В первые миллионы лет существования Солнечной системы космос представлял собой настоящий хаос. Все планеты, ещё не обретшие чётких очертаний, делили орбиты с бесчисленными обломками — «строительным мусором», кружащим вокруг Солнца в бешеном вихре. Представьте автостраду без каких-либо правил, где вместо машин носятся скалы и ледяные глыбы, а столкновения были не исключением, а нормой. Лишь миллиарды лет спустя трафик поредел, и катастрофы стали куда менее частыми являениями. Солнечная система обрела порядок, но древние шрамы на поверхности Земли и Луны напоминают, что тишина и спокойствие это временно.
Примерно 66 миллионов лет назад в Землю врезался астероид шириной около 10 километров. В результате невероятного удара и его последствий были стерты с лица планеты динозавры. Но жизнь не исчезла полностью и со временем планету заселили самые приспособленные животные - млекопитающие. Выходит, мы дети космической катастрофы, поэтому нам нужно быть готовыми к следующему удару, который может положить конец уже нашей эпохе.
На длинной временной дистанции визит астероида-убийцы с математической точки зрения неизбежен. Если не подготовиться к нему, то неумолимые законы физики, орбитальная механика и гравитация рано или поздно сговорятся, чтобы нанести Земле предательский удар исподтишка. К счастью, наши ученые не сидят сложа руки и лучше осведомлены в космических столкновения, чем когда-либо в истории. Но насколько хорошо? Давайте разбираться.
Земля под перекрестным огнем
С момента рождения Солнечной системы прошло около 4,5 миллиардов лет, и нам очень повезло жить в сравнительно тихую эпоху. Землю больше не утюжат гигантские глыбы с прежней частотой, но свою порцию «космических поцелуев» она получает исправно. Если собрать весь мусор, падающий на нас ежедневно, наберется более 100 тонн. Мы этого просто не замечаем, поскольку пыль рассеивается по всей поверхности планеты.
Львиная доля этих частиц — размером с песчинку или горошину. В планетарном масштабе это все равно что мошкара, бьющаяся о лобовое стекло машины, несущейся по трассе. Одни сгорают ярким трассером в небе, другие исчезают бесследно.
Это часть естественного метаболизма нашей планеты, своего рода «химическое дыхание» в унисон с Солнечной системой. Земля ежедневно поглощает более 100 тонн вещества из космоса, но одновременно теряет материю из-за улетучивания атмосферных газов. Фактически, несмотря на космическую подпитку, наша планета постепенно «худеет». Впрочем, потеря веса планетой должна волновать нас меньше, чем падение астероидов.
Какова вероятность рокового удара?
По данным НАСА, астероид размером с автомобиль влетает в атмосферу Земли примерно раз в год. Такие камни обычно сгорают огненным шаром, не долетая до поверхности, хотя ударная волна от взрыва может наделать бед. Глыба размером с футбольное поле падает примерно раз в 2000 лет, а объекты, способные поставить под угрозу цивилизацию, прилетают раз в несколько миллионов лет. Вероятность того, что конец света наступит сегодня, ничтожно мала. Но если ждать достаточно долго, она становится стопроцентной.
Рассчитать реальную вероятность удара невероятно сложно. У каждого астероида, метеороида или кометы своя эллиптическая орбита вокруг Солнца. В полете на них влияют слабые гравитационные толчки других небесных тел, способные изменить траекторию и направить странника прямиком на Землю. Риск столкновения приходится рассчитывать индивидуально для каждого опасного объекта. Насколько это сложно, вы узнаете дальше.
Космическая стража НАСА
В январе 2016 года был создан Координационный офис по планетарной обороне (PDCO). Его цель — находить и отслеживать опасных «гостей». Как только объект обнаружен, специалисты PDCO вместе с партнерами просчитывают его маршрут и оценивают риски.
За последние годы НАСА запустило несколько миссий, чтобы лучше изучить природу астероидов и способы их отклонения. Параллельно PDCO непрерывно сканирует небо в поисках еще не открытых угроз.
История этой структуры началась в 2005 году, когда Конгресс США поручил НАСА найти и каталогизировать не менее 90% околоземных объектов диаметром более 140 метров. За последние годы аппетиты астрономов существенно выросли: офис охотится за объектами, проходящими в пределах 0,05 а.е. (около 7,5 млн км) от Земли, причем интересуют их теперь даже небольшие объекты диаметром 30–50 метров. Если на радарах появится реальная угроза, именно PDCO будет отвечать за оповещение США и координацию спасательной операции.
Как проходит охота за астероидами
За последние годы наши возможности по мониторингу космоса совершили качественный скачок. Идентифицировано более 30 000 околоземных объектов, причем большинство из них открыты за последнее десятилетие. Хорошая новость: ни один из известных нам астероидов не угрожает цивилизации в ближайшие 100 лет. Плохая новость: ученые полагают, что мы нашли лишь около 40% потенциальных «убийц». Охота продолжается.
Астероиды ищут совместными усилиями космических телескопов (таких как Hubble и NEOWISE) и наземных обсерваторий. PDCO, в свою очередь, финансирует наблюдательное время для этих поисков.
Пожалуй, самым удачливым охотником стал телескоп NEOWISE. Запущенный в 2009 году под названием WISE для изучения дальнего космоса, он два года открывал черные дыры и далекие звезды, после чего ушел в «спячку». В 2013 году его разбудили, переименовали и перепрофилировали на поиск соседей Земли. Его вахта закончилась 31 июля 2024 года, а 1 ноября он сгорел в атмосфере, успев изучить более 3000 объектов. В настоящее время НАСА готовит ему смену — телескоп NEO Surveyor. Запуск намечен на 2027 год; аппарат отправится в точку Лагранжа L1 — зону гравитационного равновесия между Землей и Солнцем.
Отслеживание и расчет орбит
Найти астероид — это только полдела. Нужно знать, куда он летит сейчас и где окажется в будущем. Более того, приходится учитывать движение всех остальных тел в Солнечной системе, чтобы предсказать их гравитационное взаимодействие.
Для расчета орбиты астрономам нужно наблюдать за объектом дни, а лучше недели. Чем длиннее история наблюдений, тем точнее прогноз. Все расчеты по новым находкам берет на себя Центр изучения околоземных объектов (CNEOS) при Лаборатории реактивного движения НАСА.
Всё в Солнечной системе (за редким исключением межзвездных скитальцев вроде астероида Оумуамуа) движется по эллипсу. У планет орбиты почти круговые, а вот у астероидов и комет траектории часто сплюснутые и сложные. Ученым всегда приходится с нуля подбирать математическую модель эллипса, которая лучше всего описывает движение камня. По мере накопления данных точность растет. Бывает, что пугающие объекты, вроде астероида Апофис, при детальном рассмотрении оказываются безобидными. Увы, возможно и обратное.
Разновидности космических камней
Как только мы узнаем траекторию и маршрут объекта, ученые пытаются выяснить, из чего он сделан. Думаете, «видел один булыжник — считай, видел их все»? Как бы не так. Характеристики космического камня могут рассказать нам о его истории. Ледяные кометы, как правило, родом с окраин системы, каменистые астероиды — обитатели внутренних областей. Изучая этот «строительный мусор», мы узнаем прошлое Земли и ее соседей.
Но для защиты нашей планеты важнее физика. Размер, форма, состав, даже яркость поверхности (альбедо) — всё имеет значение. Отражая солнечный свет, астероид получает микроскопический импульс, меняющий его орбиту. Важно также знать структуру: это монолитная скала или «куча щебня», удерживаемая слабой гравитацией? От этого зависит, как именно нам придется его сбивать, если он направится к Земле.
Кроме того, околоземные астероиды делят на группы (Атиры, Атоны, Аполлоны, Амуры) в зависимости от параметров их орбит: насколько близко они подходят к нам и пересекают ли путь Земли.
Нашли ли астрономы потенциальных астероидов-убийц?
Коротко: нет. Однако, это не означает, что их не существует, поэтому поиски продолжаются. В каталогах PDCO — десятки тысяч объектов. Из них около 11 000 превышают в размере 140 метров, и лишь 865 — больше километра. Нам пока везет: в ближайшем веке столкновений не предвидится. Но орбиты изменчивы, и заглянуть в более далекое будущее сложно.
Европейское космическое агентство (ЕКА) ведет свой собственный «список рисков». Сейчас в нем 1695 астероидов с ненулевой вероятностью столкновения с Землей. Но важно помнить: ни для одного из них эта вероятность не является высокой. Если текущая выборка репрезентативна, в обозримом будущем нам не о чем беспокоиться. Но если мы все же заметим камень, идущий на таран, нам понадобится план действий.
Вариант 1: Гравитационный тягач
Если в запасе много времени (желательно больше одного витка по орбите), мы можем использовать крупный космический аппарат в роли «гравитационного тягача». Идея базируется на фундаментальном законе физики: любой объект, обладающий массой, притягивает другие объекты. План таков: запустить аппарат массой около тонны и «припарковать» его в космосе метрах в ста пятидесяти от астероида. Корабль своим весом создаст крошечную гравитационную тягу, постепенно уводя камень на новую орбиту. Этот метод не терпит спешки, зато он точен и полностью подконтролен.
По расчетам ученых, чтобы все прошло идеально, миссию нужно начинать за десять и более лет до предполагаемого столкновения. На первом этапе мы просто уточняем орбиту: корабль подлетает к астероиду и зависает рядом, работая как маяк. Передавая точные координаты, он помогает Земле решить: нужно ли вообще вмешиваться? Если угроза реальна, аппарат занимает позицию с той стороны, куда нужно сдвинуть камень, и буквально «оттягивает» его своим гравитационным полем. Постоянная связь с Землей позволяет корректировать маневры в реальном времени, пока астероид не выйдет на безопасную траекторию.
Вариант 2: Удар на опережение
Более прямолинейный и агрессивный подход — кинетический удар. Мы просто врезаемся в астероид космическим кораблем, нанося удар первыми. Недавно НАСА успешно провело генеральную репетицию этого сценария в рамках миссии DART (Double Asteroid Redirection Test).
Зонд DART был запущен 24 ноября 2021 года с билетом в один конец. Его целью стала пара астероидов в глубоком космосе: Диморф (крошечный астероид диаметром 160 метров) и его старший брат Дидим (около 800 метров). Это была первая в истории миссия, запущенная исключительно для того, чтобы попытаться сбить небесное тело с курса.
DART врезался в Диморф на скорости около 22 500 км/ч. Результат доказал два факта. Во-первых, мы умеем снайперски попадать в астероиды за миллионы километров от дома. Во-вторых, такой удар действительно изменил орбиту. Когда пыль улеглась, выяснилось, что Диморф не только изменил форму (превратившись из сплюснутого шара в подобие мяча для регби), но и стал вращаться вокруг соседа быстрее — период обращения сократился на 33 минуты 15 секунд. Человечество впервые собственноручно изменило движение природного небесного тела.
Вариант 3: Ядерный удар
Блокбастер 90-х «Армагеддон» предлагал героический сценарий: пробурить скважину в астероиде-убийце и заложить ядерный заряд. Кино эффектное, но сработает ли такое в реальности? Взрыв внутри может просто расколоть астероид, превратив одну большую пулю в дробовой заряд, который все равно накроет Землю. Однако недавние исследования показали: ядерное оружие может сработать, если взорвать его над поверхностью.
В лабораторных тестах ученые обстреливали образцы кварца и кремнезема рентгеновским лазером. Луч испарял верхний слой камня, и выброс пара создавал реактивную тягу, отталкивая осколки прочь. В пробирке это были миллиметровые образцы, но в космосе, чтобы сдвинуть гору шириной в пару километров, нужен мощнейший источник рентгеновского излучения. И тут на сцену выходят ядерные боеголовки.
Идея такова: ядерный взрыв рядом с астероидом обрушивает на него шквал рентгеновских лучей. Поверхность камня в зоне поражения мгновенно испаряется. Этот раскаленный газ создает временную атмосферу, которая, рассеиваясь в космосе, работает как реактивный двигатель, толкая астероид в противоположную сторону.
Итак, готовы ли мы к столкновению?
Мы готовы не так хорошо, как хотелось бы, но лучше, чем когда-либо прежде. Сегодня у нас есть реальный шанс избежать космического апокалипсиса — при удачном стечении обстоятельств даже без использования ядерного оружия. Миссия DART доказала: мы можем отклонить астероид среднего размера, если вовремя заметим угрозу и успеем подготовить корабль.
Главная проблема — внезапность. Если огромная глыба вынырнет из темноты всего за пару недель до удара, мы будем практически бессильны. Время — наш самый ценный ресурс. Имея в запасе годы, мы можем комбинировать методы и отбить практически любую атаку. Но для этого нужен исчерпывающий каталог всех небесных странников, за которыми нужен глаз да глаз.
Технически человечество уже имеет всё необходимое. Мы способны запускать зонды и ювелирно выводить их на орбиты астероидов. Миссия НАСА OSIRIS-REx (ныне OSIRIS-APEX) показала, что мы можем годами сопровождать астероид (в данном случае Бенну) и даже касаться его поверхности для забора грунта. А DART доказал, что мы умеем бить на поражение. При своевременном предупреждении и объединении усилий человечество может стать первым видом в истории Земли, способным отменить собственный приговор.
Уважаемые читатели, если для вас данная статья была полезной, пожалуйста подпишитесь, это поможет начинающему автору и каналу в продвижении.