Astronomija, satelīts, kosmoss

Zemes šķērsojošie asteroīdi

Zemes šķērsojošie asteroīdi



Kā mēs varam tos atklāt, izmērīt un novirzīt?

Deivids K. Linčs,

Pan-STARRS teleskops, kas tiek būvēts uz Maui. Attēla autors ir Pan-STARRS. Izmanto ar atļauju.

Vai mēs varam kaut ko darīt ar asteroīdu, kuram paredzēts trāpīt uz Zemes? Atbilde ir jā, ar nosacījumu, ka tas ir pietiekami mazs un ka mums ir pietiekami daudz laika, lai nosūtītu kosmosa kuģi, lai to novirzītu. Kā redzēsim, jo ​​ilgāks brīdinājuma laiks mums būs, jo lielāku asteroīdu varēsim pārvaldīt. Daudzi asteroīdu ietekmes mazināšanas aspekti tika apkopoti Spaceguard ziņojumā. Pavisam nesen NASA ir arī pabeigusi pētījumu, un to izmanto kongress, lai izlemtu, kādus pasākumus var un vajadzētu veikt ASV un citas tautas.

Astronomi ir pavadījuši daudz laika, cenšoties izdomāt, kā glābt Zemi no asteroīdu ietekmes. Vispirms jāatrod visi asteroīdi, jāaprēķina to orbītas un jāredz, kuri no tiem bīstami tuvojas Zemei. Kad esat zinājis orbītu, varat izdomāt, kad tā iesitīs. Tas parāda, cik daudz brīdinājuma laika jums ir. Un, visbeidzot, ja jūs varat izdomāt asteroīda masu, varat aprēķināt, cik smagi jums tas jāpiespiež, lai mainītu tā orbītu tieši tik daudz, lai varētu palaist garām Zemi. Holivudas priekšstats par sprādziena nosūtīšanu, lai to “uzspridzinātu”, nav reāls, jo mūsdienu nesējraķetes nespēj pārvadāt pietiekami lielu bumbu. Turklāt viena liela ķermeņa vietā jūs varētu nonākt ar daudziem maziem fragmentiem, kas virzās pretī Zemei.

Viņu atrašana

Asteroīdu atrašana ir samērā vienkārša. Pirmo tādu atrada Džuzepe Piazzi 1801. gadā. Vairākas observatorijas šobrīd ir veltītas asteroīdu atrašanai un to izsekošanai (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS un citi). Pašlaik ir atrasti apmēram 80% asteroīdu, kuru diametrs pārsniedz 1 km. Nevienam no šiem nav orbītas, kas viņus aiznestu līdz zemes vēršu acīm. 2004. gadā tika atklāts 250 m izmēra asteroīds, kas, domājams, nonāks tuvu Zemei 2029. gada 13. aprīlī (piektdien, 13. datumā!). Ar nosaukumu Apophis, asteroīda trieciena varbūtība ir 1 no 45000, un paredzams, ka tas samazināsies, jo turpmākajos gados orbīta tiks pilnveidota. Asteroīds 1950 DA nonāks ļoti tuvu Zemei 2880. gadā. Ņemot vērā neskaidrības tā orbītā, trieciens joprojām ir iespējams.

Runājot par asteroīdu triecieniem, lielumam ir nozīme. Asteroīdi, kuru diametrs ir mazāks par apmēram 10 metriem, ir maz apdraudēts, jo atmosfērā tie sabruks vai sadedzināsies. Tie, kuru diametrs pārsniedz 5 km, ir pārāk lieli, lai mēs varētu kaut ko darīt. Šīs ir tikai aplēses, jo svarīga ir masa, nevis diametrs. Daži asteroīdi ir “gruvešu kaudzes”, brīvi konsolidētas mazāku ķermeņu kolekcijas, kuras tur kopā asteroīda vājais smagums. Citi ir grūts, blīvs ieži, piemēram, chondrites un gludekļi. Bet rupji runājot, liela izmēra diapazons ir no 10 līdz 5000 metriem diametrā. Tāpēc domājiet par klintīm starp jūsu mājas lielumu un kalnu. Rushmore.

Ja tiek atrasts asteroīds, uz kura ir uzrakstīts Zemes vārds, ir daudz darāmā. Orbītas nav zināmas bezgalīgi precīzi, vienmēr ir nelielas neskaidrības. Vai tas tiešām iesitīs Zemei vai arī droši pievilks mums garām dažus tūkstošus km rezerves? (daži tūkstoši km ir ļoti, ļoti tuvu!) Kamēr daži astronomi strādā, lai pastiprinātu orbītas precizitāti, citi mēģinās izmērīt asteroīda masu.

Asteroīda attēls.

To mērīšana

Tas ir sarežģīti. Pat lielākajā teleskopā vairums asteroīdu nav nekas cits kā gaismas punkti nakts debesīs. Mēs nevaram redzēt viņu faktisko izmēru un struktūru, tikai to krāsu un spilgtumu. No tiem un minējumu par asteroīda blīvumu mēs varam novērtēt masu. Bet neskaidrības ir pārāk lielas, lai veiktu uzticamu novirzes uzdevumu. Tātad nākamais solis būs kosmosa kuģa nosūtīšana uz asteroīdu, lai izmērītu tā masu un citas īpašības, piemēram, formu, blīvumu, sastāvu, rotācijas ātrumu un saliedētību. Tas varētu būt lidojums ar lidmašīnu vai lidmašīna. Šāda misija arī sniegtu ārkārtīgi precīzu informāciju par orbītu, jo kosmosa kuģis varētu darboties kā bāka vai uz asteroīda novietot radio retranslatoru.

Asteroīda novirzīšana ir smaga daļa, kaut arī fizika ir diezgan vienkārša. Ideja ir pakustināt asteroīdu un nomainīt tā orbītu par niecīgu summu. Parasti tas skar Zemi ar ātrumu aptuveni 30 km / s, lai gan tas būtu atkarīgs no tā, vai tas nāca uz sāniem, pa galvu vai no aizmugures. Bet ņemsim par piemēru 30 km / s.

Mēs zinām Zemes rādiusu: 6375 km. Ja mēs zinām, cik daudz brīdinājuma laika ietekmē - teiksim 10 gadus -, tad viss, kas mums jādara, ir paātrināt vai palēnināt asteroīdu par 6375 km / 10 gadiem jeb aptuveni 2 cm / sek. Asteroīds, kura diametrs ir 1 km, sver aptuveni 1,6 miljonus tonnu. Lai mainītu ātrumu par 2 cm / s, ir nepieciešami vairāk nekā 3 megatoni enerģijas.

Drošība ir atkarīga no tā, cik ātri vien iespējams atrast asteroīdus. Acīmredzot, jo vairāk brīdinājuma laika jums ir, jo vieglāk ir veikt izmaiņas, jo jums nav jāpiespiež tik grūti. Vai arī jūs varat atlikt stumšanu, kamēr jūs uzlabojat orbītu vai izstrādājat tehnoloģiju. Alternatīvi, īss brīdinājuma laiks nozīmē, ka jums ir jāapņemas un jāpiespiež cik vien iespējams. Agrīna brīdināšana ir labākā pieeja. Kā saka: "Dūriens laikā ietaupa deviņus."

Komētas ir sauszemes trieciena spēles savvaļas kārts. Parasti tie tiek atklāti tikai dažus mēnešus pirms tuvināšanās iekšējai Saules sistēmai. Ar dažu kilometru diametru un ātrumu līdz 72 km / s, tie ir potenciāli nekontrolējami draudi. Ar mazāk nekā pāris gadu brīdinājumu, iespējams, nebūtu pietiekami daudz laika, lai sāktu novirzes misiju.

NASA Dziļās ietekmes misija:
Kosmosa kuģis apzināti ietriecās komētas Tempel 1 kodolā ar ātrumu 10 km / s. Tāds bija rezultāts. 2005. gada 4. jūlijs. NASA attēls.

To novirzīšana

Ir vairāki veidi, kā novirzīt asteroīdus, lai gan neviens no tiem nekad nav izmēģināts. Pieejas iedala divās kategorijās - impulsīvi deflektori, kas acumirklī vai dažu sekunžu laikā sašūpo asteroīdu, un “lēnas spiediena” deflektori, kas ilgus gadus pieliek vāju spēku asteroīdam.

Impulsīvie deflektori ir divu veidu: bumbas un lodes. Abi ir pašreizējo tehnoloģisko iespēju robežās. Izceļot bumbu uz asteroīda vai tā tuvumā, materiāls tiek izpūsts no virsmas. Asteroīds atsit pretējā virzienā. Kad asteroīda masa ir zināma, ir viegli saprast, cik lielu bumbu izmantot. Lielākās sprādzienbīstamās ierīces, kas mums ir, ir kodolbumbas. Tie ir enerģētiskākais un uzticamākais enerģijas piegādes veids, tāpēc priekšroka tiek dota kodola novirzei. Kodolbumbas ir simtiem tūkstošu reižu spēcīgākas nekā nākamā labākā pieeja; lodes.

Arī bullet pieeja ir vienkārša. Ātrgaitas šāviņš tiek iespiests asteroīdā. Pašlaik mums ir tehnoloģija, kā dažu tonnu smagu lodi nosūtīt asteroīdā. Ja ātrums būtu pietiekami liels, šī pieeja varētu radīt vairākkārt lielāku triecienu, nekā tas būtu rezultāts tikai trieciena dēļ, jo materiāls tiktu izpūstas no asteroīda daudz tādā pašā veidā, kā to dara bumba. Faktiski lodes pieeja - “kinētiskā novirze”, kā to sauc - faktiski ir izmēģināta netiešā veidā. 2005. gadā NASA kosmosa kuģis Deep Impact ar nolūku tika manevrēts uz komētas Tempel 1 ceļu. Mērķis bija caurumot caurumu komētā un redzēt, kas iznāca. Un tas darbojās. Kaut arī komētas ātruma izmaiņas bija pārāk mazas, lai izmērītu, tehnika pierādīja, ka mēs varam izsekot un veiksmīgi mērķēt asteroīdu.

Lēni stūmēji šajā laikā lielākoties ir konceptuāli. Tajos ietilpst: jonu motori, gravitācijas traktori un masu vadītāji. Ideja ir transportēt ierīci uz asteroīdu, nolaisties un piestiprināt pie tā, un pēc tam nepārtraukti bīdīt vai vilkt daudzus gadus. Jonu dzinēji un masu vadītāji no virsmas izšāva materiālu ar lielu ātrumu. Tāpat kā iepriekš, asteroīds atkāpjas. Smaguma traktors ir kontrolēta masa, kas nostājas no asteroīda, izmantojot kaut ko līdzīgu jonu dzenošajam instrumentam. Traktora masa izvelk asteroīdu, izmantojot savu smagumu. Visu lēno stūmēju priekšrocība ir tā, ka pārvietojoties asteroīdam, tā atrašanās vietu un ātrumu var pastāvīgi uzraudzīt, un tādējādi vajadzības gadījumā var veikt korekcijas.

Jonu motors, kas piestiprināts pie asteroīda virsmas.
NASA attēls ar ilustratīviem labojumiem.

Kaut ko piestiprināt asteroīdam ir grūti, jo gravitācijas spēks ir ārkārtīgi vājš, un virsmas īpašības var nebūt zināmas. Kā jūs mašīnu piestiprinātu pie smilšu kaudzes? Lielākā daļa asteroīdu griežas, un tādējādi stūmējs pukstēs apkārt un reti tiks norādīts pareizajā virzienā. Tam būtu arī jāgriežas ar asteroīdu, un tas prasa daudz enerģijas. Lai arī gravitācijas traktors necieš no šiem trūkumiem, tam ir nepieciešams pastāvīgs enerģijas avots. Visas šīs ierīces ir sarežģītas. Viņiem jābūt barotiem, kontrolētiem un izgatavotiem tā, lai daudzus gadus varētu darboties attālināti kosmosā, ļoti garš pasūtījums.

Mēs esam parādījuši, ka jonu dzinēji kosmosā var darboties vismaz dažus gadus, taču līdz šim jonu dzinējiem nav pietiekami daudz spēka, lai novirzītu draudošu asteroīdu, ja vien nav īpaši ilgs brīdinājuma laiks. Ilgo brīdinājuma laiku negatīvā puse ir tāda, ka neskaidrības asteroīda orbītā padara neiespējamu pārliecību, ka tas sitīsies uz Zemi. Pastāv daži tālejoši lēnas virzības jēdzieni: asteroīda nokrāsošana baltā krāsā un saules staru iedarbība; ievietojot lāzeru orbītā un zappotējot to vairākas reizes; grūžot mazāku asteroīdu pietiekami tuvu, lai to novirzītu gravitācijas virzienā. Kad astronomi vada skaitļus, idejas tomēr neatbilst praktiskai sistēmai.

Astronomi nav vienīgie cilvēki, kurus uztrauc asteroīdu ietekme. Visi politiķi, ārkārtas reaģēšanas organizācijas un Apvienotās Nācijas ir iesaistītas. Ja mums ir jānovirza asteroīds, kurš par to maksās? Kas patiesībā palaidīs kosmosa kuģi? Ja kodolbumbas ir drošākais asteroīda novirzes veids, vai mums ir jātur kodolbumbas uz rokas? Vai citas tautas uzticēsies ASV, Izraēlai, Krievijai vai Indijai nodot kodolieročus kosmosā pat humānās palīdzības misijas vajadzībām? Ko darīt, ja asteroīds tiek virzīts uz Ženēvu, un mums ir tikai līdzekļi, lai pārvietotu trieciena vietu par 1000 km. Kuru virzienu mēs izvēlamies un kurš izlemj? Vai mēs varam būt pārliecināti par precīzas maiņas veikšanu ar nepārbaudītām novirzes tehnoloģijām?

Ja asteroīda trāpījums ir neizbēgams, ko mēs darām? Ja mēs zinām, kur tas sitīsies, vai mēs evakuējam cilvēkus no teritorijas? Cik tālu mēs viņus pārvietojam? Ja trieciena atlūzas paliks atmosfērā, varētu notikt globāla dzesēšana. Kas ir atbildīgs par pasaules pārtikas piegādēm? Ja tas ielidos okeānā, cik liels būs cunami? Kā mēs varam būt pārliecināti, ka mūsu prognozētā postīšana ir pareiza vai ka mēs kaut ko neesam pamanījuši? Varbūt vissatraucošākā asteroīdu ietekme ir pilnīgi jauna veida katastrofa: kā mēs gatavojamies iznīcināt (teiksim) ASV austrumus, kad mums ir 20 gadu brīdinājums?

Šie un citi jautājumi šodien tiek apspriesti zinātniskās sanāksmēs visā pasaulē. Par laimi, pat neliela asteroīda iespējamība, ka pārskatāmā nākotnē varētu notriekt Zemi, ir ļoti maza.

Uzzināt vairāk: Tuvo Zemes asteroīdi: kādi tie ir un no kurienes tie rodas?

Deivids K. Linčs, PhD, ir astronoms un planētu zinātnieks, kas dzīvo Topangā, Kalifornijā. Nekāpojot par San Andreas vainu vai izmantojot lielos teleskopus Mauna Kea, viņš spēlē vijoli, savāc klaburčūskas, rīko publiskas lekcijas par varavīksnēm un raksta grāmatas (Krāsa un gaisma dabā, Cambridge University Press) un esejas. Dr Linča jaunākā grāmata ir rokasgrāmata lauka ceļam uz San Andreas vainu. Grāmatā ietverti divpadsmit vienas dienas braucieni pa dažādām bojājuma vietām, un tajā ietverti ceļa žurnāli jūdzes pēc jūdzes un simtiem kļūdu pazīmju GPS koordinātas. Kā tas notiek, Deivsa māju iznīcināja 1994. gadā pēc 6,7 balles Nortridžas zemestrīces.