och Palermo-vågen.
Många asteroider
Är det mycket eller lite? Efter NEOWISE-uppdraget omvärderade NASA modellnumret för asteroider enligt följande:
Här, på bilden, representerar skuggade kända jordnära asteroider (inte bara farliga föremål), konturer - en bedömning av befintliga men inte hittade. Läget för 2012.
Modern syntetisk modellering gör det möjligt att inte bara mer exakt uppskatta det totala antalet, utan också att simulera sannolikheten för upptäckt, och genom detta att klargöra andelen upptäckta asteroider.
De röda och svarta kurvorna är modelluppskattningar av antalet kroppar av olika storlek i omloppsbanor nära jorden. De blå och gröna streckade linjerna är den upptäckta mängden.
Svart kurva från föregående bild i tabellform.
Här i tabellen anges asteroidernas storlekar i enheter H - absoluta stjärnstorlekar för objekt i solsystemet. En grov omvandling till storlek görs enligt denna formel, och från den kan vi dra slutsatsen att vi känner till mer än 90 % av jordnära objekt som är större än 500 meter och ungefär hälften så stora som en apophis. För kroppar från 100 till 150 meter är endast cirka 35 % kända.
Man kan dock komma ihåg att cirka 0,1 % av farliga föremål var kända för 30 år sedan, så framstegen är imponerande.
En annan uppskattning av andelen upptäckta asteroider, beroende på storleken. För kroppar 100 meter stora upptäcks idag några procent av totalen.
Detta är dock inte slutet på historien. Idag i Chile är LSST-teleskopet under uppbyggnad - ytterligare ett observationsmonsterteleskop, som kommer att vara beväpnat med 8 meter optik och en 3,2 gigapixelkamera. Under flera år, från och med 2020, efter att ha tagit cirka 7 petabyte av LSST-bilder, borde den detektera ~ 100 000 jordnära asteroider, efter att ha bestämt banorna för nästan 100 % av kroppar av farlig storlek.
LSST har för övrigt en mycket ovanlig optisk design, där den tredje spegeln är placerad i mitten av den första.
Nedkyld till -110 C 3,2 gigapixelkamera med 63 cm pupill - LSST arbetsverktyg.
Är mänskligheten räddad? Inte riktigt. Det finns en klass av stenar som ligger i omloppsbanor internt i jorden i en 1:1 resonans, som är mycket svåra att se från jorden, det finns kometer med lång period - vanligtvis relativt stora kroppar med mycket höga hastigheter i förhållande till jorden ( dvs potentiellt mycket kraftfulla stötar), som vi kan se idag inte mer än 2-3 år före kollisionen. Men faktiskt, för första gången under de senaste tre århundradena, sedan idén om en kollision mellan jorden och en himlakropp föddes, kommer vi om några år att ha en databas över banorna för det överväldigande antalet farliga kroppar som bär jorden.
Hur blir man frälst?
Innan vi pratar om metoderna för att avleda potentiella stötar, är det nödvändigt att ta en ny titt på situationen med vilka av solsystemets små kroppar som är farliga. Till att börja med kommer vi att dela upp alla små kroppar som kretsar kring solen i grupper enligt omloppsparametrar och välja flera grupper från dem - Jordnära Asteroider, Asteroider i huvudbältet, Kentaurer, Kuiperbältsobjekt.
Den största av de potentiellt farliga jordnära asteroiderna - 4179 Tautatis
I 99,5 % av fallen korsas jordens bana av jordnära asteroider, vars bana ligger någonstans mellan asteroidbältet och den inre delen av solsystemet (uppenbarligen inne i jordens bana). Men kvantitativt är det en av de minsta grupperna av asteroider. Så idag är cirka 15 000 jordnära asteroider och mer än 800 000 asteroider från huvudbältet kända. Banorna för huvudbältets asteroider stabiliseras dock av Jupiter och Uranus, och endast som ett resultat av ganska sällsynta kollisioner kan tillräckligt stort skräp flytta in i farliga banor. Därför, trots deras stora antal, utgör asteroiderna i huvudbältet ingen betydande fara för jorden.
Den näst viktigaste källan till farliga kroppar är Centaurgruppen - den inre delen av Kuiperbältet, som ligger mellan Jupiters och Neptunus banor. Detta är ett dynamiskt instabilt territorium, från vilket små kroppar, i samverkan med gigantiska planeter, förr eller senare kastas in i eller ut ur solsystemet, och det är kentaurerna som är huvudkällan till kortperiodiga kometer. Denna grupp av kroppar, mycket svårare att upptäcka än asteroiderna i huvudbältet, eller till och med mer nära jorden, är källan till nästan 0,5 % av små kroppars skärningar av jordens omloppsbana (vi talar om de kentaurianer vars perihelion flyttade in i jordens bana, och aphelion förblev någonstans då nära Jupiters omloppsbana, om aphelion också rör sig inåt solsystemet, då går objektet in i en grupp av jordnära asteroider).
Olika grupper av yttre asteroider. Ljusbruna är objekt med spridda skivor, blått är Kuiperbälten. Ljus och mörkgrön - Kentaurer, grå - Trojaner. De röda prickarna är Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, den gula cirkeln, även om den motsvarar solen, är ungefär 1,5 gånger större än jordens omloppsbana. Man kan förstå att det är svårt för en asteroid från de yttre delarna av solsystemet att ta sig in i jorden, som är 10 000 gånger mindre än diametern på dess bana.
Slutligen skickar de yttre delarna av solsystemet - Kuiperbältet, den spridda skivan och Oorts moln - också periodvis "gåvor" till centrum, kallade långperiodiska kometer (de definieras som kometer med en omloppstid på mer än 200 år). Men trots de gigantiska uppskattningarna av det totala antalet kroppar i dessa grupper leder omloppsdynamik och låga hastigheter till det faktum att inte mer än 3 sådana objekt med potentiellt farliga dimensioner flyger in i jordens omloppsbana varje år - faktiskt mot bakgrunden av tusentals orbitalkorsningar av jordnära asteroider är sannolikheten att få en kollision med en sådan komet cirka 0,1 %. Vi kommer dock att återkomma till objekt från Kuiperbältet och Oorts moln, och låt oss nu prata om metoder för att avleda en ny "standard" asteroid.
Efter att astronomer "filtrerat" alla jordnära objekt > 1 km i storlek (idag är 157 kroppar större än 1 km kända i korsande banor med jorden, och detta antal har praktiskt taget inte ökat på flera år), började de träna sina tankar uppfinnarna av olika sätt att avleda asteroider blev det sensationella Apophis - det största målet vad gäller storlek och omloppsbana, som astronomer sannolikt kommer att hitta förr eller senare.
För närvarande har flera dussin sätt uppfunnits för att förändra asteroidernas omloppsbana. Låt oss lista de mest genomarbetade i ordning efter ökad effektivitet. Verkningsgrad kommer att definieras som massan av rymdfarkosten som avleder asteroiden vid den önskade avvikelsen (minst ~ 20 000 km).
Kemiska raketmotorer monterade på en asteroid. Den enda fördelen är att de finns till hands och välkända. För att ge en minimiimpuls (vanligtvis uppskattas den till ~0,3 m/s) behöver 10-50 miljoner ton av en asteroid leverera flera tiotusentals ton bränsle - vilket innebär att redan hundratusentals ton stiger upp till en låg jord bana. I allmänhet har detta alternativ inga fördelar som kompenserar för sådana oöverkomliga kostnader.
Elektrojetmotorer monterade också på asteroiden. Å ena sidan kan bränslemassan vara i storleksordningen tiotals ton, eftersom den specifika impulsen för den elektriska framdrivningsenheten är justerbar. Å andra sidan - det finns en allvarlig nackdel i form av rotation av en asteroid - kommer motorerna att kunna ge ut impulser i rätt riktning under en liten del av tiden. Vanligtvis, tillsammans med impulsverkan, överväger de också alternativ för ett preliminärt stopp av asteroidens rotation eller precession av rotationsaxeln så att den sammanfaller med riktningen där dragkraften ges (dvs. framdrivningssystemet kommer att flytta till polen i detta fall, närmare bestämt, stolpen till framdrivningssystemet). I allmänhet, om vi har många decennier, är detta det mest realistiska alternativet - teknikerna är mer eller mindre redo.
Resultatet av modellering av tillämpningen av en rymdfarkost med en elektrisk framdrivningsmotor på en potentiell Apophis. Längs en axel plottas tiden från detektionsögonblicket, med de första 1000 dagarna - skapandet, uppskjutningen och flygningen till asteroiden, och sedan går nedslagstiden. På den andra axeln finns den tillgängliga massan av apparaten i tiotals ton. Den tredje är den uppnådda avvikelsen för asteroiden från den initiala banan.
Det finns dock en ganska intressant omarbetning av denna lösning, kallad "gravity tug". Här installerar vi inte ett framdrivningssystem med tankar på ytan, utan hänger det nära asteroiden, vilket förhindrar att den attraheras av asteroiden av motorernas dragkraft. Ömsesidig attraktion drar gradvis stenen ur omloppsbanan (ja!), Gör det arbete vi behöver. Det viktigaste här är att inte låta strålarna från motorerna träffa asteroiden, det är nödvändigt att placera vårt framdrivningssystem i vinklar mot linjen som förbinder rymdfarkosten och asteroiden. I allmänhet är effektiviteten ett kilo lägre än för lösning #2, men vi bryr oss inte om den kosmiska kroppens rotation - och arbetet utförs 24x7, så på detta sätt är det möjligt att minska tiden det tar för kropp som ska tas bort från den farliga banan.
Liknande modellering för en gravitation bogserbåt.
Chockpåverkan. Bara en överklockad blank med en hastighet av flera km/s kraschar in i en asteroid och ger den fart. En bra lösning för alla (och redan en gång implementerad för träningsändamål på Comet Tempel 2005), förutom dess låga effektivitet. Om vi tar samma långlidande Apophis, då en rymdfarkost med en massa på 100 ton, korrekt inkörd i den redan 20 år före kollisionen (kom ihåg att NASA initialt hade 25 år från upptäckt till en möjlig kollision, vilket senare blev omöjligt) skulle orsaka dess avböjning endast 12 000 km. Även om detta är lika med jordens diameter, dvs. det verkar vara medvetet nog, sådan noggrannhet är någonstans på gränsen till mät- och modelleringsfel, d.v.s. Jag skulle vilja kunna ta bort kroppen med 20-30-40 tusen km.
Simulering för en anslagsfarkost.
Nästa idé är mycket mindre utarbetad, men ganska vacker. Vi placerar en fokuseringsspegel bredvid den borttagna asteroiden, som värmer upp en punkt på ytan till, säg, 1600C – medan även olivin, som S- och C-asteroider huvudsakligen består av, börjar intensivt avdunsta till vakuum, vilket skapar dragkraft. Huvudproblemet kan bara vara den snabba rotationen av asteroiden - om platsen inte hinner värmas upp kommer vi inte att få dragkraft. Ändå har bilen tekniska problem: det är nödvändigt att exakt hålla spegeln i önskad position, för att omfokusera vår stråle på olika avstånd (eftersom asteroiden inte är en idealisk sfär, utan en ojämn sten), i slutändan, uppblåsbara speglar med en diameter på 50 ... 100 meter med den optiska kvaliteten på ytan sattes aldrig ut i rymden. Men den teoretiska effektiviteten för denna metod är mycket hög, den är högre än den för ett kärnvapenbombning (!).
Simulering för en solenergikoncentrator. "Platån" här är överskottet av avvikelseavståndet för det farliga föremålet bortom gränserna för månens omloppsbana, varefter simuleringen stoppades. Det kan ses att med samma massa av apparaten på ~ 10 ton kan den klara av ganska stora asteroider.
Ännu mer teoretisk är idén om en "massförare" - en elektromagnetisk katapult som kastar bitar av en asteroid och därmed ger den en impuls i rätt riktning. Vid första anblicken kräver en bra idé, som också undviker den reaktiva massan från jorden, uppenbarligen ett stort antal olika maskiner som arbetar på asteroiden - själva katapulten, "gruvarbetarrobotar", en anläggning som tillverkar skal, reparation av allt detta. Idag finns det inte ens prototyper av en sådan teknik, men dess utveckling kommer inte att skada, även om asteroiderna på detta sätt aldrig behöver avböjas.
Simulering för en katapult - det kan ses att effektiviteten av detta schema minskar snabbt med minskande massa av rymdfarkosten, men ändå är den ganska hög.
Men om vi vill minimera inte bara den reaktiva massan, utan också maskineri, så finns det en variant av asteroidernas rörelse på grund av YORP-effekten. I grova drag pratar vi om det faktum att en roterande sten är uppvärmd på ena sidan, och kall på den andra, så det finns en asymmetri i dragkraften på grund av en sorts "fotonmotor" på IR-fotoner. Denna effekt är liten, men genom att färga asteroiden med reflekterande och absorberande färg är det möjligt att uppnå förskjutningar på tusentals och tiotusentals kilometer under decennier. Men bara för små asteroider, inte mer än 150 m stora, eftersom area-till-volym-förhållandet är viktigt för YORP-effekten. Man räknar med att för en farlig asteroid ~ 100 meter stor behövs endast 2-3 ton färg i två färger, d.v.s. en sådan rymdfarkostmålare kommer med största sannolikhet att kunna skjuta upp de tillgängliga bärarna.
En förklaring av en av huvuddelarna i YORP - Yarkovsky-effekten, som orsakar en orbital förskjutning.
Att komma till ämnet för bloggen - en kärnvapenexplosion över ytan. Energitätheten i ett kärnvapen gör att du kan göra underverk och överföra ett mycket anständigt momentum på ett ögonblick. Kärnstridsspetsar, särskilt mot kroppar mindre än 1 kilometer i diameter, har effekt även om det är kort tid kvar innan en eventuell kollision med jorden. Det är dock intressant att resultatet avsevärt beror på höjden av detonationen över ytan och kanalerna för energi som frigörs från den nukleära explosiva enheten. Om man antar att stridsspetsen har parametrarna för BB R-36M ICBM, dvs. kraft på 750 kt och vikt på 600 kg, då kommer impulsen som överförs till Apophis-asteroiden att vara ~ 0,3 m/s med en optimal spränghöjd på 48 meter. Det betyder att asteroiden kommer att lämna på ett avstånd av 20 000 km om ~ 2 år. Överraskande nog överförs en märkbar del av pulsen genom att värma och sublimera ytan med neutronstrålning - röntgenstrålar absorberas i ett för tunt lager från ytan, och överhettar det snarare, men neutroner är optimala. De där. optimeringens väg är omedelbart synlig - tvåstegs termonukleära stridsspetsar med maximal massa, som är tekniskt möjligt att skicka till en asteroid, i den extrema versionen - med deuterium-tritiumbränsle, och inte deuterium-litium (vilket ger mycket färre neutroner ).
Liknande simuleringar för kärnvapenbombningar.
Slutligen är det sista alternativet som valts en nedgrävd kärnvapenexplosion. Om detta tidigare uppfattades som att borra ett borrhål på en asteroid, där en laddning placeras, visar nu modellering att platsen för kärnvapen inuti stötkroppen, som flyger in i kroppen med en hastighet av flera km/s och detonerar bokstavligen några få meter under ytan i kratern ger ungefär samma puls. Den här gången är den försedd med en massa av skräp med en medelhastighet på ~ 80-100 m/s, vilket innebär en mycket högre användning av energin från en kärnladdning - för att driva bort en asteroid med en massa av det långlidande Apophis (jag hoppas, på Apophis, ingen läser specialiserad litteratur om skydd mot asteroider) på avståndet 20 000 km från siktepunkten på jorden är nu möjligt om 10-15 dagar (!). För närvarande är detta alternativ ett ultimatum, inklusive tillhandahållande av en möjlig flykt från kometer med långa perioder. Låt mig påminna dig om att sådana kometer, även om de är mycket osannolika kandidater för Apokalypsen, inte går att upptäcka tidigare än 9-12 månader före datumet för nedslaget, även om ett undersökningsteleskop med en diameter på 12-15 meter eller rymdbaserat skulle kunna förlängas avsevärt. den här perioden.
En liten sfärisk asteroid i ett vakuum och de inledande stadierna av explosionen av en 50 kt impactor. Efter 30 millisekunder kommer horn och ben att finnas kvar från stenen.
Det är dock nödvändigt att komma ihåg ett par nackdelar med en fördjupad kärnvapenexplosion. Först och främst är detta beroendet av explosionsimpulsen på kroppens inre struktur, en viss mängd skräp som fortfarande faller på marken (dock är kroppar mindre än 10 meter stora, som vi vet, nästan helt säkra - fragment större än denna storlek kommer sannolikt inte att dyka upp som ett resultat av explosionen), ja, och den traditionella svaga utvecklingen av sådana rymdfarkoster, även om det är så här du ser ut - militären verkar ha kärnvapen, som gräver ner sig i marken med en hastighet av flera km/s (kom ihåg rättegång sådan med acceleration på en raketvagn på ett järnvägsspår upp till 2 km/s?).
Uppskattat nedfall av skräp (av oklar storlek) när Apophis avböjs av en nedgrävd kärnkraftspenetrator 20 dagar före kollisionen.
En annan, ganska dödlig nackdel med kärnvapen för att avvärja asteroidhotet är de många politiska och säkerhetsmässiga restriktionerna för användningen av kärnvapen i rymden. Än så länge finns det bara mekanismer för att motverka uppskjutningen av en kärnvapenbomb mot en asteroid, och det finns inga mekanismer för ett snabbt genomförande av denna uppgift. Och om tiden inte är viktig, så finns det, som vi ser, metoder som inte är sämre och någonstans mer intressanta.
Metallisk asteroid Psyche som sedd av konstnären.
Under tiden är det bara teleskop och forskningsuppdrag för asteroider som får pengar - idag Dawn, som besökte Ceres och Vesta, den kinesiska Chanye-2-rymdfarkosten som flög asteroiden 4179 Tautatis, program för att återföra prover från Hayabusa-2-asteroiderna till Ryugu 162173 är i omloppsbana (också ett potentiellt farligt objekt) och OSIRIS-REx av 101955 Bennu (en annan största av de potentiellt farliga asteroiderna för jorden - ser du en trend?). För bara några dagar sedan valde NASA också att finansiera en orbiter till en av de största asteroiderna i huvudbältet, Psyche 16 (dess egenhet är att den nästan helt består av metall - järn, nickel och kobolt, med en vikt på flera hundra miljarder ton) och flygförbi uppdrag 6 asteroider från trojaner - kroppar fångade i Lagrange-punkter i Jupiters omloppsbana.
P.S. Det finns en ganska rolig effektsimulator som låter dig beräkna konsekvenserna av kollisioner mellan jorden och asteroider. Inte särskilt visuellt (slutsatser är text), men väldigt detaljerade vad gäller konsekvenser.
Och det här är en väldigt fräsch video från nära Archangelsk:
"Vi vill ändra omloppsbanan för den här satelliten", säger Patrick Michel, senior forskare vid det franska nationella centret för vetenskaplig forskning och en av ledarna för Aida-teamet, "eftersom satellitens omloppshastighet runt huvudkroppen bara är 19 centimeter per sekund." Även små förändringar kan mätas från jorden, tillägger han, genom att ändra Didymoons omloppsperiod med fyra minuter.
Det är också viktigt att se om det explosiva elementet kommer att avfyras. "Alla kollisionsmodeller vi arbetar med är baserade på en förståelse av kollisionsfysik som bara har testats i laboratorieskala på centimetermål", säger Michel. Om dessa modeller kommer att fungera på riktiga asteroider är ännu inte helt klart.
Johnson tillägger att denna teknik är den mest mogna - människor har redan visat förmågan att nå en asteroid, särskilt med Dawn-uppdraget till Ceres och Rosetta-uppdraget till kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko.
Utöver stridsspetsinriktningen finns det också en gravitationsansats - att helt enkelt placera en relativt massiv rymdfarkost i omloppsbana nära en asteroid och låta deras ömsesidiga gravitationskraft försiktigt styra objektet in på en ny väg. Fördelen med denna metod är att du i princip bara behöver leverera rymdfarkosten till dess destination. NASA:s ARM-uppdrag kan indirekt testa denna idé; en del av denna plan är att återföra asteroiden till rymden nära jorden.
Tid kommer dock att vara ett nyckelelement i sådana metoder; det kommer att ta drygt fyra år att montera ett rymduppdrag bortom jordens omloppsbana, och det kommer att ta ett rymdskepp ett extra år eller två för att nå den önskade asteroiden. Om tiden är knapp måste du prova något annat.
Quichen Zhang, fysiker vid University of California, Santa Barbara, tror att lasrar kommer att hjälpa oss. Lasern kommer inte att detonera en asteroid som någon dödsstjärna, men den kommer att förånga en liten del av dess yta. Zhang och kollegor arbetade med den experimentella kosmologen Philip Lubin för att presentera en svit av orbitalsimuleringar för Astronomical Society of the Pacific. 
Den här planen kan tyckas ineffektiv, men kom ihåg att om du börjar tidigt och jobbar länge kan du ändra kroppens kurs i många tusen kilometer. Zhang säger att fördelen med lasern är att en stor laser kan byggas i jordens omloppsbana utan att behöva flyga till en asteroid. En laser på en gigawatt, som fungerar i en månad, kan flytta en 80-meters asteroid - som Tunguska-meteoriten - två jordradier (12 800 kilometer). Detta är tillräckligt för att undvika en kollision.
En annan variant av denna idé är att skicka en rymdfarkost utrustad med en mindre kraftfull laser, men i det här fallet måste den ta sig till asteroiden och följa den relativt nära. Eftersom lasern kommer att vara mindre - i 20 kW-intervallet - kommer den att behöva fungera i många år, även om Zhangs simuleringar visar att en satellit som jagar en asteroid kan slå den ur kurs om 15 år.
Zhang säger att en av fördelarna med att använda jordens bana är att det inte är så lätt att jaga en asteroid eller komet som det låter, även om vi redan har gjort det. "Rosetta var ursprungligen tänkt att flyga till en annan komet (46P), men förseningen i uppskjutningen gjorde att det ursprungliga målet lämnade en attraktiv position. Men om kometen bestämmer sig för att gå mot jorden kommer vi inte att ha möjlighet att ändra den till ett bättre alternativ." Det är lätt att hålla reda på asteroider, men det tar fortfarande minst tre år att komma dit.
Johnson noterar dock ett av de största problemen med laser av något slag: ingen har någonsin lanserat ett kilometerlångt föremål i omloppsbana, än mindre en laser eller en hel rad av sådana. ”Det finns många omogna punkter i detta avseende; det är inte ens klart hur man på ett tillförlitligt sätt omvandlar solenergi till laserenergi så att den fungerar tillräckligt länge."
Det finns också ett "nukleärt alternativ". Om du har sett filmen "Armageddon" verkar det här alternativet enkelt för dig, men i verkligheten är det mycket svårare än det verkar. "Vi måste skicka hela infrastrukturen", säger Massimiliano Vasile från Straitclyde University. Han föreslår att en kärnvapenbomb ska detoneras på något avstånd från målet. Precis som med en laser är planen att förånga en del av ytan och därigenom skapa dragkraft och förändra asteroidens bana. "När den detoneras får du fördelen av hög energieffektivitet", säger han. 
Medan lasrar och kärnvapenbomber kan gå av när asteroiden är närmare, kommer även i dessa fall objektets sammansättning vara viktig, eftersom förångningstemperaturen kommer att skilja sig från asteroid till asteroid. En annan fråga är flygande spillror. Många asteroider kan helt enkelt vara en samling stenar som håller ihop löst. I fallet med ett sådant föremål kommer stridsspetsen inte att fungera. Gravitationsdraget kommer att bli bättre - det beror inte på asteroidens sammansättning.
Vilken som helst av dessa metoder kan dock möta ett sista hinder: politik. Yttre rymdfördraget från 1967 förbjuder användning och testning av kärnvapen i rymden, och att sätta en gigawattlaser i omloppsbana kan göra vissa människor nervösa.
Zhang noterar att om kraften hos den kretsande lasern reduceras till 0,7 gigawatt, kommer den att förskjuta asteroiden med endast 0,3 jordens radie - cirka 1 911 kilometer. "Små asteroider som kan förstöra en stad är mycket vanligare än planetförstörare. Föreställ dig nu att en sådan asteroid är på en bana som leder till New York. Beroende på omständigheterna kan ett försök och delvis misslyckad avböjning av en asteroid från jorden förskjuta kraschplatsen till till exempel London. Om det finns någon risk för fel kommer européerna helt enkelt inte att låta USA avleda asteroiden."
Sådana hinder förväntas i allmänhet i sista stund. "Det finns ett kryphål i dessa fördrag", säger Johnson och syftar på rymdfördraget och fördraget om totalt testförbud. De förbjuder inte uppskjutning av ballistiska missiler som färdas genom rymden och kan vara beväpnade med kärnvapen. Och mot bakgrund av behovet av att skydda planeten kan kritiker ha tålamod.
Michelle noterar också att till skillnad från alla andra naturkatastrofer är det just detta vi kan undvika. ”Den naturliga risken för detta är mycket låg jämfört med tsunamier och liknande. Men i det här fallet kan vi åtminstone göra något."
Akademikern Lev Zeleny, chef för Ryska vetenskapsakademins rymdforskningsinstitut, sa detta vid ett seminarium på JSC Russian Space Systems.
Enligt honom kommer banan för asteroidens rörelse 2029 att passera ganska nära jorden, och i nästa rörelsecykel, 2036, finns det en icke-noll sannolikhet för en asteroidkollision med vår planet, den officiella webbplatsen för Roscosmos rapporterar.
– Skadan som kan uppstå till följd av ett sådant slag är flera gånger större än skadan som orsakades av Tunguska-meteoritens fall, säger akademikern.
Enligt Zelenyi är ytterligare studier av asteroiden nödvändig för att förhindra en kollision. Som en del av en sådan uppgift, som vetenskapsmannen noterade, utvecklas en rymdfarkost vid Lavochkin Scientific and Production Association för studiet av Apophis.
Om vi antar att en kollision inträffar kommer påverkan av Apophis med en massa på 50 miljoner ton och en diameter på 230 meter att leda till en explosion med en kapacitet på 500 miljoner megaton, det vill säga cirka 100 gånger mer än under hösten Tunguska-meteoriten.
HÅLLA KONTAKTEN
Apophis (tidigare 2004 MN4) är en jordnära asteroid, upptäckt 2004 vid Kitt Peak Observatory i Arizona, fick sitt eget namn den 19 juli 2005. Uppkallad efter den antika egyptiska guden Apophis (i det antika grekiska uttalet - Apophis), en enorm orm, en förstörare som lever i underjordens mörker och försöker förstöra solen under dess nattövergång. Valet av ett sådant namn är inte oavsiktligt, eftersom de mindre planeterna enligt traditionen kallas av de grekiska, romerska och egyptiska gudarnas namn. Som ett resultat av närmandet till jorden 2029 kommer asteroiden Apophis att ändra sin orbitalklassificering, så namnet på den forntida egyptiska guden, uttalat på grekiskt sätt, är väldigt symboliskt. Det finns en version som forskarna Tholen och Tucker som upptäckte asteroiden döpte den efter en karaktär från Stargate-serien "Apophis".
Astronomer har beräknat sannolikheten för en kollision och funnit att sannolikheten för en kollision 2029 är noll
Asteroiden Apophis (99942 Apophis) ansågs tills nyligen vara en av de farligaste himlakropparna i mänsklighetens historia. Allt är dock inte så illa som det verkar vid första anblicken.
Mer än fem år har gått sedan upptäckten av asteroiden. Ändå är Apophis fortfarande föremål för livliga diskussioner. Anledningen till detta är sannolikheten från noll för en kollision av en himlakropp med vår planet 2029.
Efter en tid genomförde anställda vid Jet Propulsion Laboratory en omräkning av en himlakropps bana, vilket gjorde det möjligt att ompröva nivån på Apophis asteroidfara. Om det tidigare antogs att sannolikheten för att ett föremål kolliderar med jorden är 1: 45 000, har nu denna siffra sjunkit till 1: 250 000. Tack vare användningen av två teleskop (88-tum och 90-tum) lyckades specialister från University of Hawaii till och med bestämma avståndet vid vilket Apophis kommer att närma sig jorden 2029 - 28,9 tusen kilometer.
Nu är astronomer oroade över det faktum att Apophis kommer att återvända till vår planet 2036. Det är extremt svårt att bestämma banan för en himlakropps rörelse flera decennier före en eventuell kollision, därför är det nödvändigt att utföra beräkningar över tiden.
En stor meteorit föll i USA: enligt medierapporter är den något större än en brödrost, men något mindre än ett kylskåp. Det finns inget att vara rädd för: små himlakroppars fall till jorden är en vanlig händelse. Men vad ska vi göra om en asteroid kommer förbi för att se oss? Futuristen kom på hur man förhindrar ett globalt hot.
Invånare i nordöstra USA och sydöstra Kanada observerade denna natt ett ovanligt fenomen: en ljus blixt korsade himlen och försvann spårlöst. Du ska inte vända dig till konspirationsteorier och berätta för alla du känner om kontakt med utomjordingar med skräck i rösten: det var bara en stor meteorit. Enligt representanten för Naval Observatory i Washington, Jeff Chester, kan ljusstyrkan på den atmosfäriska banan användas för att bestämma storleken på en himlakropp: denna meteorit var något större än en brödrost, men något mindre än ett kylskåp.
Med största sannolikhet brann rymdgästen upp i atmosfären, men Maine Mineralogical Museum tror att meteoritskräp kan hittas i de omgivande skogarna – och ett pris har redan tilldelats dem. Den som levererar ett kilogram bit av en meteorit till museet har rätt till en belöning på $ 20 000. Så denna himlakropp kan mycket väl gynna mänskligheten.
Men hur är det med de större inkräktarna från rymden?
Föreställ dig en dag när stora observatorier förklarar: en asteroid närmar sig jorden, vilket utgör ett hot mot mänskligheten. Rymdmakterna rådfrågar och beslutar att himlakroppen måste stoppas, annars får vi alla svåra tider. Och sedan beror det på hur mycket tid jordborna har på lager. Alla kända sätt att undvika katastrofer är mödosamma. Minst en av dem kommer att kräva användning av kärnvapen.
Fall av stora himlakroppar är ganska sällsynta: de inträffar vanligtvis en gång vart flera århundraden. Det sista av fallen som kunde leda till massiva förluster av människoliv var Tunguska-meteorodens fall 1908. Himlakroppen exploderade på en höjd av 10 km från jordens yta i ett obebodt område av den sibiriska taigan. Explosionsvågen slog ner träd inom en radie av 2000 km och krossade glas i hus belägna flera hundra kilometer från explosionens epicentrum. Explosionens kraft uppskattas till 40-50 megaton, vilket motsvarar energin från den kraftigaste vätebomb som någonsin detonerats. Sibirien är glest befolkat, bostadshus är utspridda över ett stort territorium, så konsekvenserna av meteoroidefallet var inte allvarliga. Men om det hände i St Petersburg skulle förstörelsen vara skrämmande.
Vi såg nyligen en lite version av detta mardrömsscenario. 2013 fick vi besök av Chelyabinsk-meteoriten, som sönderföll på 30 kilometers höjd. M explosionskraften var lika med 500 kiloton– det här är ungefär 30 bomber som släppts på Hiroshima. Trots att himlakroppen exploderade tillräckligt högt och inte orsakade kolossal förstörelse slogs glas ut i de omgivande husen, och ca. 1400 personer skadades. Denna påverkan är mycket vanligare: meteoriter i Chelyabinsk-skalan besöker oss ungefär tre gånger om året. Men de flesta av dem föredrar fortfarande att explodera över hav eller långt från mänskliga bosättningar.– så vi märker dem inte.
Regeringar tar de första stegen för att förhindra de skadliga effekterna av himmelska stenar. I januari bildade NASA Planetary Defense Coordination Office, som övervakar asteroider och arbetar med andra stora rymdorganisationer för att samordna insatser och diskutera potentiella skador från rymdgäster.
"Vi försöker upptäcka allt som kan utgöra ett hot mot vår planet under åren och decennierna", säger Lindley Johnson, NASA:s planetförsvarsofficer.
Anta att en farlig asteroid har identifierats. Hur kan jag stoppa det?
Den enklaste metoden är en sorts planetarisk biljard: du måste ramma en asteroid med en rymdsond med en tung belastning, så att den avviker från kursen. Det viktigaste är att ta reda på på vilket specifikt avstånd asteroiden kan flyttas utan att riskera att skicka den på en farlig bana. European Space Agency (ESA) och NASA kommer tillsammans att testa denna teknik under de kommande åren som en del av uppdraget Asteroid Impact and Deflection Assessment (Aida). Uppdraget består av två rymdfarkoster: en som kallas Impact Mission Asteroid (AIM) kommer att lanseras i slutet av 2020, och den andra, Double Asteroid Redirection Test (DART), 2021.
År 2022 kommer sonder att anlända till asteroiden 65803 Didymos, som åtföljs av satelliten Didymoon. Diametern på Didymos är 780 meter, medan Didymoon är cirka 170 meter. AIM kommer att träffa asteroiden och studera dess sammansättning. DART är en självmordssond: Den kommer att krascha in i Didymoon-satelliten för att se om satelliten är påverkad. Således kommer vi att förstå om det är möjligt att ändra asteroidernas bana.
Låt oss uppskatta omfattningen av uppdraget. Den berömda Arizona-kratern ( 1,18 kilometer i diameter) dök upp efter fall av ett föremål som var lika stort som en tredjedel av Didymoon. Om Didymos flyger upp till oss, kommer minimihastigheten för dess kollision med jorden att vara 15,5 kilometer per sekund. Explosionens kraft kommer att vara lika med två megaton: detta är tillräckligt för att förstöra staden. När den närmar sig vår planets yta med maximal hastighet (cirka 34,6 kilometer per sekund), kommer asteroiden att släppa ut fyra megaton energi - motsvarande fyra miljoner ton TNT.
"Vi vill förändra satellitens omloppsbana runt en större asteroid," kommenterar Patrick Michel, seniorforskare vid det franska nationella centret för vetenskaplig forskning och en av ledarna för Aida-teamet. ”Satellitens omloppshastighet är 19 cm per sekund. Även en liten förändring kommer att vara synlig från jorden."
Det är också viktigt att se hur kollisionen kommer att fortgå.
"Alla [påverkan] modellerna vi komponerar är baserade på en förståelse av kollisionsfysik, som bara simuleras i en laboratoriemiljö", säger Michelle.
Huruvida dessa modeller kommer att fungera i en situation med riktiga asteroider är fortfarande en öppen fråga. Lindley Johnson tror dock att planetarisk biljard är den mest mogna tekniken. Enligt hans åsikt har människor redan visat förmågan att nå asteroider i Dawn-uppdraget (studie av asteroiden West och dvärgplaneten Ceres), såväl som i ESA-uppdraget Rosetta (kometen) 67P / Churyumova-Gerasimenko).
Du kan klara dig utan brute force: skjut till exempel upp en massiv rymdfarkost i omloppsbana runt en asteroid, så att ömsesidig gravitationsattraktion försiktigt skjuter himlakroppen till en annan bana. Fördelen med denna metod är dess relativa enkelhet: rymdfarkosten behöver bara vara närvarande i omloppsbana. Fartygets bana bör vara perfekt cirkulär med centrum vid Lagrange-punkten, där attraktionen för solen och asteroiden kommer att vara ungefär lika stor.
Båda dessa metoder är dock tidskrävande. Det kommer att ta mänskligheten fyra år att organisera en rymdfärd bortom jordens omloppsbana, och det kommer att ta ett rymdskepp ett eller två år att nå ett potentiellt hot - en asteroid. Tänk om vi inte har sex år kvar? Dör vi alla?
Nej, vi måste bara prova en annan metod.
Kichong Zhang, fysiker vid University of California, är övertygad om att lasrar kommer att hjälpa oss. Bara lasern kommer inte att förånga hela asteroiderna, som Dödsstjärnan. Endast en liten del av dess yta kan förstöras. Zhang och en grupp kollegor presenterade detta projekt i en artikel för Pacific Astronomical Society. Detta kan verka som en galen och ineffektiv idé. Men även en liten chock kan förändra en asteroids farliga kurs och avleda den från sin bana i många tusentals kilometer. Om du gör det i tid.
Zhang menar att laserns främsta fördel är att den kan byggas i låg omloppsbana runt jorden - och ingen ras mot en asteroid! En laser med en effekt av storleksordningen en gigawatt, som fungerar i en månad, kan flytta en 80-meters asteroid två jordradier (12 800 km). Detta är tillräckligt för att undvika en kollision. Naturligtvis kan du bygga en mindre kraftfull laser (från 20 kW) och skicka den direkt till asteroiden i en rymdfarkost. Men i det här fallet kommer det att ta tid att komma till den himmelska kroppen. Dessutom bör en sådan laser fungera i många år. Så jordens bana är den mest lämpliga platsen för en laser: som man säger, hus och väggar hjälper.
Denna idé är också bra eftersom det inte kommer att finnas något behov av att hålla rymdfarkosten i omloppsbana om en asteroid eller komet. Trots att vi redan har jagat kometen är detta inte så lätt att åstadkomma.
Rosetta-sonden var ursprungligen avsedd för en annan komet (46P) tills en uppskjutningsfördröjning fick den att byta till 67P eftersom 46P hade gått ur utsiktspunkten. Om en komet plötsligt bestämmer sig för att besöka oss kommer vi inte att ha råd med lyxen att välja ett annat mål i händelse av överlappningar. Asteroider är lättare att spåra, men det kommer att ta lång tid, säger Zhang.
NASA:s Lindley Johnson noterar dock att det största problemet i det här fallet är en sak: ingen har ännu skjutit upp ett kilometerstort föremål i jordens omloppsbana – än mindre laser.
Alternativet med en atombomb kvarstår. Om du har sett filmen Armageddon verkar det här vara en skrämmande uppgift. Men det här är bara en film: i livet är allt mycket mer komplicerat.
Massimiliano Vasile från University of Strathclyde föreslog att detonera en kärnvapenbomb på något avstånd från asteroiden, förånga en del av dess yta och ändra dess bana, som i fallet med en laser. I princip är det verkligt. Men det finns en subtilitet: många asteroider är löst bundna stenbitar. Träffen kanske inte är effektiv.
Däremot kan de våghalsar som vågar rädda planeten med en atombomb svara lagligt. Yttre rymdfördraget från 1967 förbjuder användning och testning av kärnvapen i yttre rymden. Dessutom kan utplacering av en kilometerlaser i omloppsbana göra vissa människor nervösa.
Zhang noterar att om kraften i den kretsande lasern reduceras till 0,7 gigawatt, kommer detta att skjuta asteroiden ett avstånd lika med bara en tredjedel av jordens radie (1 911 km).
"Mindre asteroider som kan förstöra en stad är mycket vanligare än gigantiska planetmördare. Låt oss säga att en asteroid är på väg att träffa New York. Om det inte är möjligt att avleda detta objekt från jorden kan du omdirigera det till exempel till London. Européerna kommer inte att gilla det, och de kommer inte att tillåta asteroiden att avledas på det här sättet, ”fantasi Zhang.
Men politiken stör planetens försvar mot asteroider mindre än förväntat.
"Det finns ett kryphål i Yttre rymdfördraget", säger NASA:s Johnson. "Uppskjutning av ballistiska missiler, till exempel, som färdas i rymden och kan vara beväpnade med kärnvapen, är inte förbjudet. I ljuset av behovet av planetskydd kan kritiken för deras användning dämpas."
Och vad har vi i Ryssland?
Dock, skapandet av ett system för att motverka rymdhot diskuteras på Roscosmos. Ryska forskare deltar i IAWN-programmet (International Asteroid Warning Network) för att spåra objekt nära jorden, såväl som i arbetet i Space Mission Planning Advisory Group. Direktören för Institutet för astronomi, doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper, motsvarande medlem av den ryska vetenskapsakademin Boris Shustov talade om detta.
"Vi behöver ny markinfrastruktur. Projektet för det ryska systemet för att varna och motverka rymdhot anses vara ett av de mest lovande. Det kommer att vara analogt med National Aeronautics and Space Administration (NASA) avdelning för att samordna planetariskt försvar mot asteroider och andra hot. Initiativet anges i ett särskilt dokument - en lista över rekommenderade projekt. Nu diskuteras det på Roscosmos. Jag tror att det kommer att ta några månader till, säger han.
Naturligtvis är den naturliga risken för en katastrof av denna omfattning mycket låg jämfört med risken för en tsunami. Och ändå, förvarnad är förbeväpnad!
Forskare och ingenjörer från USA ledda av astrofysikern Philip Lubin (University of California, Santa Barbara) på arXiv.org för ett förtryck med titeln "Guided Energy Missions for Planetary Defense". Artikeln beskriver i detalj ett projekt, vars genomförande kommer att göra det möjligt att säkra jorden i en situation som den som visas i filmen "Armageddon", det vill säga att förhindra kollision av vår planet med en asteroid. Forskning inom programmet DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation) utförs med stöd av NASA.
Alternativa scenarier för att skydda jorden från ett asteroidhot är: (1a) ett kinetiskt nedslag utan direkt användning av ett explosivt ämne (till exempel som ett resultat av en kollision mellan två asteroider), (1b) ett kinetiskt nedslag med en explosion ( i synnerhet användningen av kärnvapen), (2) en förändring av albedo en asteroid (genom att måla dess yta) eller användningen av Yarkovsky-effekten, (3) asteroidens avvikelse från den initiala banan av en jonstråle, (4) föra en anordning med ett framdrivningssystem (till exempel en flytande bränsleraket) till asteroiden, (5) användning av ett tungt satellitfordon, som kommer att rotera runt asteroiden och gradvis korrigera dess bana, (6) landning på ytan av en robots himlakropp, som kommer att börja förstöra den och skapa en liten reaktiv kraft, korrigera himlakroppens bana och (7) förångning av asteroidens ytmaterial genom att fokusera solstrålarna.
Jorden kolliderar ständigt med asteroider. De flesta av dem brinner upp i atmosfären, små fragment av några når planetens yta. En lokal katastrof kan orsakas av asteroider upp till en kilometer stora, en global med en diameter på flera kilometer. Enligt uppskattningar faller asteroider av den första typen till jorden en gång vart tiotusentals år, den andra - inte oftare än en gång var flera tiotusentals miljoner år. Den största faran för jorden utgörs av asteroider som tillhör grupperna Apollo (cirka sex tusen himlakroppar) och Aton (mindre än tusen), som korsar planetens bana från de yttre (första) och inre (andra) sidorna av deras bana.
En av de yngsta, största och välbevarade artefakterna från jordens kollision med en asteroid är Arizona-kratern (USA). Den når 1,2 kilometer i diameter och 170 meter djup. Kratern omges av en 45 meter hög kant, och i mitten finns en kulle som är 240 meter hög. Meteoritens fall frigjorde åtta tusen gånger mer energi än explosionen av atombomben i Hiroshima. Kollisionen ägde rum för cirka 50 tusen år sedan. En meteorit med en diameter på cirka 50 meter kraschade in i jordytan med en hastighet av cirka 13 kilometer per sekund. Om ett sådant föremål föll idag på någon stad med mångmiljonbefolkning, skulle en (lokal) katastrof vara oundviklig.
Lubin föreslår en lösning för att undvika sådana (lokala, men inte globala) katastrofer. Potentiellt farliga objekt (POA), som i första hand inkluderar asteroider, antas påverkas av strålningen från en rad lasrar. Som ett resultat ändras banan för himlakroppens flygning, och kollisionen inträffar inte. Mekanismen för laserablation används - ämnet avlägsnas från kroppens yta genom avdunstning eller sublimering på grund av uppvärmning. Materia som flödar bort från en himlakropp i en riktning skapar en jetframstöt som driver asteroiden i motsatt riktning.
Det föreslagna projektet kallas DE-STARLITE och är en modifiering av programmet DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation), som stöds av NASA. Till skillnad från DE-STAR, i detalj redan "Lenta.ru" i samband med konceptet med ett uppdrag som utvecklas av Lubins team för att skicka en liten automatisk station till Alpha Centauri, involverar DE-STARLITE användningen av mycket mindre kraftfulla lasrar som inte operera från planetens yta eller en bana nära jorden och i omedelbar närhet av asteroiden (flera kilometer eller mer).
Till skillnad från ARM-programmet som utvecklats av NASA för att fånga en asteroid 5-10 meter i diameter och leverera den till en omloppsbana, är DE-STARLITE-projektet utformat för att något avvika en himlakropp från dess ursprungliga bana.
Rymdfarkosten DE-STARLITE kommer att leverera till asteroiden en rad DE-STAR-0-lasrar med en effekt på hundra kilowatt (den svagaste i DE-STAR-familjen). Systemet som utvecklats av Lubins team, enligt dess skapare, går inte utöver de tekniska och designmässiga begränsningarna som NASA ålagt (Asteroid Redirect Mission). Konceptuellt är fartyget uppbyggt enligt följande. Framtill är den centrala delen av apparaten bildad av en fasad antennuppsättning med en diameter på upp till 4,5 meter (ungefär samma diameter på skeppet i hopfällt läge). På baksidan och sidorna sitter jonpropeller, på sidorna sitter ett par radiatorer (topp och under) och solcellsbatterier (höger och vänster). Paneler och kylare är installerade i det vikta tillståndet av bärraketens huvudkåpa. Paneler utplaceras från framsidan av fartyget, radiatorer från baksidan.
Det publicerade arbetet handlar om solpaneler från det amerikanska företaget Orbital ATK. Deras motsvarighet (förra generationen) installerades på Phoenix-landaren. Panelernas diameter är 15 meter, effekten är 50 kilowatt vardera. Effektiviteten är 35 procent (och, enligt Lyubins uppskattningar, 50 procent på fem år). Den laserfasade arrayantennen räcker för att värma ytan på en himlakropp till 2,7 tusen grader Celsius och starta ablation. I den minimala versionen (med en gitterdiameter på en meter) gör systemet det möjligt att erhålla en laserfläck med en diameter på tio centimeter på en asteroid från ett avstånd av tio kilometer.
Bild: Q. Zhang
Att öka storleken på gittret (med bibehållen avstånd mellan stationen och asteroiden) kommer att kräva fler element och kommer att ge en större plats. Totalt finns det 19 element i gallret med en diameter på två meter, som var och en utvecklar en effekt på upp till tre kilowatt. Den z-formade radiatorn fälls ut i 18 segment på 4,8 kvadratmeter vardera. Radiatorpaneler kommer att rotera runt sin axel och vara placerade vinkelrätt mot solens skiva. Den modulära karaktären hos DE-STAR-0-systemet gör att DE-STARLITE kan skalas till önskad kapacitet och storlek. I synnerhet ett par solpaneler med en diameter på 30 meter kan utveckla effekt upp till en megawatt. Potentiella begränsningar är förknippade med de höga kostnaderna för laseruppsättningen och uppskjutningstjänsterna.
Atlas V 551 kan leverera 18,5 ton (13,2 tusen dollar per kilogram) till låg jordbana (från 160 till två tusen kilometer från planetens yta), SLS Block 1 - 70 ton (18,7 tusen dollar per kilogram), Falcon Heavy - 53 ton ($ 1,9 tusen per kilo) och Delta IV Heavy - 28,8 ton ($ 13 tusen per kilo). Diametern på näskåpan för missiler är standard (fem meter eller lite mer), förutom den supertunga och dyraste av det listade SLS Block 1, som har det lika med 8,4 meter. I grundkonfigurationen är måtten (4,6 x 12,9 meter i hopfällt läge) och massan på DE-STARLITE lämpliga för dessa parametrar.
Rymdfarkosten DE-STARLITE är tänkt att skjutas upp med en standarduppskjutningsfarkost som drivs med flytande bränsle, och transporteras till OPO med hjälp av jonmotorer, som också kommer att vara inblandade i att manövrera stationen nära en himlakropp. Forskare och ingenjörer noterar att kapaciteten hos de amerikanska och europeiska Atlas V 551, Ariane V och Delta IV Heavy raketer, såväl som Falcon Heavy och SLS (Space Launch System) under uppbyggnad, gör det möjligt att starta uppdraget idag. Lyubin tog inte hänsyn till de ryska tunga raketerna Proton-M och Angara-A5 i sitt arbete. Forskare har uppskattat kostnaden för amerikanska uppskjutningstjänster för att sätta DE-STARLITE i omloppsbana.
Riktningsförstöring och avvikelse av banan för en asteroid av typen (99942) Apophis (når 325 meter i diameter) över ett avstånd på två jordiska radier kan ta 15 år med kraften hos lasersystemet DE-STARLITE i hundra kilowatt ( med en effektivitet på 35 procent). För att uppnå samma sak på fem år krävs en kapacitet på 870 kilowatt. OET upptäcktes först 2003 och skrämde forskare: beräkningar visade en hög sannolikhet att den skulle kollidera med jorden 2036. Moderna data har minskat denna sannolikhet med hundratusentals gånger.
Metoden som föreslagits av Lubin fungerar i fallet med snabb upptäckt av POC, vilket fortfarande är extremt sällsynt (särskilt när man observerar med markmedel). NASA har årligen cirka 1,5 tusen jordnära objekt. Byrån fokuserar för närvarande sina ansträngningar på att hitta mindre asteroider som är mindre än 90 meter i diameter. NASA tror att de har upptäckt cirka 90 procent av himlakroppar över 90 meter i diameter. De flesta nya jordnära objekt upptäcks mindre än 15 dagar innan de närmar sig jorden. Kollisionen mellan en stor asteroid och en planet är bara en tidsfråga. Troligtvis kommer nästa generationer jordbor att behöva lösa den praktiska uppgiften att bli av med detta hot. Det är dock redan rimligt att sluta spela roulette och börja vidta några åtgärder för att eliminera risken för asteroid-kometer.
