Угроза из космоса: как мы можем защитить родную планету от метеоритов

Каждый день из космоса на Землю падает более 100 тонн пыли и крошечных частиц, сгорающих в атмосфере. Метеоритов, размера которых достаточно для того, чтобы ударить по поверхности планеты, куда меньше – примерно 6000 в год. Обычно такие события проходят незамеченными. Известно лишь два более или менее достоверных случая, когда от космического «подарка» пострадали люди. Так, в 1954 году 4-килограммовый объект пробил крышу дома в американском штате Алабама, срикошетил от радиоприемника и оставил синяк на боку дремавшей на диване хозяйки. А в архивах Османской империи нашлись записи об одном раненом и одном погибшем от осколков небесного тела, упавшего в 1888 году на территории нынешнего Ирака.

Оценка угрозы
Более крупные и опасные объекты врезаются в Землю гораздо реже, а эрозия и другие геологические процессы со временем уничтожают следы этих катастроф. Поэтому ориентироваться приходится на Луну, которая получает примерно то же количество ударов, сохраняя все образующиеся кратеры, включая весьма и весьма древние. Число лунных кратеров обратно пропорционально их диаметру, взятому в третьей степени. Эта формула позволяет подсчитать, что метеориты диаметром порядка 1 км падают на Землю в среднем каждые 500 тыс. лет, пятикилометровые – каждые 20 млн. Последний удар тела размером около 10 км случился аж 66 млн лет назад и вызвал мелпалеогеновое вымирание, которое завершило эру доминирования динозавров. Словом, не слишком часто, но очень опасно.
Один из способов оценить угрозу – шкала Палермо. Она использует формулу, которая учитывает вероятность и энергию столкновения, а также оставшееся до него время. Эта шкала логарифмическая, за ноль в ней принят обычный риск такого события за то же время.
Девять десятых всех астероидов Солнечной системы находятся в далеком главном поясе, между орбитами Марса и Юпитера. Здесь найдены сотни тел диаметром более 100 км и десятки миллионов диаметром более 100 м. Объекты, которые движутся вокруг Солнца, пересекая земную орбиту, в среднем намного меньшего размера. Однако для современного человечества, многочисленного и зависимого от сложных экономических, технологических и культурных взаимосвязей, они представляют не меньшую угрозу.
Поиск средства
Заметить гостя из космоса – особенно если поверхность астероида темна и плохо различима на фоне звездного неба – очень непросто. Падение метеорита в Челябинске в феврале 2013 года, когда камень вынырнул словно из ниоткуда и взорвался над городом-миллионником, продемонстрировало это как нельзя более наглядно. Именно тогда над проблемой предотвращения возможных рисков всерьез задумались не только астрономы, но и правительства разных стран, а за ними и широкая публика. В 2016 году в NASA даже появилось Управление по координации планетарной обороны (PDCO), а проекты по устранению астероидной угрозы начали обсуждаться на самом высоком уровне.
Казалось бы, очевидный вариант – использование самого мощного из имеющихся у нас видов оружия, ядерного. На этом построены многие фантастические фильмы, включая легендарный по количеству допущенных ошибок и ляпов «Армагеддон». Однако при внимательном рассмотрении такой подход скорее навредит, нежели поможет. Если мы, подобно киногерою Брюса Уиллиса, разнесем астероид в клочья ядерным зарядом, его фрагменты продолжат движение по прежней траектории, и в конце концов Земли достигнет поток обломков и пыли, причем радиоактивных. Иными словами, для эффективной защиты планеты требуется не столько разрушить небесное тело, сколько отклонить его с опасного пути точным и сильным ударом.
Выбор цели
Первая «ударная» космическая миссия состоялась еще в 2005 году. Тогда американский зонд Deep Impact перехватил комету Темпель 1, находившуюся примерно в 4 млн км от Земли, и протаранил ее 370-килограммовым импактором, чтобы исследовать состав поднятых ударом частиц. Задачи повлиять на траекторию кометы, имеющей несколько километров в поперечнике, не было. Столкновение, энергия которого оценивалась всего в 2,3 кг тротилового эквивалента, оставило на поверхности 150-метровый кратер, изменив орбиту небесного тела лишь на 10 см, а скорость – на 0,0001 мм/с. Уж слишком неравным было соотношение сил.
Перебирая подходящие для эксперимента околоземные астероиды, можно впасть в уныние. Их орбиты настолько велики, что любые изменения траектории будут накапливаться очень медленно, требуя многолетних наблюдений. При этом понадобится отследить и учесть естественные факторы, которые влияют на движение небесного тела, в частности эффект Ярковского, связанный с неравномерным нагреванием поверхности Солнцем. Наконец, фиксировать траекторию необходимо с крайне высокой точностью, что не всегда возможно для одинокого тела, несущегося в вакууме на огромной скорости. Однако идеальный кандидат был найден.
Им стал небольшой – около 800 м в поперечнике – околоземный астероид Дидим (65803). Полный оборот вокруг Солнца он совершает за два с небольшим года, пересекая орбиту Земли и сходясь сней на 6–7 млнкм. В 2003 году у астероида обнаружили собственный спутник, позднее получивший имя Диморф. Небольшое 170-метровое тело обращается вокруг Дидима на расстоянии около километра. Орбитальные параметры этой двойной системы стабильны и измерены с очень большой точностью, что позволяет отследить, какой эффект произведет ударное воздействие на движение Диморфа вокруг астероида.
Первый выстрел
Совместная миссия американского и европейского космических агентств DART (Double Asteroid Redirection Test, «Двойное испытание отклонения астероида») стартовала в ноябре 2021 года и спустя 10 месяцев достигла Дидима, который находился тогда примерно в 11 млн км от Земли.
Главную роль в эксперименте играл аппарат-импактор, который при запуске имел массу 610 кг, а непосредственно у цели – 570 кг. Это сравнительно простой зонд, несущий лишь инструменты для наведения: солнечный и звездный датчики, жидкотопливный и ионный двигатели с запасом гидразина и ксенона, солнечные панели для питания и антенну для связи. Единственным научным оборудованием на борту стала камера высокого разрешения, которая фиксировала сближение вплоть до момента столкновения. Удар был нанесен 26 сентября 2021 года на скорости 6,1 км/с, с энергией около 3 т в тротиловом эквиваленте. За столкновением объектов наблюдал «младший брат» DART – итальянский микроспутник LICIACube, который отделился от него двумя неделями ранее и в нужный момент находился всего в полусотне километров от места событий. Впрочем, за ходом испытаний следили и десятки других «глаз», наземных и космических, включая телескопы Hubble и James Webb. Они зафиксировали вспышку, а затем яркий хвост из пыли и обломков, который растянулся за Диморфом на тысячи километров.
Полученный результат разочаровал некоторых адептов «планетарной обороны»: мало кто ожидал, что удар выбьет с поверхности астероида такое количество вещества. Возможно, взаимодействие объектов не было достаточно эластичным, то есть далеко не вся кинетическая энергия импактора перешла в кинетическую энергию мишени, изменив ее траекторию. Вместо этого значительная часть оказалась поглощена рыхлой поверхностью Диморфа, что вызвало рассеивание в пространстве множества мелких фрагментов. Эффект от удара оказался далеко не таким значительным, как рассчитывали ученые. Если когда-нибудь нам придется отклонять астероид от опасной траектории, то потребуется приложить куда больше усилий. Но сам подход к обороне выглядит перспективным: в результате столкновения период обращения Диморфа вокруг астероида сократился на 32 минуты. С точки зрения NASA победой считалось бы изменение этого времени на 70 секунд и более, так что официально испытания признаны успешными.
Разведка и наведение
У спутника LICIACube недостаточно топлива, чтобы продолжать наблюдения хотя бы пару лет, и вскоре он отстанет от астероида. Поэтому точно определить, как ударное воздействие повлияло на траекторию Диморфа, еще предстоит. Но миссия DART недаром называется «двойной»: в 2024 году к системе отправится европейский зонд Hera с инструментами для детального исследования и поверхности, и последствий столкновения. Он должен прибыть к Дидиму примерно через четыре года и на месте высвободить пару наноспутников формата CubeSat 6U, которые измерят движение спутника вокруг астероида с большой точностью.
Тем временем работы по защите планеты от астероидной угрозы продолжаются. Ведь чтобы нанести удар, критически важно вовремя заметить потенциальную опасность и как можно точнее рассчитать траекторию космического гостя. Для таких наблюдений развернуты несколько сетей телескопов, а Лаборатория реактивного движения (JPL) NASA ведет полный каталог подобных объектов, фиксируя их размеры и шансы на столкновение с Землей в ближайшие столетия. Сегодня известно более 28 тыс. околоземных астероидов, и каждый год список удлиняется еще на 3000.
Пока риски кажутся не слишком серьезными. Верхнюю строчку рейтинга JPL Sentry System занимает 560-метровый астероид Бенну (101955), который в период между 2178 и 2290 годом совершит более 150 сближений с Землей, хотя реальные шансы на столкновение с ним оцениваются менее чем в 1%. Но вполне вероятно, что реальную опасность мы еще не заметили. Где-то в будущем орбиту Земли перечеркнет неизвестное небесное тело, ускользнувшее от телескопов, или траектории уже классифицированных астероидов преподнесут астрономам сюрприз. Чтобы снизить риски, в NASA анонсировали запуск системы Sentry 2.0, которая будет использовать более точные данные и делать детальные вычисления движений околоземных объектов. Пока расчеты раз за разом показывают, что опасность невелика. Многие астероиды, выглядевшие реальной угрозой, после уточнения траектории исключались из числа потенциально опасных. Но риск – это всегда вопрос баланса между вероятностью наступления катастрофы и ее масштабом. А возможные разрушения в случае столкновения с астероидом слишком велики, чтобы позволить себе не учитывать даже крошечный шанс падения небесного объекта на планету.