Спасти планету: как ученые защищают Землю от астероидов

Ученые со всего мира тщательно следят за астероидами, представляющими опасность для нашей планеты. Чтобы отвести угрозу, астрофизики разрабатывают разные способы спасти планету от столкновения с этими объектами. Одно из таких решений – американская миссия DART. Ночью 27 сентября в NASA сообщили, что зонд DART столкнулся с астероидом Диморф для тестирования защиты Земли. Подробнее о результатах исследования и других способах спасения от астероидов — в материале РЕН ТВ.

Чем опасны астероиды

Астероиды относительно небольшие космические тела, которые движутся по определенной орбите вокруг Солнца. Они отличаются от более крупных планет и более мелких метеороидов своими размерами: диаметр астероидов обычно находится в диапазоне от 30 метров до 1000 километров.

Иногда астероиды могут сближаться и сталкиваться с планетами, в том числе с Землей. Последствия ударов тем существеннее, чем больше размер космического тела. Так, столкновение астероида диаметром 100 метров с нашей планетой приведет к взрыву, в десятки тысяч раз превышающему энергию взрыва атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. Последствия от столкновения с крупным объектом будут еще более катастрофическими.

По мнению ученых, 65 миллионов лет назад крупное космическое тело около 10 километров в диаметре упало в районе современного городка Чиксулуб на полуострове Юкатан в Мексике, образовав кратер диаметром 180 километров. Предполагается, что удар вызвал цунами высотой 50–100 метров. Кроме этого, поднятые частицы пыли привели к изменению климата, подобному ядерной зиме, и поверхность Земли несколько лет была закрыта от прямых солнечных лучей пылевым облаком. Ученые полагают, что этого оказалось достаточно, чтобы уничтожить 95% всего живого на Земле, в том числе и динозавров.

Космическая миссия DART

DART, или Double Asteroid Redirection Test, — это первая в истории миссия, в рамках которой предпринимается попытка изменить траекторию движения астероида путем столкновения с ним космического аппарата. Миссия является частью стратегии планетарной обороны NASA и направлена на совершенствование возможностей для моделирования, прогнозирования и подготовки к столкновению с потенциально опасными космическими объектами.

По сути, это большой научный эксперимент. Ученые хотят выяснить, является ли столкновение космического аппарата с астероидом хорошим способом изменить его орбиту вокруг Солнца и потенциально отклонить пролетающий мимо Земли астероид в случае, если это произойдет или, скорее, когда это произойдет.

"Кажется невозможным, что что-то такое небольшое, как космический корабль, DART, который весит более полутонны, может отклонить что-то вроде астероида, который весит миллионы тонн. Но для того, чтобы астероид не задел Землю, его не нужно сильно подталкивать. Достаточно доли градуса, и он отклонится от нашей планеты на миллионы километров", — поясняет космохимик Тим Грегори.

Какой астероид является целью DART

Целью DART является бинарная астероидная система, состоящая из более крупного астероида Дидимос (в переводе с греческого "близнецы") и меньшего астероида-спутника Диморфос (от греч. "имеющий две формы"), который обращается вокруг него по орбите примерно каждые 12 часов. Дидимос составляет около 780 метров в диаметре, а Диморфос — примерно 160 метров.

Эта система астероидов не представляет угрозы для нашей планеты. Она была выбрана в качестве цели для этого научного эксперимента среди нескольких различных кандидатов с учетом ее орбиты вокруг Солнца.

Американский зонд DART 27 сентября провел в космосе испытание, чтобы проверить, сможет ли он защитить нашу планету от астероида. Ночью в NASA сообщили, что DART столкнулся с астероидом Диморф. Если эксперимент пройдет удачно, орбита астероида должна будет отклониться на долю процента, что смогут зафиксировать телескопы с Земли.

Как выглядит космический аппарат DART

Космический аппарат DART был разработан и построен специалистами Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в США. Основная конструкция представляет собой куб около одного метра в поперечнике, оснащенный двумя гибкими солнечными панелями, длина каждой из которых составляет чуть более восьми метров. Общая масса устройства достигает 610 килограммов.

Аппарат работает от ионной двигательной установки на солнечных батареях, которая создает тягу, используя ксенон в качестве топлива. На борту находится камера высокого разрешения DRACO — кроме навигации, она используется для измерения размера и формы астероида-мишени, а также для изучения геологии места столкновения.

После столкновения команда экспертов DART проведет сравнение результатов столкновения аппарата с Диморфосом, полученных с помощью наземных телескопов, с результатами сложных компьютерных симуляций. Таким образом, исследователи смогут оценить эффективность кинетического удара и определить наиболее эффективный способ его применения в случае возникновения любых будущих сценариев планетарной защиты.

Ядерное устройство против астероида

Ученые Университета Джонса Хопкинса разработали еще один способ избежать столкновения космического тела с Землей. Для этого специалисты проверили, что произойдет, если астероид диаметром 100 метров взорвать с помощью ядерного устройства. Результаты научной работы показывают, что в этом случае падение небесного тела удастся предотвратить.

Ученые проанализировали, как разные орбиты астероидов и разные распределения скоростей фрагментов, на которые можно разбить небесное тело, влияют на судьбу частей. Был рассмотрен гипотетический случай, когда устройство мощностью в одну мегатонну было взорвано в нескольких метрах от поверхности астероида, похожего на небольшой околоземный астероид Бенну, но в пять раз меньше по массе. В качестве начальных условий исследователи выбрали пять различных орбит небесного тела.

Оказалось, что если взорвать астероид за два месяца до столкновения, то это снизит его ударную массу в тысячу и более раз, то есть 99,9% массы космического тела не попадет в атмосферу Земли. Для более крупного объекта взрыв будет чуть менее эффективным, однако при разрушении небесного тела за шесть месяцев удастся уменьшить ударную массу на 99%.

По словам ученых, предпочтительно использовать кинетические ударные элементы, чтобы отклонить астероид за 10 месяцев до столкновения. Однако в чрезвычайных ситуациях, когда опасный объект обнаружен незадолго до падения на Землю, требуются более эффективные и быстрые методы предотвращения катастрофы.

Термоядерная атака на километровый астероид

Пока американские астрофизики экспериментировали со стометровым астероидом, ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта изучили возможность разрушать крупный километровый астероид или корректировать его траекторию с помощью мощных термоядерных взрывов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cosmic Research.

Модельные расчеты показали, что для вывода подобных космических тел на безопасную траекторию необходимы взрывы сверхмощных ядерных бомб на расстоянии более ста миллионов километров от Земли. Также было показано, что при таком воздействии километровые астероиды с большой вероятностью распадаются на более мелкие осколки.

Последнее обстоятельство усложняет ситуацию, поскольку трудно предсказать направление движения образовавшихся фрагментов.

"Наши расчеты показали, что защититься от километровых астероидов технически возможно. Однако для того, чтобы подобная защита оказалась эффективной, активное воздействие на астероиды должно проводиться на значительном расстоянии от Земли. В связи с этим крайне важно наблюдать за потенциально опасными астероидами, чтобы заблаговременно осуществить ядерную коррекцию их траектории. Поскольку при действии на астероиды мощных ядерных взрывов эти космические тела с большой вероятностью разрушатся, в дальнейшем мы планируем рассчитать траектории разлета осколков крупных астероидов при их фрагментации", — сообщил Михаил Никитин, доктор физико-математических наук, профессор БФУ имени Иммануила Канта.

Тросы с грузом и сетью

Вероятность того, что астероид Апофис-99942 столкнется с Землей, на сегодняшний день оценивается как 1 к 45000. Тем не менее такой шанс может появиться 13 апреля 2029 года, когда астероид пролетит рядом с Землей в пределах геостационарной орбиты.

Специалисты рассматривают самые разные варианты операции "по уклонению от встречи" — от ядерной бомбардировки до оборачивания небесного тела светоотражающей пленкой. Попытки взорвать астероид опасны в силу непредсказуемости конечного результата. Прочие предложения объединяет общий недостаток: в любом из них несущийся в космическом пространстве с огромной скоростью астероид необходимо будет прежде всего догнать.

Это потребуется и для того, чтобы привязать к небесному телу трос с грузом на конце, как предлагает аэрокосмический инженер Дэвид Френч из Университета Северной Каролины.

"Перенося центр тяжести объекта, мы меняем его орбиту и заставляем обогнуть Землю, а не столкнуться с ней", — объясняет Френч.

Предложение с отклонением астероида посредством применения груза некоторым специалистам кажется рациональным, но звучит и встречный вопрос: не лучше ли поймать его в сеть? Несколько стартов ракет позволят вывести на геостационарную орбиту вполне солидный груз, не составит больших проблем и подъем тросов необходимой длины. Тросы неизбежно разорвутся в момент, когда груз приобретет критическое ускорение, но и долей секунды, этому предшествующих, хватит, чтобы оказать достаточное влияние на траекторию астероида.

Измельчить астероид в труху

Экстравагантным способам с тросами противостоит оригинальная идея двух физиков из Калифорнийского университета. Филипп Любин и Александр Коэн назвали свой метод защиты от астероидной угрозы PI-Terminal Defense for Humanity, где PI означает Pulverize It ("измельчить это"). 

По плану, предложенному авторами исследования, угрожающие Земле астероиды даже в самый последний момент перед столкновением можно будет разбить на мелкие фрагменты с помощью ударного элемента, который будет не только кинетическим, но и взрывным.

"Разница между одним большим астероидом и сотнями маленьких примерно такая же, как между 500-килограммовым роялем, который падает на вашу голову, и 500 килограммами пенопластовых шариков, падающих с той же высоты", — написали физики в статье для Scientific American.

Устройство будет оснащено проникающими стержнями — такие стержни размером от 1,8 до 3 метров каждый могут даже содержать небольшую ядерную бомбу. Их главная задача — измельчить с помощью взрыва приближающееся к Земле небесное тело на безобидные куски задолго до того, как астероид достигнет атмосферы планеты.

Системе PI требуется пятичасовое окно до удара, чтобы уничтожить астероид размером с Тунгусский метеорит. Этот объект, по последним данным, был около 75 метров в диаметре и взорвался с силой более 20 мегатонн. Если бы космическое тело такого размера столкнулось с Землей, катастрофа была бы чудовищной. Но, как заключают калифорнийские ученые, способ, предложенный ими, позволит спасти планету "в самый последний момент".