Реферат: Астероїдна небезпека: міфи та реальність

З-поміж усіх астероїдів спостерігачі виділили категорію міні-планет, які рано чи пізно можуть з'явитися дуже близько біля Землі. Згідно з розрахунками, серед них є приблизно 2100 тіл розміром понад 1 км і близько 400 тисяч — з поперечником понад 100 м. Перші в разі зіткнення можуть призвести до глобального катаклізму, другі — до локального, схожого з Тунгуським. На жаль, визначено орбіти лише для 7% великих астероїдів і для 0.1% (!) малих з цієї величезної кількості небезпечних міні-планет. Причому навіть відомі шляхи космічних "бомб" можуть цілком змінитися під дією тяжіння інших тіл.

Передбачається, що відносно великий астероїд, схожий на той, що винищив динозаврів, улучає в Землю один раз у мільйон років, а зіткнення з каменем завбільшки з десяток метрів буває один раз у сторіччя. Але слід визнати, що навіть у минулому столітті така закономірність порушувалася кілька разів! Так, 14 червня 1968 р. астероїд Ікар пройшов за 7 млн км від нас, це вже тривожне зближення. У 1937 р. астероїд Гермес "підкрався" на 800 тис. км — усього дві відстані від Землі до Місяця! На думку астронома Кейптаунської обсерваторії Г. Вуда, Гермес "спізнився" для прямого зіткнення всього на 5.5 год. Ще ближче пролетіла навесні 1989 р. безіменна стометрова брила, якої було б досить, щоб зробити глибоку западину на місці, наприклад, Нью-Йорка. Цей астероїд з'явиться знову 2015 р.

23 квітня 2002 р. в Інтернеті з'явилося повідомлення, що протягом п'яти минулих тижнів два астероїди пройшли повз Землю (відстані становили відповідно 1.2 радіуса та три радіуси місячної орбіти), і виявлено астероїд, шо може зіштовхнутися з Землею 2880 р. (!) з імовірністю 1:300. Моніторинг уже відомих астероїдів дозволяє астрономам заздалегідь визначити, який з них становить потенційну небезпеку для Землі. У липні 2002 р. вчені повідомили про виявлення небезпечного астероїда, якому дали позначення 2002 NT7. Як розрахували його спостерігачі, якщо не почати попереджувальних заходів, то 1 лютого 2019 р. в земну атмосферу нібито вторгнеться "небесний камінь" діаметром близько 2 км, рухаючись зі швидкістю 28 км/с, і зітре цілий материк, а може й більше. Чи слід панікувати у цій ситуації? Навряд. По-перше, настільки точно розрахувати орбіту астероїда (або комети) просто неможливо, а тим більше передбачити його зіткнення з Землею через 17 років! По-друге, а чи є NT7 новим астероїдом? Уважають, що цей астероїд уже давно відомий і вже зближався з Землею на початку 80-х pp. минулого сторіччя.

Однак уже наступного, 2003, року в нього з'явився гідний конкурент — астероїд з кодовою назвою 2003 QQ47. Його "побачення" з нашою планетою астрономи Державного агентства Великої Британії з вивчення ближнього космосу (автори відкриття) призначили на 21 березня 2014 р. Таким чином, глобальна катастрофа може відбутися за п'ять років до наміченого строку. Що відомо про новачка? За своїми розмірами (діаметр його біля 1 км) астероїд приблизно вдесятеро менший від того, котрий 65 млн.років тому міг призвести до загибелі динозаврів. Проте сила його удару об земну поверхню може знищити все живе на одному з континентів. Імовірність зустрічі Землі з ним астероїдом на перший погляд невелика — усього 1 шанс з 909 000, однак за міжнародною Туринською шкалою астероїдної небезпеки він має оцінку в шість балів з десяти можливих. Ще жодного разу протягом усіх спостережень за космосом жоден об'єкт не мав такої високої оцінки за "тривожною" шкалою. Тому траєкторію польоту астероїда, що рухається зі швидкістю близько 35 км/с, постійно спостерігають. Цілком можливо, що після більш скрупульозних астрономічних розрахунків імовірність зіткнення небезпечного космічного незнайомця з Землею значно зменшиться.

8 жовтня 2003 р. американські астрономи повідомили, що наприкінці вересня 2003 р. вони виявили маленький астероїд (позначення 2003 SQ222), який "зумів підібратися" дуже близько до Землі. Якби він вибухнув у верхніх шарах атмосфери нашої планети, нічого серйозного б не відбулося. Проте об'єкт установив своєрідний рекорд: 27 вересня він пролетів на відстані всього 88 тис. км від Землі, що становить близько чверті відстані до Місяця. За попередніми оцінками, діаметр астероїда становив близько 10 м. З 1994 р. астрономи не бачили нічого подібного, утім, такі об'єкти (навіть розміром з невеликий будинок) нерідко просто не вдається побачити.

ПРО МЕТЕОРИТНІ КРАТЕРИ ТА ПРО ІНШІ НАСЛІДКИ ПАДІННЯ МЕТЕОРИТІВ

Земна поверхня зберігає багато слідів зіткнень з великими космічними тілами у вигляді кратерів вражаючих розмірів — так званих астроблем. На сьогоднішній день їх виявлено понад 230 (рис. 4). Розміри найбільших з них перевищують 200 км.

Один із кратерів, що найкраще збереглися (через відносно "молодий" вік), є Каньйон Диявола (штат Аризона, США). Його діаметр— 1240 м, глибина— 170 м (рис. 5). У 1906 р. геолог Д. Барринджер довів, що цей кратер має ударне походження. Під час досліджень кратера виявили близько 12 т метеоритної речовини та встановили, що він виник унаслідок падіння на Землю приблизно 50 тис. років тому залізонікелевого метеорита розміром близько 60 м. На земній поверхні практично не залишилося древніх кратерів з розміром менше за 1 км.

Шістдесят п'ять мільйонів років тому вогненна куля, оглушливо ревучи в небі над Центральною Америкою, врізалася в землю в районі Мексиканської затоки. Потужність вибуху можна порівняти з енергією всього сучасного ракетно-ядерного арсеналу. Наслідком страшної зустрічі деякі дослідники вважають кратер Чихсулуб (Chicxulub) діаметром близько 170 км на півострові Юкатан (Мексика). Три чверті живих істот, що населяли Землю, загинули під час цієї катастрофи. Від холоду та голоду вимерли динозаври, літаючі ящери; у морях зникло багато риб і молюсків. Такими були наслідки зустрічі з астероїдом розміром кілька кілометрів і масою 1 тис. млрд. тонн. На думку американського геолога Л. Альвареса, астероїд був багатий на іридій: власне, незвичайно великий вміст цього рідкого металу в крейдяних шарах і навів учених на думку про удар з космосу.

Німецький учений М. Віссінг із точністю, властивою його народу, повідомляє, що астероїд масою в 2000 млрд. тонн упав опівдні 5 червня 8499 р. до н.е. Зіткнення відбулося в районі Бермудських островів. Окрім того, що загинула перша земна цивілізація, на Півночі також загинули мамонти й інші представники тогочасної фауни.

У нас в Україні, у Вінницькій області, мільйони років тому астероїд залишив западину завглибшки 700 м і діаметром 7 км. Нині воно закрито шарами грунту, сховано полями та лісами. Це так званий Іллінецький кратер. У 1973 р. геологічне та петрографічне вивчення цього кратера дало змогу діагностувати його породи й походження. В. Л. Масайтіс (Ленінград) й А. А. Вальтер з Інституту геології НАН України показали, що цей кратер утворився 430 млн. років тому внаслідок падіння астероїда великих розмірів.

КОНЦЕПЦІЯ СТВОРЕННЯ ТА ЗАСТОСУВАННЯ БАГАТОЕШЕЛОНОВАНОЇ СИСТЕМИ ЗАХИСТУ ЗЕМЛІ ВІД АСТЕРОЇДНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

Ґрунтуючись на даних Слоунівського цифрового огляду неба, астрономи дійшли висновку, що кількість досить великих астероїдів, які б могли знишити цивілізацію, становить 700 тисяч. У такому разі ймовірність зіткнення з Землею — 1:1500 протягом ста років.

Причому астероїдна небезпека є небезпекою для всього людства, і вона абсолютно реальна й невідворотна. Наприклад, 1994 р. на Юпітер, найбільшу планету Сонячної системи, упала комета Шумейкерів—Леві 9. Якби ця комета впала на Землю, то ефект від падіння дорівнював би вибуху одного мільйона водневих бомб, кожна потужністю 1 Мт. Вибух однієї ядерної бомби з еквівалентом у 40 Мт уже може зруйнувати велике місто. Існують, наприклад, гіпотези, що зіткнення з гігантським астероїдом спричинило те, що від Землі відірвався осколок, з якого утворився Місяць, а в місці зіткнення виник Тихий океан.

Учені розділяють астероїди за силою впливу на різні класи.

—Астероїди типу Тунгуського метеорита викликають руйнування, які відповідають вибуху ядерної бомби в 40 Мт, що може зруйнувати велике місто. Вибух такого метеорита в густонаселених районах планети може в наш час призвести до загибелі 10— 100 тисяч осіб. Таких астероїдів на небезпечно близькій від Землі відстані може існува­ти близько одного мільйона. Імовірність зіткнення їх з нашою планетою становить приблизно один разу 100—1000 років.

—Астероїди діаметром 1 км під час зіткнення виділяють енергії у тисячу разів більше, ніж у разі Тунгуської катастрофи, а характер і масштаби руйнувань будуть нагадувати вибухи "Санторіа" і "Кракатау", викликані астероїдами діаметром 0.3—0.5 км. Перший з них знищив мінойську цивілізацію, тоді загинуло практично все населення навколишніх островів, зокрема острова Крит. На його береги після вибуху впали морські хвилі висотою понад 200 м. Падіння астероїдів таких розмірів у районах Землі з великою кількістю населення в наш час призвело б до загибелі 1 — 10 млн. осіб. За розрахунками, імовірність зіткнення з таким астероїдом — один раз у 10 000—100 000 років.

—Астероїди діаметром близько 10 км можуть виділити енергію в 10 млн. разів більшу, ніж Тунгуський метеорит. Прикладом зіткнення Землі з таким астероїдом є катастрофа, що ввійшла в історію за назвою "Великий потоп". Уважається, що вона відбулася 11 тис. років тому і викликала загибель Атлантиди та швидке охолодження атмосфери, як під час ядерної зими. Падіння такого астероїда на Землю призвело б до загибелі 10% усього людства та до зникнення багатьох видів тварин і рослин. Можлива частота таких зіткнень становить один раз у 1 — 10 млн.років.

—Зіткнення з велетенським астероїдом (понад 100 км у поперечнику) призведе до глобального знищення всього живого на Землі, крім найпримітивніших форм. Частота зіткнень — один раз у кілька сотень мільйонів років. Очевидно, що таке зіткнення викликає глобальну катастрофу.

—Говорити про зіткнення з астероїдом, діаметр якого становить приблизно 1000 км, безглуздо, бо в разі такого "контакту" планета Земля просто розвалиться.

За сучасними уявленнями, лише створивши багатоешелоновану систему захисту з елементами космічного базування, можна ефективно захистити Землю від астероїдної небезпеки. Система має складатися щонайменше з чотирьох ешелонів захисту: засоби, розміщені на Землі (четвертий ешелон) та в навколоземному космічному просторі аж до стаціонарної орбіти (третій ешелон), і засоби, розташовані в далекому космосі (перший і другий ешелони). На сьогодні пропонується створити перший ешелон захисту на базі спеціальних засобів, розташованих в околицях так званих сонячних точок лібрації (це точки, що випереджають Землю і відстають від неї на 60 під час руху планети по орбіті), і другий ешелон — на базі засобів, розташованих на Місяці та в околицях точок лібрації системи Земля—Місяць. До складу всіх ешелонів захисту пропонується включити засоби далекого виявлення небезпечних космічних об'єктів та визначення їхніх траєкторій; засоби впливу на ці об'єкти, щоб змінювати параметри їхнього руху й руйнувати їх; а також засоби забезпечення їхнього функціонування та керування для прицільного застосування.

Цю багатоешелоновану систему захисту Землі від астероїдної небезпеки можна вважати системою першого етапу, розрахованою на захист Землі від космічних об'єктів, розміри яких не більші ніж 50—100 м, бо ймовірність зіткнень Землі з такими об'єктами в ближчому майбутньому є найвищою.

Людство, створивши ракетно-ядерну зброю, здобуло, мабуть, чи не єдину можливість боротьби з астероїдною небезпекою. Наприклад, проект, розроблений Науково-виробничим об'єднанням "Астрофізика", пропонує побудувати оптико-електронний комплекс, спроможний виявити космічні тіла, розміри яких більші за 20 м і які переміщуються відносно Землі зі швидкістю близько 70 км/с. Такий комплекс має включати в себе мережу з 10—12 наземних станцій, розташованих у районі екватора й оснащених телескопами діаметром приблизно 2 м. Щоб спостерігати й у напрямках, близьких до напрямку на Сонце, передбачається доповнити комплекс також космічними телескопами. Але виявити небезпечний об'єкт і з потрібною точністю визначити його траєкторію — це ще не все. Треба вміти захищатися від удару чи хоча би мінімізу­вати його наслідки. Тепер розглядаються три основні принципи відбивання кометно-астероідної небезпеки. Це: 1)відхилення об'єкта, що загрожує, з орбіти зустрічі з Землею, 2)екранування Землі від зіткнення з таким об'єктом, 3)знищення цього об'єкта. Найпростіший спосіб відхилити невелике тіло — завдати йому удару за допомогою спеціального космічного апарата. Якщо, наприклад, об'єкт діаметром близько 100 м рухається по орбіті з перигеєм 0.9 а. о. і апогеєм 4.0 а. о. та лежить у площині орбіти Землі, то апарат-ударник масою 100 т під час зіткнення надасть йому додаткову швидкість усього 0.25 м/с. Щоб розвести об'єкт і Землю на мільйон кілометрів, удар треба нанести аж за дев'ять з половиною років, тобто за три повні оберти навколо Сонця, до передбачуваного моменту зіткнення. Для більших об'єктів застосовувати цей спосіб навряд чи доцільно взагалі через неприйнятно велику масу космічного апарата.

Невеликий астероїд розміром у кілька десятків метрів можна вивести з траєкторії за допомогою спеціального буксирувальника, який можна застосовувати й у мирних цілях — транспортувати невеликі астероїди, щоб в подальшому використовувати їх як джерело сировини для космічної індустрії, яку людству, рано чи пізно, доведеться створювати. Тому буксирувальник можна вважати транспортною системою подвійного призначення. Однак на таких буксирувальниках слід мати до 500—600 т палива.

І зовсім інша річ, коли виникає потреба захищатися від астероїда, виявленого вже на траєкторії зустрічі, наприклад, за десять діб. Чи реально боротися з такими об'єктами? Припустімо, небезпечний об'єкт виявлено на відстані 135 млн. км за 30 діб до зустрічі з Землею. Нехай, щоб запобігти прямому зіткненню, слід відхилити його траєкторію на 7000 км (це трохи більше за радіус Землі). Тоді у разі найсприятливішого взаємного розташування орбіт треба надати об'єкту швидкість близько 10 м/с. Простий розрахунок за відомою формулою Ціолковського показує, що для цього буде потрібно 2000 т такої робочої речовини, як водень, за умови, що швидкість витікання газів із сопла становить 10 км/с (такого типу двигуни вже перебувають у стадії розроблення), а маса астероїда — 2 млн т. Гіпотетичний сферичний бак для зберігання водню матиме діаметр 16 м. Виведення в космос 2 тис. т корисного навантаження за допомогою сучасних (на початок 2006 р.) засобів доставки вантажів означає 20 стартів ракетоносія типу "Енергія". Таким чином, про практичне використання таких надпотужних буксирувальників для відвернення астероїдної небезпеки говорити ще зарано.

Набагато життєздатнішою на даний момент є ідея "апарата-диверсанта", що доставить на астероїд ядерний заряд, вибух якого приведе до спрямованого викиду маси астероїда та певної зміни траєкторії. Ураховуючи наведені вище вихідні дані, треба викинути приблизно 2.8% загальної маси астероїда зі швидкістю близько 1000 м/с. Найперспективнішим здається використання ядерних вибухів для відхилення траєкторії об'єктів діаметром понад 1 км. При цьому заряд не обов'язково доставляти безпосередньо на поверхню астероїда: розрахунки показують, що могутній підрив навіть поруч з таким небесним тілом призведе до сильного локального нагрівання його поверхні, випаровування, дроблення та викидання речовини з поверхневого шару, у результаті чого в об'єкта збільшиться швидкість в протилежному напрямку.

На міжнародній науковій конференції, що проходила в Євпаторії у вересні 2000 p., був запропонований ще один досить цікавий підхід до розв'язання проблеми. Суть його полягає в тому, щоб "пофарбувати" потенційно небезпечний астероїд дзеркальною фарбою і тоді сонячне світло своїм тиском зрушить його з орбіти. Зрозуміло, що фарбувати треба не ту брилу, яка вже мчиться до Землі, а ту, яка тільки підозрюється щодо небезпеки через багато-багато повних обертів навколо Сонця. Розрахунки показують, на жаль, що навіть для об'єкта діаметром усього 10 м відхилення таким способом на потрібну відстань забере біля 20 тисяч років.

А от, наприклад, за допомогою "сонячного вітрила" площею 400 тис. кв. м, установленого на об'єкті діаметром 5 м, можна змінити несприятливу траєкторію протягом приблизно двох років. Так що описаний метод можна застосувати, щоб превентивно розчищати космічний простір від малих тіл, що становлять загрозу для Землі.

Ще один підхід до проблеми захисту Землі від небезпечних космічних об'єктів — це екранування планети від зіткнення. За допомогою могутнього буксирувальника на шляху небезпечного об'єкта ставлять перешкоду — астероїд менших розмірів. Тоді траєкторія першого тіла зміниться внаслідок набутого під час зіткнення імпульсу. Цей метод "космічного більярду" може виправдати себе у разі протидії небезпечним об'єктам розміром у сотні метрів. Звичайно, такій операції мають передувати найретельніші балістичні розрахунки, причому треба мати можливість робити їх у найкоротші терміни.

Наступний підхід може мати на увазі знищення небезпечних космічних об'єктів чи роздроблення їх на такі фрагменти, наслідки зіткнення з якими будуть менш катастрофічними. Створення такої системи, звичайно, буде пов'язане з великими труднощами. Адже перехопити треба не літак, не супутник і навіть не боєголовку, а набагато міцніший і масивніший об'єкт, швидкість якого відносно Землі може досягати 72 км/с! Розрахунки показують, що поверхневим ядерним вибухом потужністю 1 Мт можна знищити астероїд діаметром 500 м; для астероїда діаметром не більше, ніж 1 км, уже доведеться застосувати заглиблений вибух тієї ж потужності. Зважаючи на сучасні технічні можливості, маса перехоплювача не може перевищувати 20 т, тому потужність вибухового пристрою буде не більша від 100 Мт, а максимальний діаметр об'єкта, який треба перехопити, буде в межах 3—5 км (!). Однак у наш час виведення в космос ядер­ної зброї заборонено міжнародними угодами.

Можна розглянути і варіант використання енергії кінетичного удару для руйнування небезпечного астероїда, але в цьому разі, маючи ту ж масу перехоплювача й ту ж швидкість зіткнення (приблизно 30 км/с), можливо зруйнувати лише тіло діаметром до 50 м. Теоретично можливі й інші способи руйнування космічних тіл, але реалізація їх поки що видається занадто сумнівною. Наприклад, про лазери в найближчий час навряд чи можна говорити серйозно, адже їхня реальна потужність поки що дуже далека від того, що хотілося б мати. Навіть базуючись на орбіті, сучасний випромінювач нав­ряд чи буде в змозі вразити ціль більшу, ніж середній супутник. Те ж саме стосується й плазмових генераторів, випромінювачів надвисокої частоти та іншої "екзотики".