Может ли сегодня человечество спасти планету от падения астероида?
В последние годы, с развитием технологий, все больше людей начинают понимать, что наша планета, не защищена от случайных столкновений.
Каждый год астрономы обнаруживают десятки новых объектов, приближающихся к Земле. По оценкам, в космосе существует более 40 000 потенциально опасных объектов.
Согласно данным NASA, в категорию потенциально опасных входят астероиды, которые могут приблизиться к Земле на расстояние, превышающее 7,5 миллионов километров. Это в 20 раз больше расстояния от Земли до Луны. Однако именно такие объекты, как астероид 101955 Bennu, который по размеру сопоставим с горой, рано или поздно столкнется с Землей.
Потому астероиды, которые могут не привлекать нашего внимания, могут стать метеоритами, способными пошатнуть нашу цивилизацию.
Как считает Леонид Еленин, научный сотрудник Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН, падение челябинского метеорита отрезвило ученых в понимании угроз от небольших небесных тел, заставив взглянуть на эту проблему с более пессимистичной точки зрения.
В 2013 году челябинский метеорит, всего 20 метров в диаметре, взорвался над городом с энергией 30 Хиросим. Челябинск от тотального разрушения спасло только то, что взрыв произошел на высоте 23 км, что позволило атмосфере поглотить более 95% энергии ударной волны.
Задумайтесь: каждый день, в тот момент, когда мы укладываемся спать, астероид может быть уже на пути к Земле, а мы об этом даже не знаем. Технологии, которые мы разрабатываем для обнаружения этих объектов, могут быть недостаточно совершенными. Вот и вопрос: можно ли изменить траекторию объекта, который несет с собой угрозу уничтожения городов и даже всей жизни на планете?
Недавно Китай начал формировать команду специалистов для противостояния угрозам, исходящим от астероидов и других небесных тел, в рамках Государственного управления оборонной науки, техники и промышленности КНР.
- Появились даже вакансии в группе по «планетарной обороне».
Основной задачей этой группы является изучение и мониторинг астероидов, а также разработка методов раннего оповещения о возможных астероидных угрозах.
- 2024 YR4 — околоземный астероид диаметром около 90 метров, имеет 2% шанс столкновения с Землёй в 2032 году:
Какие есть решения?
Что, если мы можем сбить астероид с курса с помощью кинетического удара? Миссия NASA DART, проведенная в 2022 году, доказала, что это возможно. Мы можем отправить космический аппарат, который на полном ходу врежется в астероид и, благодаря своей скорости, изменит его траекторию.
Однако это не так просто. Каждый новый эксперимент требует всё более тщательной проработки, чтобы не привести к непредсказуемым последствиям. Не факт, что астероид будет повержен этим ударом. А может, он рассыплется, и его фрагменты, обрушившись на Землю, приведут к катастрофе еще большего масштаба?
Да и такой вариант подходит только для маленьких астероидов, обнаруженных за десятилетия до потенциального столкновения. Глобально угрозы жизни человечеству подобные объекты не представляют.
Другой вариант — применить лазерное оружие, а именно мощные лазерные лучи, которые должны воздействовать на астероиды, чтобы изменить их курс, или использование ядерных зарядов для разрушения их целостности и смены траектории полета — это лишь несколько из возможных решений, которые предлагают современные учёные.
И вот вопрос: а способно ли человечество на нынешнем этапе развития защитить Землю от потенциальной угрозы столкновения с крупным астероидом?
Мы, люди, привыкли верить в прогресс и в то, что наука и технологии способны решить подобные проблемы. Однако в случае с пришельцами из космоса это может означать, что мы находимся в плену иллюзий.
Но нам все равно придется решать эти проблемы, и то, что ранее казалось невообразимым — изменение орбиты объектов, летящих миллиарды лет по небесным траекториям, — в какой-то момент становится нашей реальностью. Как же быть?
Когда мы говорим о защите Земли (в будущем и других планет, космических станций) от астероидов, важно понимать, какими средствами мы располагаем для оценки потенциальных угроз для человечества в случае падения крупного астероида.
Средства астрономического наблюдения уже достаточно хорошо развиты, чтобы гарантированно обнаруживать потенциально опасные астероиды диаметром более 1 км минимум за 3 года до их гипотетического столкновения.
Гарантированное обнаружение то и означает, что в случае 100% столкновения астероида диаметром около 1 км с Землёй мы узнаем об этом минимум за 3 года.
Проведя расчеты по различным методам противоастероидной борьбы, я пришел к выводу, что наиболее эффективным средством изменения орбиты астероида будет банальная бомбардировка его ядерными снарядами.
Однако разберем и альтернативные методы, предложенные научным сообществом.
Итак… Представим следующую ситуацию: астрономы обнаружили крупный каменный астероид диаметром в 1 км, который гарантированно врежется в землю на всей своей скорости.
Деваться некуда, предотвратить столкновение можно только отклонением орбиты астероида минимум на половину диаметра Земли.
Итак, чтобы отклонить астероид размером около 1 км в диаметре и массой порядка 1,3×10¹⁵ кг за 3 года, необходимо изменить его скорость всего на 6,7 см/с. Этого будет достаточно, чтобы увести его от орбиты Земли, но за семью сантиметрами в секунду скрывается огромная величина суммарного импульса, которого нужно сообщить этому астероиду.
- Исходя из его массы, импульс должен быть не менее 8,75×10¹³ кг·м/с.
Для этого потребуется бомбардировка 15-тью ядерными зарядами мощностью 50 мегатонн по курсу следования астероида.
Запустить ракету с ядерной боеголовкой, как у «Царь-бомбы», за десятки миллионов километров к астероиду, чтобы она там сдетонировала, — самое простое из возможных вариантов решения проблемы.
Можно ли обойтись альтернативами? Например, использовать гравитационный тягач, когда космический аппарат зависает рядом с астероидом, создавая гравитационное притяжение для медленного изменения его траектории.
Можно, но бессмысленно. Оперативно мы можем послать туда 10-тонный аппарат, который зависнет в 100 метрах над астероидом и своим гравитационным полем будет постепенно менять его траекторию.
- Для гарантированного отклонения траектории, чтобы астероид пролетел мимо Земли, понадобится 3,2 млрд лет.
Допустим, человечество мобилизовало все свои ресурсы и за год смогло построить на орбите 100 000-тонный космический корабль — гравитационный тягач. В этом случае отклонить астероид удастся «всего» за 317 тысяч лет.
Кинетический удар типа DART — очень обсуждаемая тема, тем более единственная, реализованная на практике. Но для отклонения орбиты такого крупного астероида нужно 1450 мегазондов массой 10 000 тонн каждый.
- Только для постройки одного мегазонда потребуется 70–100 запусков сверхтяжелых ракет, для всех — 145 000 запусков.
Падение рассматриваемого астероида выделит энергию в 62000 мегатонн, что в 1000 раз мощнее всего ядерного арсенала Земли, и оставит кратер диаметром около 15 км, глубиной в 500 м.
- Это спровоцирует землетрясения магнитудой 9+ баллов и пожары в радиусе 500 км, а также цунами высотой до 100 метров, если падение придется в океан.
Глобальные эффекты будут сравнимы с локальной «ядерной зимой»: выброс пыли и сажи вызовет «астероидную зиму» на 1–3 года.
Урожайность упадет на 50%, случится коллапс наиболее пострадавших регионов, массовая миграция, но человечеству как виду ничего не будет угрожать.
И вообще, если реально встанет вопрос таким образом, то 3 года активной подготовки к подобной катастрофе в конечном итоге сохранит больше жизней и ресурсов планеты, чем строительство полутора тысяч 10 000-тонных зондов при современных технологиях.
Другой обсуждаемый вариант — это лазерная абляция, когда лазеры испаряют породу с поверхности астероида, создавая реактивную тягу.
Исходя из удельной энергии сублимации распространенного астероидного вещества, потребуется воздействовать лазерными лучами суммарной мощностью 3 ГВт в течение всех 3-х лет.
- При этом 3 ГВт — это мощность, которая должна достигать поверхности астероида, а на Земле лазерный источник должен быть минимум в 100 раз мощнее — 300 ГВт. При КПД современных боевых лазерных систем (20%) на питание подобного лазера потребуется строительство 300 ядерных реакторов, притом что во всем мире насчитывается 440 действующих ядерных реакторов.
Как насчет использования солнечного паруса? Давление солнечного света передаёт импульс астероиду через закреплённый отражатель, и тот постепенно отклоняется с траектории.
Но из-за массы астероида даже при парусе площадью 1 км² потребуются 325 тысяч лет для его гарантированного отклонения.
- На сегодня площадь самого большого солнечного паруса составляет чуть более 1200 квадратных метров (0,0012 км²), и то в космос он так и не полетел.
Итак, на нынешнем уровне развития оперативно отклонить астероид диаметром в 1 км возможно только посредством ядерной бомбардировки.
Что насчет более крупных тел, например комет?
Если рассматривать комету Галлея и подобные ей, ядро которой около 15 км в длину, масса около 2,2×10¹⁴ кг, и скорость относительно Земли 70 км/с, расчёт показывает, что понадобится всего 5 ядерных ударов 50-мегатонными зарядами для гарантированного отклонения, так как её масса в 6 раз меньше, чем у астероида из вышеописанного примера. Всё потому, что она состоит преимущественно из льда, замерзшего метана, аммиака и углекислого газа, которые, вторично испаряясь, создают дополнительную реактивную тягу уводя комету с курса.
Ну а как насчет отклонения кометы Бернардинелли-Бернштейна — крупнейшей известной кометы Солнечной системы?
Диаметр её ядра около 150 км, масса в 50 раз больше, чем у каменного астероида из примера. Комета преимущественно состоит из льда, пыли, каменистых пород. У кометы рыхлая структура, что повышает эффективность передачи импульса при взрыве.
Однако расчеты показывают, что потребуется до 64 000 ядерных устройств (50 Мт) для гарантированного её отклонения за 3 года. Это в 2000 раз больше всего мирового ядерного арсенала.
В этом случае человечеству можно только посочувствовать… Но для других цивилизаций это будет уроком, ибо прежде чем формировать военный бюджет, который в сотни раз превосходит затраты на науку, нужно для начала гарантировать безопасность собственного вида и планеты, а не играть в войнушку. Тогда был бы шанс избежать подобной участи:
Энергия удара составит 95000000000 мегатонн, образовав кратер диаметром 5000 км. Удар испарит океаны, кислород вступит в реакцию с расплавленными породами, создав ядовитые газы, равновесная температура на планете установится в 400-500°C, превратив Землю на сотни миллионов лет в подобие Венеры.
Чисто практически при современных технологиях человечество может отклонить астероид диаметром до 10 км при мобилизации всех ресурсов. Для этого понадобится бомбардировка 150–200 термоядерными зарядами по 50 мегатонн каждый.
А это уже существенно, ведь астероид диаметром 10 км 65 миллионов лет назад уничтожил динозавров, образовав кратер Чиксулуб:
Удар такого астероида выделит энергию, равную той, что выделяется за 1 секунду Солнцем — 100 000 000 мегатонн.
Температура в эпицентре удара поднимется до 20 000°C, а ударная волна уничтожит всё в радиусе 1000 км, образовав кратер в 150-180 км в диаметре.
Пыль и сажа заблокируют 90% солнечного света на 10 лет. Температура упадет на 20°C, спровоцировав вымирание 75% всей биомассы планеты. Сельское хозяйство в таких условиях будет невозможно, а наибольшим шансом выживания будут обладать изолированные группы людей в бункерах.
- Наибольшую вероятность выживания будут иметь крысы, скорпионы и тихоходки. Через 10 млн лет биоразнообразие вернется, но без крупных млекопитающих.
Глобальные последствия продлятся до 100 000 лет, так как из-за падения средней температуры на Земле ниже нуля наступит ледниковый период.
Технологии человечества, несмотря на сохранившиеся знания, деградируют до уровня 19 века, но шансы на возрождение человеческой цивилизации будут сравнительно высокими, экватор станет единственным местом с приемлемыми температурами, где возможно будет заниматься сельским хозяйством.
- Вот подобную угрозу из космоса, человечество может попытаться устранить.
Чисто теоретически всего накопленного ядерного арсенала на Земле хватит отклонить астероид диаметром в 25 км.
А что будет, если на Землю упадет комета типа кометы Галлея? А будет совершенно не то, что показывают в фантастических фильмах, будет нечто иное…
Об этом в другом материале.
Современные системы обеспечивают высокий уровень защиты. Будущие технологии и методы, которыми займется команда по «планетарной обороне», сократят время обнаружения до 1–2 лет даже небольших объектов (100–150 метров).
- Существующие методы обнаружат за 5–10 лет потенциально опасный астероид на околоземной орбите диаметром в 1 км.
- 10-км астероид обнаружится за 20–50 лет до столкновения в нашей Солнечной системе.
- 100-км астероид, если он будет представлять опасность, обнаружится минимум за 150 лет до столкновения.
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
