Уже два года на сайте журнала “Наука и жизнь” www.nkj.ru работает раздел “Интернет-интервью”. На вопросы читателей и посетителей сайта отвечают специалисты в области науки, техники, образования. Некоторые интервью мы публикуем на страницах журнала. Предлагаем вниманию читателей статью, подготовленную на основе Интернет-интервью с Андреем Михайловичем Финкельштейном, директором Института прикладной астрономии РАН. Речь идет об астероидах, наблюдениях за ними и о возможной угрозе, которую несут малые космические объекты Солнечной системы. За четырехмиллиардную историю существования наша планета не раз подвергалась ударам крупных метеоритов и астероидов. С падением космических тел связывают происходившие в прошлом глобальные изменения климата и вымирание многих тысяч видов живых существ, в частности динозавров.
Насколько велик риск столкновения Земли с астероидом в ближайшие десятилетия и к каким последствиям такое столкновение может привести? Ответы на эти вопросы интересуют не только специалистов. В 2007 году Российская академия наук совместно с Роскосмосом, Министерством обороны РФ и другими заинтересованными ведомствами подготовила проект Федеральной целевой программы “Предупреждение астероидной опасности”. Эта национальная программа призвана организовать в стране системный мониторинг потенциально опасных космических объектов и предусматривает создание национальной системы раннего предупреждения вероятной астероидной угрозы и разработку средств защиты от возможной гибели цивилизации.
Солнечная система — величайшее творение природы. В ней зародилась жизнь, возник разум и развилась цивилизация. Солнечная система состоит из восьми больших планет — Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна и более 60 их спутников. Между орбитами Марса и Юпитера вращаются малые планеты, которых в настоящее время известно более 200 тысяч. За пределами орбиты Нептуна, в так называемом поясе Койпера, движутся транснептуновые карликовые планеты. Среди них наиболее известен Плутон, который до 2006 года считался, согласно классификации Международного астрономического союза, самой удаленной большой планетой Солнечной системы. Наконец, в пределах Солнечной системы движутся кометы, хвосты которых создают впечатляющий эффект “звездных дождей”, когда их пересекает орбита Земли и множество метеоров сгорает в земной атмосфере. Вся эта насыщенная сложными движениями система небесных тел превосходно описывается небесно-механическими теориями, которые надежно предсказывают положение тел в Солнечной системе в любое время и в любом месте.
“Звездоподобные”
В отличие от больших планет Солнечной системы, значительная часть которых была известна с глубокой древности, астероиды, или малые планеты, открыты лишь в XIX веке. Первую малую планету Церера обнаружил в созвездии Тельца сицилийский астроном, директор обсерватории в Палермо Джузеппе Пиацци в ночь с 31 декабря 1800 года на 1 января 1801 года. Размер этой планеты составлял приблизительно 950 км. В период между 1802 и 1807 годами были открыты еще три малые планеты — Паллада, Веста и Юнона, орбиты которых, как и орбита Цереры, лежали между Марсом и Юпитером. Стало ясно, что все они представляют новый класс планет. По предложению английского королевского астронома Уильяма Гершеля малые планеты стали называть астероидами, то есть “звездоподобными”, поскольку в телескопы не удавалось различить диски, характерные для больших планет.
Во второй половине XIX века в связи с развитием фотографических наблюдений число обнаруживаемых астероидов резко возросло. Стало ясно, что нужна специальная служба, обеспечивающая слежение за ними. До начала Второй мировой войны эта служба работала на базе Берлинского вычислительного института. После войны функцию слежения принял на себя Центр малых планет США, расположенный в настоящее время в Кембридже. Вычислением и публикацией эфемерид (таблиц координат планет на определенную дату) занимался Институт теоретической астрономии СССР, а с 1998 года — Институт прикладной астрономии РАН. К настоящему времени накоплено около 12 миллионов наблюдений малых планет.
Более 98% малых планет движутся со скоростью 20 км/c в так называемом главном поясе между Марсом и Юпитером, представляющем собою тор, на расстояниях от 300 до 500 млн км от Солнца. Самыми большими малыми планетами главного пояса помимо уже упомянутой Цереры являются Паллада — 570 км, Веста — 530 км, Гигея — 470 км, Давида — 326 км, Интерамния — 317 км и Европа — 302 км. Масса всех астероидов, вместе взятых, составляет 0,04% массы Земли, или 3% массы Луны. Отмечу, что в отличие от больших планет орбиты астероидов отклоняются от плоскости эклиптики. Например, астероид Паллада имеет наклон около 35 град.
АСЗ - астероиды, сближающиеся с Землёй
В 1898 году была обнаружена малая планета Эрос, обращающаяся вокруг Солнца на расстоянии, меньшем, нежели Марс. Она может подходить к орбите Земли на расстояние около 0,14 а.е. (а.е. — астрономическая единица, равная 149,6 млн км — среднему расстоянию от Земли до Солнца), ближе, чем все известные в то время малые планеты. Такие тела стали называть астероидами, сближающимися с Землей (АСЗ). Некоторые из них, те, что приближаются к орбите Земли, но не входят в глубь орбиты, составляют так называемую группу Амура, по имени их наиболее типичного представителя. Другие проникают в глубь орбиты Земли и составляют группу Аполлона. Наконец, астероиды группы Атона вращаются внутри орбиты Земли, редко выходя за ее пределы. В группу Аполлона входят 66% АСЗ, и они наиболее опасны для Земли. Самые крупные астероиды в этой группе — Ганимед (41 км), Эрос (20 км), Бетулия, Ивар и Сизиф (по 8 км).
С середины XX века астрономы начали массово обнаруживать АСЗ, и сейчас ежемесячно открывают десятки таких астероидов, среди которых есть и потенциально опасные. Приведу несколько примеров. В 1937 году открыли астероид Гермес диаметром 1,5 км, который пролетел на расстоянии 750 тыс. км от Земли (затем его “потеряли” и переоткрыли в октябре 2003 года). В конце марта 1989 года один из астероидов пересек орбиту Земли за 6 часов до того, как наша планета вошла в эту область пространства. В 1991 году астероид пролетел на расстоянии 165 тыс. км от Земли, в 1993-м — на расстоянии 150 тыс. км, в 1996-м — на расстоянии 112 тыс. км. В мае 1996 года на расстоянии 477 тыс. км от Земли пролетел астероид размером 300 м, который был открыт только за 4 дня до момента его наибольшего сближения с Землей. В начале 2002 года астероид 2001 YB5 диаметром 300 м пролетел на расстоянии, всего в два раза превышающем расстояние от Земли до Луны. В том же году астероид 2002 EM7 диаметром 50 м, пролетев на расстоянии 460 тыс. км от Земли, был обнаружен только после того, как стал от нее удаляться. Этими примерами список АСЗ, вызывающих профессиональный интерес и порождающих общественное беспокойство, далеко не исчерпан. Вполне естественно, что астрономы обращают внимание своих коллег, правительственных органов и широкой публики на то, что Земля может рассматриваться как уязвимая космическая мишень для астероидов.
О столкновениях
Для понимания смысла прогнозов столкновений и последствий таких столкновений необходимо иметь в виду, что встреча Земли с астероидом — очень редкое явление. Согласно оценкам, столкновение Земли с астероидами размером 1 м происходит ежегодно, размером 10 м — раз в сто лет, 50—100 м — один раз в период от нескольких сотен до тысяч лет и 5—10 км — раз в 20—200 млн лет. При этом реальную опасность представляют астероиды, превышающие несколько сотен метров в поперечнике, поскольку они практически не разрушаются при проходе сквозь атмосферу. Сейчас на Земле известно несколько сотен кратеров (ас-троблем — “звездных ран”) диаметрами от десятков метров до сотен километров и возрастом от десятков до 2 млрд лет. Наибольшими из известных являются кратер в Канаде диаметром 200 км, образовавшийся 1,85 млрд лет назад, кратер Чиксулуб в Мексике диаметром 180 км, образовавшийся 65 млн лет назад, и Попигайская котловина диаметром 100 км на севере Среднесибирского плоскогорья в России, образовавшаяся 35,5 млн лет назад. Все эти кратеры возникли в результате падения астероидов диаметрами порядка 5—10 км со средней скоростью 25 км/с. Из относительно молодых кратеров наиболее известен кратер Берринджер в штате Аризона (США) диаметром 2 км и глубиной 170 м, возникший 20-50 тыс. лет назад в результате падения астероида диаметром 260 м со скоростью 20 км/с.
Средняя вероятность гибели человека вследствие столкновения Земли с астероидом или кометой сравнима с вероятностью гибели в авиакатастрофе и имеет порядок (4-5) . 10-3%. Эта величина рассчитывается как произведение вероятности события на предполагаемое число жертв. А в случае падения астероида число жертв может быть в миллион раз больше, чем при авиационной катастрофе.
Энергия, которая выделяется при ударе астероида диаметром 300 м, имеет тротиловый эквивалент 3000 мегатонн, или 200 тыс. атомных бомб, подобных той, что сброшена на Хиросиму. При столкновении с астероидом диаметром 1 км выделяется энергия с тротиловым эквивалентом 106 мегатонн, при этом выброс вещества на три порядка превышает массу астероида. По этой причине столкновение с Землей крупного астероида приведет к катастрофе глобального масштаба, последствия которой будут усилены разрушениями искусственной технической среды.
По оценкам, среди астероидов, сближающихся с Землей, не менее тысячи имеют диаметр более 1 км (к настоящему времени около половины из них уже открыто). Число астероидов размером от сотен метров до километра превышает десятки тысяч.
Вероятность столкновения астероидов и ядер комет с океаном и морями существенно выше, нежели с земной поверхностью, поскольку океаны занимают более 70% площади Земли. Для оценки последствий столкновения астероидов с водной поверхностью созданы гидродинамические модели и программные системы, моделирующие основные стадии удара и распространения образующейся волны. Экспериментальные результаты и теоретические расчеты показывают, что заметные, в том числе и катастрофические, эффекты возникают тогда, когда размер падающего тела составляет более 10% глубины океана или моря. Так, для астероида 1950 DA размером 1 км, столкновение с которым может произойти 16 марта 2880 года, моделирование показало, что в случае его падения в Атлантический океан на расстоянии 580 км от побережья США волна высотой 120 м за 2 часа достигнет пляжей Америки, а через 8 часов волна высотой 10—15 м дойдет до берегов Европы. Опасным последствием столкновения астероида заметных размеров с водной поверхностью может стать испарение большого количества воды, которая выбрасывается в стратосферу. При падении астероида диаметром более 3 км объем испаряемой воды окажется сравнимым с общим количеством воды, содержащимся в атмосфере над тропопаузой. Этот эффект приведет к длительному повышению средней температуры поверхности Земли на десятки градусов и разрушению озонового слоя.
Около десяти лет назад перед международным астрономическим сообществом была поставлена задача определить к 2008 году параметры орбит не менее 90% АСЗ размерами более 1 км и начать работы по определению орбит всех АСЗ диаметрами более 150 м. Для этого были созданы и создаются новые телескопы, оснащенные современными высокочувствительными системами регистрации и аппаратно-программными средствами передачи и обработки информации.
Драма Апофиса
В июне 2004 года в обсерватории Кит Пик в штате Аризона (США) был открыт астероид (99942) Апофис. В декабре того же года его наблюдали в обсерватории Сайдинг Спринг (Австралия), а в начале 2005 года — опять в США. Астероид Апофис диаметром 300—400 м относится к классу астероидов Атона. Астероиды этого класса составляют несколько процентов от общего числа астероидов, орбиты которых находятся внутри орбиты Земли и выходят за ее пределы в афелии (наиболее удаленной от Солнца точке орбиты). Серии наблюдений позволили определить предварительную орбиту астероида, и вычисления показали беспрецедентно высокую вероятность столкновения этого астероида с Землей в апреле 2029 года. По так называемой Туринской шкале астероидной опасности уровень угрозы соответствовал 4; последнее означает, что вероятность столкновения и последующей региональной катастрофы составляет около 3%. Именно этим печальным прогнозом и объясняется название астероида, греческое имя древнеегипетского бога Апопа (“Разрушитель”), живущего в темноте и стремящегося уничтожить Солнце.
Драматизм ситуации был разрешен к началу 2005 года, когда были привлечены новые наблюдения, в том числе и радиолокационные, и стало ясно, что столкновения не будет, хотя 13 апреля 2029 года астероид пройдет на расстоянии 35,7—37,9 тыс. км от Земли, то есть на расстоянии геостационарного спутника. При этом он будет виден невооруженным глазом как яркая точка с территории Европы, Африки и западной Азии. После этого тесного сближения с Землей Апофис превратится в астероид класса Аполлон, то есть будет иметь орбиту, проникающую внутрь орбиты Земли. Его второе сближение с Землей произойдет в 2036 году, при этом вероятность столкновения будет очень низка. За одним исключением. Если при первом сближении в 2029 году астероид пройдет в узкой области (“замочной скважине”) размером 700—1500 м, сравнимым с размером самого астероида, то гравитационное поле Земли приведет к тому, что в 2036 году астероид с вероятностью, близкой к единице, столкнется с Землей. По этой причине интерес астрономов к наблюдениям за этим астероидом и все более точному определению его орбиты будет возрастать. Наблюдения астероида позволят задолго до момента его первого сближения с Землей надежно оценить вероятность попадания в “замочную скважину” и в случае необходимости предотвратить попадание за десяток лет до подлета к Земле. Сделать это можно с помощью кинетического ударника (запущенной с Земли “болванки” весом 1 т, которая ударит по астероиду и изменит его скорость) или “гравитационного тягача” — космического аппарата, который повлияет на орбиту астероида за счет своего гравитационного поля.
Недремлющее око
В 1996 году на парламентской ассамблее Совета Европы принята резолюция, указывающая на реальную опасность для человечества со стороны астероидов и комет и призывающая правительства стран Европы поддерживать исследования в этой области. Она же рекомендовала создать международную ассоциацию “Space Guard” (“Космическая стража”), учредительный акт которой подписан в Риме в том же году. Основная задача ассоциации — создание службы наблюдения, слежения и определения орбит астероидов и комет, сближающихся с Землей.
В настоящее время наиболее масштабные исследования АСЗ проводятся в США. Там организована служба, поддерживаемая Национальным агентством по исследованию космического пространства (NASA) и Министерством обороны США. Наблюдение за астероидами идет по нескольким программам:
— программа LINEAR (Lincoln Near-Earth Asteroid Research), осуществляемая Лабораторией Линкольна в Соккоро (Нью-Мексико) в кооперации с ВВС США на базе двух 1-метровых оптических телескопов;
— программа NEAT (Near Earth Asteroid Tracking), проводимая Лабораторией реактивного движения на 1-метровом телескопе на Гавайях и на 1,2-метровом телескопе обсерватории Маунт-Паломар (Калифорния);
— проект Spacewatch, в котором задействованы зеркальные телескопы диаметрами 0,9 и 1,8 м обсерватории Китт-Пик (Аризона);
— программа LONEOS (Lowell Observatory Near-Earth Object Search) на 0,6-метровом телескопе Ловеллской обсерватории;
— программа СSS, осуществляемая на 0,7-метровом и 1,5-метровом телескопах в Аризоне. Одновременно с этими программами ведутся радиолокационные наблюдения за более чем 100
астероидами, сближающимися с Землей, на радарах в обсерваториях Аресибо (Пуэрто-Рико) и Голд-стоун (Калифорния). По существу, США в настоящее время играют роль общеземного форпоста по обнаружению АСЗ и слежению за ними.
В СССР регулярные наблюдения за астероидами, включая сближающиеся с Землей, велись в Крымской астрофизической обсерватории АН СССР (КрАО). Кстати говоря, долгие годы именно КрАО являлась мировым рекордсменом в открытии новых астероидов. Наша страна с распадом СССР потеряла все южные астрономические базы, на которых велись наблюдения астероидов (КрАО, Николаевская обсерватория, Евпаторийский центр космической связи с 70-метровым планетным радаром). Начиная с 2002 года наблюдения АСЗ в России ведут только на скромном полулюбительском 32-сантиметровом астрографе Пулковской обсерватории. Деятельность группы пулковских астрономов вызывает глубокое уважение, однако очевидно, что Россия нуждается в существенном развитии астрономических ресурсов для организации регулярных наблюдений за астероидами. В настоящее время организации Российской академии наук совместно с организациями Роскосмоса и других министерств и агентств разрабатывают проект Федеральной программы по проблеме астероидно-кометной опасности. В ее рамках предполагается создание новых инструментов. В рамках Российской космической программы намечено создание радара на базе 70-метрового радиотелескопа Центра космической связи в Уссурийске, который также можно будет использовать для работ в этой области.
ЦНИИМаш и НПО им. С. А. Лавочкина предложили проекты создания космических систем мониторинга АСЗ. Все они предполагают запуск космических аппаратов, оснащенных оптическими телескопами с зеркалами диаметром до 2 м, на различные орбиты — от геостационарных до расположенных на расстояниях в десятки миллионов километров от Земли. Однако если эти проекты и будут реализованы, то только в рамках крупнейшей международной космической кооперации.
Но вот опасный объект обнаружен, что же делать? В настоящее время теоретически рассматриваются несколько методов борьбы с АСЗ:
— отклонение астероида путем ударного воздействия на него специальным космическим аппаратом;
— сведение астероида с первоначальной орбиты с помощью космического тральщика или солнечным парусом;
— установка малого астероида на траектории большого астероида, сближающегося с Землей;
— разрушение астероида ядерным взрывом.
Все эти методы пока еще очень далеки от реальной инженерной проработки и теоретически представляют собой средства борьбы с объектами разных размеров, находящимися на разных расстояниях от Земли и с разными прогнозируемыми датами столкновения с Землей. Для того чтобы они стали реальными средствами борьбы с АСЗ, необходимо решение множества сложнейших научных и инженерных задач, а также согласование ряда тонких юридических вопросов, касающихся, прежде всего, возможности и условий использования ядерного оружия в дальнем космосе.
