• отклонение угрожающего объекта от орбиты;
• экранирование Земли от столкновения с угрожающим объектом;
• уничтожение объекта.

Совершим небольшой экскурс в историю и посмотрим, что было на повестке дня 15-20 лет назад.

Космическая стража: астероидная опасность – проблема всего человечества (газета «Эврика», № 1(7), 1994 г.)

При публикации использованы материалы Института теоретической астрономии РАН, г. Санкт-Петербург. Для наглядности в статью добавлены некоторые современные данные.

На Землю падает множество метеоритов. Не зарегистрировано ни одного смертельного поражения им человека, хотя «камни с неба» неоднократно попадали в жилища и транспортные средства. Метеоритная опасность вряд ли существенна для человека, хотя полностью  исключать её нельзя.

Намного острее другой вопрос - в космосе есть тела намного крупнее, способные столкнуться с Землёй.

Насколько серьёзна эта опасность, как её отслеживают и собираются ли предотвращать?

Метеориты, астероиды, кометы

Размеры отдельных метеоритов варьируются от микроскопических до метровых, вес которых достигает десятков тонн. В земных коллекциях содержится несколько тысяч метеоритов. Менее половины этих образцов наблюдались при падении, остальные были случайно обнаружены, но их внеземное происхождение было твёрдо установлено на основе анализа структуры, химического и минералогического состава.

Метеориты состоят в основном из железо-никелевого сплава или силикатных минералов, главным образом оливина и ортопироксена или их смеси.

Справка

В процентном соотношении метеориты, наблюдавшиеся при падении, составляют: каменные – 92%, железокаменные – 2%, железные – 6%.

Падение метеорита обычно сопровождается световыми и звуковыми эффектами. В результате взаимодействия падающего тела с земной атмосферой поверхность метеорита и прилегающие слои воздуха раскаляются до высоких температур и начинают светиться. Поверхность метеорита подвергается постепенному разрушению, образуя дымный след в атмосфере. Давление воздуха на лобовую поверхность тела может приводить к дроблению метеорита и выпадению метеоритного дождя на большой площади.

Движение тела сквозь атмосферу на сверхзвуковой скорости порождает звуковые волны, воспринимаемые наблюдателем как гром или пушечный выстрел. Подобные же эффекты (явление болида) наблюдаются и в том случае, когда достаточно крупное метеоритное тело полностью разрушается в атмосфере, не достигая поверхности Земли.

Справка

Считается, что за год на всю поверхность Земли выпадает около 500 метеоритов размером от 10 см и более, но из них лишь 4-5 наблюдаются при падении.

Одно из самых известных событий - падение Сихотэ-Алинского дождя железных метеоритов в 1947 г. В эллипсе рассеяния дождя было обнаружено более 120 кратеров, причём 17 из них имели диаметр от 10 до 26 метров.

Сравнительно крупные объекты, с которыми Земля может столкнуться, хотя бы, теоретически – это астероиды. Тысячи их обращаются в основном между орбитами Марса и Юпитера, образуя в Солнечной системе пояс астероидов.

Но в 1932 году была открыта первая малая планета, впоследствии получившая номер (1862) и имя (Аполлон), орбита которой заходит внутрь орбиты Земли, что предполагает ненулевую вероятность столкновения с Землёй когда-либо в будущем.

Позже выяснилось, что Аполлон - не единственный из астероидов, сближающихся с Землёй (АСЗ). К 1970-м годам уже был открыт десяток малых планет, способных приближаться к Земле. В 1973 г. в Паломарской обсерватории, США, был начат их целенаправленный поиск.

К настоящему времени обнаружено уже свыше 180 АСЗ, размерами от 8,1 км ((1627) Ивар) до нескольких метров (1991 VG). Лишь около половины из их числа имеют надёжно определённые орбиты.

Пока же единственный из зафиксированных в истории случаев столкновения с Землёй крупного небесного тела – падение так называемого Тунгусского метеорита, или «Тунгусский феномен», природа которого остаётся невыясненной.

Справка

Утром 30 июня 1908 г. в Сибири, в районе реки Подкаменная Тунгуска огромный огненный шар прочертил небо с востока на запад, оставляя за собой светящийся дымный след. Явление закончилось колоссальным по мощи взрывом. Ударная олна была зафиксирована приборами в Англии. В районе катастрофы лес был повален на площади около 2000 кв. км. На расстоянии до 15 км от эпицентра взрыва поверхностные слои деревьев были обожжены в результате воздействия высокой температуры. По свидетельству очевидца, находившегося за много десятков километров от места взрыва, он был сбит с ног ударной волной. Экспедиция Л. Кулика, обследовавшая район катастрофы через двадцать лет, не обнаружила ни кратера, ни других прямых свидетельств падения космического тела, хотя район катастрофы идентифицировался достаточно надёжно по вывалу леса.

По современным данным, 30 июня 1908 г. Земля столкнулась с космическим телом диаметром около 60 м. Возможно, это было ядро небольшой кометы. При вхождении в плотные слои атмосферы на высоте нескольких километров тело  полностью разрушилось и при этом резко затормозило своё движение. Кинетической энергии тела оказалось достаточно, чтобы вызвать взрыв, эквивалентный взрыву 10-15 мегатонной бомбы. Можно себе представить последствия катастрофы, если бы она произошла в густонаселённой местности!

Таким образом, столкновение Земли с относительно небольшими по масштабам телами может заканчиваться как взрывами в атмосфере, так и выпадением тел на поверхность Земли с образованием кратеров. Однако на Земле активные геологические и атмосферные процессы эрозии приводят к быстрому разрушению таких кратеров. Тем не менее, они могут быть обнаружены, если знать, что искать.

Справка

В последние десятилетия, в особенности с помощью аэро- и космической фотосъёмки, на поверхности Земли обнаружено свыше ста кратеров ударного происхождения размерами до 200 км в диаметре.

То, что поверхность Земли должна быть покрыта космическими шрамами, легко представить, сравнивая Землю с её спутником Луной.

Нужно, однако, сказать, что вопрос о происхождении лунных кратеров (ударное или вулканическое) активно дебатировался ещё в пятидесятые годы и только сравнительно недавно после серии лунных экспедиций был окончательно решён в пользу ударного происхождения.

Вероятность катастрофы

Анализ количества и орбит астероидов показали, что тела, подобные «Тунгусскому метеориту», встречаются с Землёй раз в триста лет, а каждый миллион лет на Землю должно падать одно – два тела размером с километр или более.

Место падения Тунгусского метеорита

Пример Тунгусского феномена показывает, что встреча Земли с телом размеров в сотню или более метров может обернуться региональной катастрофой, а более крупные тела грозят уже проблемами глобального масштаба, что стало особенно ясно после математического моделирования последствий тотального ядерного конфликта.

Вероятное долговременное его последствие -  эффект «ядерной зимы»  вследствие выброса в атмосферу колоссального количества мелкодисперсной пыли и пепла при обмене ядерными ударами. Пыль и пепел, экранирующие свет Солнца, быстро распространяются в атмосфере всей Земли, где они могут оставаться в течение многих месяцев или даже лет.

Происходит глобальное нарушение динамики всей атмосферы Земли. Температура верхних её слоёв резко повышается, а у поверхности Земли - падает на десятки градусов. Растения прекращают синтез органического вещества. Теплокровные животные гибнут от снижения температуры и бескормицы. Почва, внутренние водоёмы и поверхностные слои морей и океанов оказываются отравленными кислотными дождями. В результате, большинство обитателей Земли погибнет.

Однако картина ядерного апокалипсиса практически никак не связана с природой взрывов. Нечто подобное должно иметь место при ударе о Землю тела размером в 1-2 км и более. Энергия такого удара эквивалента взрыву бомбы мощностью 10⁶ мегатонн.

Хотя падение на Землю крупного тела - весьма редкое событие, можно показать, что риск погибнуть в результате космической катастрофы для каждого отдельного человека оказывается ничуть не меньшим, чем тот риск, которому подвергаются люди от более привычных источников опасности, и которые они воспринимают весьма серьёзно.

Пример расчёта-1

Примем годичную вероятность падения тела, подобного Тунгусскому метеориту, с зоной поражения 2000 кв.км, равной 1/300. При средней плотности населения Земли 13 чел./кв.км (включая, в данном случае, и площадь океанов), в зоне 1 раз в 300 лет окажутся 26 тыс. чел., или 87 человек ежегодно. Тогда, при численности населения Земли 7 млрд человек для каждого риск погибнуть в течение года составит 86/7 млрд = 1,2х10^-8 - чуть больше одной стомиллионной, а за всю жизнь – примерно одну миллионную.

Заметим, что с ростом численности населения Земли и увеличением средней продолжительности жизни такая вероятность растёт.

Это выглядит ничтожной величиной, но, заметим, это всего в 10 раз ниже вероятности погибнуть от ядовитого укуса и втрое выше вероятности гибели от ботулизма.

Интересно, что совсем иная картина получается при оценке вероятности гибели уже при глобальной катастрофе в результате падения небесного тела диаметром более километра.

Пример расчёта-2

Допустим, что в результате глобальной катастрофы, наступающей с вероятностью 1 раз в 500 000 лет, погибнет «всего» ¼ землян.  Тогда риск погибнуть в течение года составит одну двухмиллионную, а в течение всей жизни – уже около примерно 1/20000 – 1/25000. Он оказывается  в 40-50 раз выше, чем вероятность гибели при локальной катастрофе и, заметим, никак не зависит от общей численности населения.

Приводим, используя собственные и американские данные (для США – данные на начало 1990-х), сравнение вероятности гибели от различных несчастных случаев в течение жизни. На этом фоне гибель от столкновения с космическим телом не выглядит фантастикой или бессмысленной «страшилкой».

**По данным Росстата, в 2010 году смертность от ДТП и транспортных травм  составила 34,1 чел./100 тыс. населения. Исходя из этого, для одного человека вероятность быть убитым в течение года -  около 1/3 000, в течение жизни – примерно 1/50.

**По тем же данным, смертность от убийств составила 13,2 чел./100 тыс.; для одного человека вероятность быть убитым в течение года -  несколько больше 1/10 000, в течение жизни – примерно 1/170.

Таким образом, меры по защите от «космической угрозы» с точки зрения здравого смысла вполне оправданны, тем более, они имеют ещё один аспект -  они могут спровоцировать  международный военный конфликт, в том числе глобальный ядерный.

Дело в том, что крупные космические тела при вхождении в атмосферу и столкновении с земной поверхностью вызывают звуковые, тепловые, световые и другие эффекты, из-за которых их можно перепутать с началом атаки со стороны противника с использованием оружия массового уничтожения.

Возвращаясь к истории с Тунгусским метеоритом – представим себе не только, что это произошло в населённом месте, но и что это произошло вообще в наше время, в любой его период, начиная со Второй Мировой войны и позже.

Предупреждение и защита

К решению задачи предупреждения и устранения астероидной опасности приступили примерно в начале 1980-х.

В июле 1981 г. Национальное управление по космическим исследования США (НАСА) провело рабочее совещание на тему «Столкновение астероидов и комет с Землёй: физические последствия и человечество».

Это интересно

Следующим событием, привлекшим внимание к проблеме, явилось прохождение трёхсотметрового астероида вблизи Земли 23 марта 1989 г. Минимальное расстояние до астероида составило 640 тысяч км (для сравнения: среднее расстояние от Земли до Луны – 384 тысячи км). Особенно тревожным обстоятельством этого тесного сближения явилось то, что тело было обнаружено уже во время его удаления от Земли.

Американский Институт аэронавтики и космонавтики (AAIA) опубликовал в 1990 г. меморандум, призывающий к изучению астероидной опасности и способов предотвращения столкновений. Палата представителей Конгресса США в ответ на него поручила НАСА провести два совещания по проблеме с освещением их результатов в печати.

Первое совещание (The NEO Detection Workshop) состоялось в июне 1991 г. в Сан Хуан Капистрано (Калифорния). Его цель -  изучение текущего состояния службы поиска и слежения за АСЗ и выработка рекомендаций по её интенсификации. Совещание организовало Международную рабочую группу по данной проблеме, в которую от России вошёл А. Сокольский, доктор физико-математических наук, директор Института теоретической астрономии АН СССР (Санкт-Петербург).

Справка

Институт теоретической астрономии АН СССР, созданный в 1919 году как вычислительный центр, с 1948 года являлся международным центром по изучению малых планет. В 1998 году вошёл в состав Института прикладной астрономии (ИПА) РАН, также в Санкт-Петербурге.

Целью второго совещания (The Near-Earth-Object Interception Workshop), 14-16 января 1992 г. в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико), стало исследование путей уменьшения опасности в случае, если то или иное космическое тело окажется на траектории столкновения с Землёй.

В августе 1991 г. Генеральная ассамблея Международного астрономического союза (МАС) в Буэнос-Айресе приняла специальную резолюцию в поддержку исследования астероидной опасности и организовала Рабочую группу по объектам, сближающимся с Землёй, из представителей ряда комиссий МАС.

В России в октябре 1991 г. в Петербурге было проведено Всесоюзное совещание с международным участием «Астероидная опасность». Опубликованы труды этого Совещания (Сокольский, 1992). В феврале 1992 г. в Санкт – Петербурге на базе ИТА РАН был создан Международный институт проблем астероидной опасности (МИПАО) – общественная научная организация под эгидой Международного центра научной культуры – Всемирной лаборатории.

Спонсорская финансовая помощь позволила МИПАО в 1992 г. начать научную и организационную работу. В 1992-1993 гг.  МИПАО осуществил проект «ТОУТАТИС» - всестороннее изучение астероида (4179) Тоутатис перед его сближением с Землёй в декабре 1992 года (позиционные и физические наблюдения, радиолокация астероида, теоретические исследования и т.д.). В мае 1993 г. по итогам работы МИПАО в 1992-1993 гг. в С.-Петербурге была проведена Комплексная конференция «Астероидная опасность – 93».

После этого МИПАО впервые на территории бывшего СССР приступил к осуществлению проекта создания в Крыму специализированного 65-сантиметрового телескопа со светоприёмником на ПЗС-матрице. Телескоп предназначен для наблюдений АСЗ, слежения за ними и открытия новых объектов.

К сожалению, судьба этого проекта и продвижение этих работ в России и СНГ в целом требует дальнейшего выяснения.

В США был запущен проект «Космическая стража» (Spaceguard Survey), предполагающий строительство шести 2,5-метровых телескопов. Как показали расчёты, они способны в течение 25 лет зафиксировать свыше 90% всех АСЗ размерами больше одного километра, хотя  полнота обора будет существенно снижаться по мере уменьшения размеров тел.

Кроме того, в США в обсерватории Кит Пик с конца восьмидесятых годов функционирует телескоп диаметром 0,9 м, оснащённый ПЗС-матрицей размером 2048х2048 пикселей. С его помощью уже открыто несколько десятков АСЗ. В обсерватории Маунт Паломар и Флагстафф (США) инструменты, ранее успешно использовавшиеся для фотографических наблюдений малых планет (46 см и 41 см камеры Шмидта), позже оснащались ПЗС-матрицами для использования в программах поиска АСЗ.

В Индии был построен метровый телескоп, специально предназначенный для наблюдений АСЗ. Инструмент спроектирован по типу телескопа Кит Пик.

Во Франции в обсерватории Кауссольс 90-см камера Шмидта была оснащена ПЗС-матрицей размером 2048х2048 пикселей.

В целом, существующие методы наблюдений позволяют открыть все (или почти все) астероиды и короткопериодические кометы, представляющие угрозу для Земли и имеющие диаметр 1 км или более. Однако при сохранении современных темпов открытий потребуется несколько столетий, чтобы добиться окончательной полноты обзора. В сжатые сроки такой обзор может быть проведён, если будет создана сеть мощных инструментов, размещённых в различных местах земного шара и осуществляющих постоянный мониторинг космического пространства.

В дополнение к открытию новых АСЗ обзор потребует выполнения большого объёма работ по слежению за уже открытыми объектами, уточнению их орбит, определению их физических характеристик.

Что касается возможностей перехвата крупных космических тел, то об этом тем более  рано говорить. О состоянии дел косвенно можно догадываться по тому, что происходит с космическим мусором – даже здесь эффективных способов выведения его с орбиты пока нет.

В то же время технологии здесь должны несколько различаться,  а гражданские специалисты уповают на то, что у военных ведомств есть какие-то секреты, которые они могли бы раскрыть для решения проблемы астероидной угрозы. В частности, об этом говорилось ещё в январе 1992 года в США, на рабочем совещании НАСА и Лос-Аламосской национальной лаборатории США в Лос-Аламосе.