Является ли этот астероид проблемой? Познакомьтесь с отрядом планетарной защиты, который решает
Лишь немногие космологические концепции захватили общественность – и Голливуд – сильнее, чем идея приближающегося астероида. Огромные куски камня направляются к Земле и могут уничтожить планету — это ужасающая мысль.
К счастью, мы становимся лучше, чем когда-либо, в обнаружении околоземных объектов , которые могут представлять опасность, и астрономы смогли предсказать небольшие столкновения до того, как они произойдут.
Но заметить что-то в небе – это одно. Выяснить, что это за нечто и представляет ли оно потенциальную опасность, — совершенно другая задача. Мы хотели знать, что нужно, чтобы определить, опасен ли астероид или нет, поэтому мы поговорили с некоторыми исследователями, работающими на переднем крае планетарной обороны, чтобы выяснить это.
Математическая проблема
После того как астероид обнаружен, нам необходимо знать его траекторию — приблизится ли он близко к орбите Земли и будет ли он пересекать эту орбиту в момент прохождения Земли. Задача определения траектории возлагается на Центр исследований околоземных объектов НАСА (CNEOS). Возглавляет центр Пол Чодас, возглавляющий группу математиков, которые проводят наблюдения в телескопы и рассчитывают траектории объектов.
«Это все математическая проблема», — сказал Чодас Digital Trends, — но она непростая. Вы можете отслеживать движение объекта, наблюдая за ним несколько раз, но это не скажет вам, насколько далеко он находится.
«Это сложно, потому что вам нужны точные модели Солнечной системы: положение Земли, особенно положение Солнца и Луны», — сказал Чодас. «Для долгосрочных прогнозов вам необходимо знать, где находятся все планеты, потому что все они влияют на движение астероидов».
Вот почему всегда полезно иметь больше данных — либо несколько наблюдений объекта в одну ночь, либо несколько наблюдений от разных наблюдателей.
К счастью, в этом помогают непреложные законы физики. «Мы прогоняем координаты через наше программное обеспечение, и постепенно законы физики гравитации начинают ограничивать эту траекторию», — объяснил Чодас.
Всегда будет определенная степень неопределенности в отношении траекторий, но эта неопределенность уменьшается с увеличением количества данных. Чем больше наблюдений будет у CNEOS, тем точнее он сможет предсказать траекторию объекта. Чем ниже неопределенность, тем дальше в будущее можно рассчитать траекторию.
Группе требуется как минимум четыре наблюдения в течение как минимум часа. Хотя технически возможно рассчитать траекторию всего с тремя наблюдениями, обычно центр получает около 12 наблюдений нового объекта, прежде чем Центр малых планет Международного астрономического союза объявит о нем и ему будет присвоено имя. Это делает его официальным второстепенным органом.
Это не только астероиды
Когда вы думаете об объектах, потенциально влияющих на планету, ваш разум, скорее всего, в первую очередь обращается к астероидам. Эти куски камней на сегодняшний день являются наиболее распространенными объектами, сближающимися с Землей, но они не единственные.
К другим потенциально опасным объектам относятся кометы, которые состоят из льда и камня и которые также могут нанести обширный ущерб, если столкнутся с планетой.
В то время как большинство астероидов происходят из главного пояса астероидов между Марсом и Юпитером, большинство комет происходят из пояса Койпера или из облака Оорта далеко за орбитой Нептуна. Таким образом, кометы часто приближаются к Земле под разными углами, чем астероиды, хотя принципы расчета их траекторий одни и те же.
Проблема, как объяснил Чодас, заключается в том, что по мере приближения к Солнцу кометы проходят процесс, называемый дегазацией. По мере того, как они становятся теплее, часть их льда сублимируется в газы, образуя характерные хвосты комет. И эти газы могут влиять на траектории комет, делая эти траектории более неопределенными. Исследователи называют это негравитационным ускорением, поскольку струи комет будут влиять на их движение.
«Кометы труднее предсказать, особенно недавно обнаруженную комету, для которой у вас нет никаких исторических данных о том, как негравитационные эффекты ведут себя во время предыдущих проходов вблизи Солнца», — сказал Чодас.
Менее 1% околоземных объектов составляют кометы, поэтому астероиды встречаются гораздо чаще. Но кометы сложны, и мы не можем игнорировать их, когда речь идет о планетарной защите.
Автоматизация процесса
Одна из проблем этой работы заключается в том, что в Солнечной системе очень много (действительно очень много ) мелких объектов, поэтому пытаться вручную рассчитать траектории для каждого из них было бы несостоятельно.
«Количество объектов стремительно растет», — сказал Чодас, — «поэтому многое из этого автоматизировано».
Действительно, основная база данных малых тел Солнечной системы сейчас содержит более 1,3 миллиона объектов. Раньше траектории рассчитывались вручную, но теперь CNEOS использует компьютеры для автоматизации процесса.
Центр использует два инструмента. Система Scout может проверить наличие возможных объектов столкновения всего за несколько минут и используется для вновь обнаруженных и неподтвержденных объектов. Другой инструмент, Sentry, прогнозирует десятки тысяч объектов, выявляя возможность столкновения с ними в ближайшие сто лет. Эти предсказания далекого будущего имеют большую неопределенность, но идея состоит в том, чтобы отмечать любые объекты, которые могут потенциально приблизиться к орбите Земли.
Если объект представляет собой потенциальную угрозу для Земли, он помечается флагом и отправляется в Управление координации планетарной защиты НАСА, которое координирует глобальные усилия по планетарной защите.
Характеристика объекта
Итак, теперь мы знаем, где находится астероид и приблизится ли он к Земле в ближайшие 100 лет. Но чтобы узнать, действительно ли он опасен и какую угрозу он представляет, нам нужно больше узнать о самом объекте: из чего он сделан? Насколько он плотный? Какова его форма и с какой скоростью он вращается?
Выяснить это — задача таких исследователей, как Вишну Редди, который возглавляет исследовательскую группу по изучению космической ситуации в Университете Аризоны. Группа использует наземные телескопы для наблюдения за такими объектами, как астероиды, и для определения их характеристик.
Существует множество методов, которые исследователи могут использовать для получения информации об астероиде. Спектроскопия может сказать вам, из чего состоит объект и плотность его зерен, а радар может определить его диаметр и форму. Тепловые инфракрасные наблюдения могут показать свойства объекта, например, сколько света он отражает, что также помогает получить информацию о его составе.
Используя несколько различных методов перекрытия, исследователи могут получить удивительную информацию об астероиде, даже если он мал и находится далеко.
Это важно, потому что конкретные характеристики астероида могут существенно повлиять на его потенциально опасный уровень. Например, внутренние структуры астероидов делятся на два основных типа: груды обломков, представляющие собой совокупность мелких частей, слабо скрепленных вместе, и монолиты, представляющие собой твердые куски материала. Эти два типа будут очень по-разному реагировать на воздействия.
«Мы думаем, что большинство меньших [околоземных объектов] представляют собой груды обломков, а это означает, что они представляют собой рыхлые блоки материала. Они не скреплены механически, как сплошной монолит», — объяснил Редди Digital Trends. «Твердый объект, скорее всего, упадет на землю. Более слабый объект, скорее всего, взорвется в воздухе и уничтожит себя выше в атмосфере».
Если ученые смогут обнаружить потенциально опасный объект достаточно заранее, у них будет время охарактеризовать его и предсказать его курс. «Время — ваш лучший друг, когда дело доходит до планетарной защиты», — сказал Редди. «Вы хотите обнаружить все эти объекты на годы или десятилетия вперед, чтобы можно было предсказать, повлияют ли они на Землю».
Мы готовы?
Хорошей новостью является то, что мы идентифицировали почти все очень большие астероиды, которые могут приблизиться к Земле, и ни один из них не представляет в настоящее время никакой опасности. В ближайшее время нам не предстоит пережить еще одно событие в стиле убийцы динозавров.
Когда дело доходит до угрозы столкновения с нами огромного астероида, «это событие очень маловероятно», — сказал Чодас. «Это действительно не то, из-за чего стоит терять сон».
Однако это не значит, что нам не о чем думать. «Тем не менее, у нас есть технология, позволяющая их найти — по крайней мере, 140-метровые и более — и мы можем решить эту проблему со временем», — продолжил Чодас.
Сейчас основное внимание уделяется этим астероидам среднего размера — размером от 140 метров до 1 километра — которые не уничтожат планету, но могут нанести значительный ущерб, если они упадут в густонаселенную зону, например, в город. Большинство объектов падают в океан, но если нам не повезет и один из них попадет в городскую зону, это может привести к катастрофе.
Предстоящие миссии, такие как Near-Earth Orbit Surveyor (NEOS), значительно улучшат наши возможности по обнаружению этих тел среднего размера. А испытания технологий отклонения астероидов, такие как испытание двойного перенаправления астероидов (DART), показывают, что теоретически возможно — по крайней мере, если у нас будет достаточно предварительного предупреждения — отклонить приближающееся тело, врезавшись в него космическим кораблем.
Но не заблуждайтесь: DART был невероятным достижением, но это не система защиты. Ему действительно удалось изменить курс астероида, но недостаточно, чтобы предотвратить столкновение с Землей, если бы оно представляло реальную угрозу. (Чтобы получить представление о том, что потребуется для отклонения астероида, у CNEOS есть онлайн-приложение , которое позволяет моделировать приближающиеся астероиды и то, насколько они будут отклонены различными ударами.)
«По нашим расчетам, вам нужно переместить что-то на сантиметр в секунду или пару сантиметров в секунду, а величина изменения скорости, которую дал DART, была в 10 раз меньше этой», — сказал Чодас. «DART был важным экспериментом, и мы многому научились из него», но «в реальном случае этого было бы недостаточно».
Дипломатический вопрос
Хотя с научной и технологической точки зрения мы, возможно, и находимся на пути к борьбе с угрозой астероидов, одна область, к которой мы совершенно не готовы, — это дипломатические отношения.
«Наличие глобального взгляда на планетарную защиту очень, очень важно», — сказал Редди, потому что мы не можем думать о проблеме планетарной защиты с точки зрения отдельных стран.
«Если бы астероид врезался в другую часть мира, это не было бы похоже на: «О, это их проблема». То, что попадает в атмосферу — мы этим дышим. Землетрясения, лесные пожары и все, начиная от ударных волн, это тоже влияет на нас. Глобальное решение — это то, во что нам следует инвестировать».
Такие организации, как Международная сеть предупреждения об астероидах или IAWN, с которой сотрудничает Редди, стремятся объединить глобальный взгляд на планетарную защиту. Но необходима дополнительная дипломатическая работа для координации глобального решения потенциальных планетарных угроз.
Потому что, хотя риск столкновения с астероидом может показаться пугающим и неизвестным, его можно предсказать. При наличии правильных технологий и общей глобальной воли у нас есть потенциал для выявления и смягчения этой угрозы.
«Это глобальная проблема, и у нас есть сила в цифрах», — сказал Редди.