Опасные астероиды предложено отклонять от Земли с помощью троса

Что вы чувствуете, когда смотрите в ночное небо? Особенно если это ясное ночное небо без облаков и вы далеки от любых городских огней. Вы поднимаете голову и видите бесчисленное количество красивых звезд. Хотя мы знаем, что звезды — это массивные и закрученные облака горячей пыли и газа, выглядят они довольно интересно вдалеке от Земли.

За миллионы световых лет отсюда все не так прекрасно и успокаивающе. Возможно, довольно сложно представить, но достаточно большой процент звезд на ночном небе ждут или уже пережили космическое столкновение.

Хотя с нашей точки зрения на Земле звезды выглядят фиксированными, на самом деле они весьма быстро перемещаются в космосе, и весьма высок шанс того, что они столкнутся с другим массивным телом. Вселенная — гигантский бильярдный стол. Столкновения в космосе могут случаться среду любых тел, будь то звезда, астероид, комета или планета. Результатом становятся весьма зрелищные всплески энергии и материи.

Что происходит, когда звезды или даже галактики сталкиваются? Являются ли столкновения в космосе редкими событиями или случаются довольно часто? Может ли Земля или Солнечная система пострадать от столкновения с астероидом или массивной сверхгалактикой? Давайте разберемся.

Столкновения звезд и галактик

Еще один распространенный тип столкновения — столкновение нейтронных звезд. Нейтронные звезды на самом деле являются трупами более старых звезд — когда звезда достигает конца своей жизни, она взрывается, и масса, эквивалентная массе целого солнца, концентрируется на площади размером с город. Если две таких звезды образуются в непосредственной близости, они формируют бинарную пару звезд, которые сливаются сотни миллионов лет. Объединенная масса мертвых звезд настолько велика, что конечное слияние формирует черную дыру в пространстве. Хотя в настоящее время известное количество нейтронных пар можно посчитать на пальцах обеих рук, ученые предполагают, что на самом деле таких событий гораздо больше и они случаются раз-два в год.

Как насчет космических столкновений на гораздо меньших масштабах, вроде астероида и планеты типа Земли?

События. Технологии.

6 ноября 2019

Ольга Ганжур

Марк Деннинг, Эмили Лакдавалла, Майкл Орсо, turtleherding.com, sciencemag.org

Об опасности астероидов и методах борьбы с ними

Падение на Землю астероида диаметром 1 км может вызвать глобальную катастрофу. Но даже если ученые заметят небесное тело, которое столкнется с нашей планетой через 10 лет, катаклизм вряд ли удастся предотвратить. Об опасности астероидов и методах борьбы с ними рассказал директор Института информационных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Петр Александров на очередном семинаре серии «Физика ядерных реакторов». Наша корреспондентка побывала там и записала главное.

Сообщения об астероидах, несущих гибель всему живому, появляются в СМИ едва ли не каждый день. Самую массовую за последние годы истерику вызвал Апофис — астероид размером с пирамиду Хеопса, названный в честь древнеегипетского бога хаоса. Апофис открыли в 2004 году в Национальной обсерватории Китт-Пик (Аризона, США) и заявили: высока вероятность, что в 2029 году он упадет на Землю. Потом, уточнив траекторию астероида, конец света отменили.

Впадать в панику из-за каждой такой сенсации не стоит, говорит Петр Александров, но астероидная опасность — проблема вполне реальная.

От телескопа до посадки

С XVIII века и по сей день основные способы изучения астероидов астрономические: люди смотрят на небо через телескопы. В XIX столетии немец Максимилиан Вольф впервые использовал астрофотографию. Он снимал участки неба с длинной выдержкой, астероиды на фото выглядели как светлые черточки, в отличие от неподвижных звезд — точек. Метод значительно ускорил обнаружение малых небесных тел.

В наше время для съемки астероидов на телескопы устанавливают огромные цифровые камеры. «Один кадр весит не меньше терабайта, — рассказывает Петр Александров. — Важно, чтобы телескопы быстро поворачивались — успевали за движением астероида». Такие телескопы есть, например, в Обсерватории Мауна-Кеа на Гавайских островах и в Ок-Риджской обсерватории в США.

«Развиваются радиолокационные системы обнаружения астероидов, но пока дальность действия небольшая: об угрозе мы узнаем лишь за несколько минут до падения астероида, — объясняет Петр Александров. — Проектируются инфракрасные системы наблюдения космического базирования. Но это вещь дорогая, с небольшим сроком службы: много электроники — в космосе она долго служить не может».

В 1990-е к астероидам стали отправлять космические аппараты. Первые аппараты лишь пролетали вблизи и делали снимки. В 2001 году американская станция NEAR Shoemaker села на поверхности астероида — 34-километрового Эроса. Было еще несколько похожих миссий, которые дали человечеству информацию о составе и структуре малых небесных тел. «Исследования показали, что в астероидах довольно много воды. Структура их негомогенная, — отмечает Петр Александров. — Если говорить упрощенно, большинство астероидов — это куча щебня и льда, в которой зерна слабо связаны между собой гравитацией».

Размер имеет значение

Петр Александров рассказывает о том, как зависит опасность астероидов от их размера: «Довольно много к нам прилетает пылинок, мы их вообще не видим — они сгорают в атмосфере, лишь чуть-чуть меняя ее состав. Тела диаметром от 0,1 до 50 см — это то, что мы называем падающими звездами, тоже сгорают. При диаметре от 0,5 до 30 м, скорее всего, поверхности Земли достигнет фрагмент, составляющий 1 % изначальной массы астероида. Таким был, по всей видимости, Челябинский метеорит (все, что упало на землю, классифицируется как метеорит. — «Лаб. СР»): атмосферу преодолело несколько сот килограммов. Астероиды диаметром от 30 м до 1 км представляют серьезную опасность».

Малых небесных тел рядом с Землей миллионы, в основном они сосредоточены в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Двигаются астероиды быстро — со средней скоростью 20 км/c. В этом рое неизбежны столкновения, смещающие орбиты астероидов. Если орбита астероида сближается или пересекается с орбитой Земли, возникает опасность. Крупные астероиды сталкивались с Землей, и весьма неудачно для обитателей нашей планеты. Чиксулуб — древний ударный кратер диаметром около 180 км, расположен частично на полуострове Юкатан, частично — на дне Мексиканского залива. Он образовался 65 млн лет назад: на Землю упал метеорит и, разрушив цепи биогеоценоза, вызвал гибель множества видов животных. Некоторые ученые связывают с той катастрофой вымирание динозавров. Удручающее впечатление производит и Аризонский кратер, возникший около 50 тыс. лет назад от падения 50-метрового метеорита. А сколько гигантских воронок заросло лесом? Сколько метеоритов упало в океан?

ПЕТР АЛЕКСАНДРОВ: «ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАЛИ, ЧТО В АСТЕРОИДАХ ДОВОЛЬНО МНОГО ВОДЫ. СТРУКТУРА ИХ НЕГОМОГЕННАЯ. ЕСЛИ ГОВОРИТЬ УПРОЩЕННО, БОЛЬШИНСТВО АСТЕРОИДОВ — ЭТО КУЧА ЩЕБНЯ И ЛЬДА, В КОТОРОЙ ЗЕРНА СЛАБО СВЯЗАНЫ МЕЖДУ СОБОЙ ГРАВИТАЦИЕЙ»

Найти и обезвредить

Списки потенциально опасных космических объектов составляют Европейское и Американское космические агентства, наш «Роскосмос» и другие ведомства. Периодически они сверяются друг с другом. На сегодня насчитывается более 1 тыс. подозрительных астероидов.

Чтобы предотвратить столкновение астероида с Землей, надо изменить его траекторию. Ученые предлагают несколько способов изменить орбиту астероида. Одна из идей — гравитационная буксировка: тяжелый непилотируемый космический корабль парит над астероидом, воздействуя на него двигателем ионной тяги, и постепенно стягивает с орбиты. Предлагают красить астероиды диоксидом титана (в белый цвет) или сажей (в черный), чтобы вызвать эффект Ярковского (появление слабого реактивного импульса за счет теплового излучения от нагревшейся днем и остывающей ночью поверхности астероида) и изменить его траекторию.

Но большинство экспертов склоняются к радикальному решению — ядерному взрыву. Нет другого источника энергии, способного так эффективно воздействовать на крупный астероид, утверждают физики. Обычными взрывчатыми веществами астероид диаметром 100 м сдвинуть с траектории или разрушить невозможно, не говоря уж о более крупных.

Атом против астероидов

Есть две основные концепции «ядерной войны» c астероидами. Первая — разрушать взрывом. Правда, неизвестно, как поведут себя осколки и не вызовет ли их падение на Землю катастрофу еще страшнее. Вторая — взрыв рядом с астероидом, чтобы сбить его с орбиты и предотвратить столкновение с нашей планетой.

Возможность использования ядерных зарядов для предотвращения астероидной угрозы изучают по всему миру. В России основоположником этих работ был РФЯЦ-ВНИИТФ. В 1991 году группа ученых просчитала эффективные способы воздействия на малые небесные тела ядерным взрывом. Позже с коллегами из США снежинский центр опубликовал монографию «Опасность комет и астероидов». РФЯЦ-ВНИИТФ регулярно проводит международные конференции по астероидной опасности.

Саровский ядерный центр вносит свою лепту в борьбу с космической опасностью. В 2020 году там впервые изготовили макеты астероида: окись железа, cульфид железа, кварц и еще несколько компонентов растерли в мельчайшую пыль, смешали и спрессовали. А потом стреляли по макетам из лазера: сфокусировав лазерное излучение на поверхности такого макета, можно создать условия мощного локального мгновенного взрыва.

Петр Александров с коллегами из национальных лабораторий США в Лос-Аламосе и Ливерморе придумал другой макет: «Мы взяли стеклянные шарики разного размера и связали их льдом». По ним тоже стреляли, чтобы изучить процесс разрушения.

БОЛЬШИНСТВО ЭКСПЕРТОВ СКЛОНЯЮТСЯ К РАДИКАЛЬНОМУ РЕШЕНИЮ — ЯДЕРНОМУ ВЗРЫВУ. ОБЫЧНЫМИ ВЗРЫВЧАТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ АСТЕРОИД ДИАМЕТРОМ 100 М СДВИНУТЬ С ТРАЕКТОРИИ ИЛИ РАЗРУШИТЬ НЕВОЗМОЖНО, НЕ ГОВОРЯ УЖ О БОЛЕЕ КРУПНЫХ

Всем миром

Расчетов и лабораторных экспериментов мало, чтобы создать эффективное оружие против астероидной опасности, уверен Петр Александров: «Что будет, если мы рассчитаем, что такой-то астероид через 10 лет на Землю упадет? Я утверждаю, что за 10 лет мы не успеем подготовиться и защититься». Нужны реальные эксперименты в космосе. Но выводить в космос и испытывать там ядерные взрывные устройства нельзя: есть международный Договор о запрете испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой, Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, Договор о нераспространении ядерного оружия и другие международные акты. В принципе, Совбез ООН может разрешить проведение подобных испытаний под международным контролем. Но нужна политическая воля лидеров стран, исследующих космос, и время на подготовку такого решения, говорит Петр Александров. «Нужно, чтобы все космические державы объединились и признали астероидную опасность, — считает ученый. — Только тогда возможно продвижение в этой области и финансирование работ. Сколько будет стоить реализация программы по борьбе с астероидной опасностью? По весьма приблизительным подсчетам, 700 млрд долларов. Сколько времени потребуется на реализацию? По моему мнению, не меньше 25 лет».

КСТАТИ Нобелевскую премию по физике в этом году присудили трем ученым за исследования в области космологии и астрофизики. Что интересно, у каждого лауреата есть свой астероид. В честь канадца Джеймса Пиблса назван астероид 18242 (Peebles), в честь швейцарцев Мишеля Майора и Дидье Кело — астероиды 125076 (Michelmayor) и 177415 (Queloz)

Столкновения с астероидом и возможность выживания

Пережить глобальную катастрофу на поверхности Земли — это одно, но есть ли другие варианты для борющейся жизни выкарабкаться после разрушительного столкновения? В 2008 году международная группа студентов из Германии, России, США и Великобритании опубликовала исследование, в ходе которого испытывалась экстраординарная способность бактерий выживать после столкновения с астероидом. Исследование заключило, что живые организмы не только могут быть подняты в земную атмосферу вместе с взвесью пыли и вернуться обратно на поверхность, но и быть переданными вместе с каменными обломками на другую планету вроде Марса.

Студенты допустили, что так называемая литопанспермия, или передача жизнеформ с одной планеты на другую путем ударного выброса пород, крайне маловероятна. Любые микроорганизмы, уцепившиеся за мусор, не только должны пережить взрыв, но и долгое путешествие (от 1 до 20 миллионов лет) с одной планеты на другую, излучение солнечных лучей и повторный вход в атмосферу другой планеты.

Также они отметили, что, несмотря на все препятствия, 40 марсианских метеоритов, обнаруженных на Земле, указывают на то, что такие поездки вполне могли иметь место раньше. В экспериментах также подвергали испытаниям самых живучих бактерий и микроорганизмов, и выяснили, что они не просто могут с легкостью переносить жуткие условия космоса, но и плевать хотели на всякого рода встряски, от радиации до повышенного давления.