Астероидная опасность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Астероидная опасность

В.В. Лебедев

член-корреспондент РАН, дважды Герой Советского Союза, летчик-космонавт СССР

Актуальность проблемы астероидной опасности после падения Чебаркульского метеорита стала очевидной. Несмотря на неприятности, связанные с этим небольшим метеоритом (размер 15-17 м, масса около 10 тыс. т), мы должны быть благодарны ему, так как он выполнил свою просветительскую миссию: население планеты стало свидетелем этого события и через его последствия осознало угрозу астероидной опасности. Можно себе представить, что было бы, если бы на город упал астероид 2012DA14 диаметром 44 м и массой 130 тыс. т, который прошел ниже геостационарной орбиты на удалении около 27 тыс. км от Земли в тот же день, 15 февраля. Если не сумеем воспользоваться таким наглядным предупреждением, то не будет оправдания нашей беспечности в осознании астероидной опасности.

По данным НАСА, Чебаркульский метеорит можно было отследить оптическими средствами только за два часа до входа в атмосферу, он был обнаружен американским спутником контроля ядерных взрывов. Мы же его увидели только после входа в атмосферу, поскольку он появился утром со стороны Солнца. По характеру разрушения в атмосфере к нему близок Сихотэ-Алиньский метеорит, вошедший в атмосферу 12 февраля 1947 г. в Приморском крае. Тогда метеорит дробился несколько раз на высотах 58, 34, 16 и 6 км. Самый крупный найденный фрагмент весил 1745 килограммов. Площадь выпадения осколков зависит от типа метеорита: Чебаркульский - хондрит, а Сихотэ-Алиньский - железистый.

Проблема астероидно-кометной опасности комплексная, ее можно разделить на три составляющие: обнаружение всех опасных объектов, сближающихся с Землей (ОСЗ), определение степени угрозы с оценкой рисков и противодействие с целью уменьшения ущерба.

Метеоритный дождь сыплется на Землю постоянно - от микронных пылинок до метровых тел. Более крупные фрагменты падают значительно реже, например, фрагменты от 1 до 20 м падают с частотой раз в несколько месяцев, фрагменты более 30 м - с интервалом примерно в 300 лет. Они вызывают локальные катастрофы, такие как Тунгусское событие. До сих пор непонятно, астероид это был или комета, размер тела составлял около 40 м в диаметре, при этом выделилась энергия порядка 50 Мт (столько же, сколько у «царь-бомбы», которая была испытана на Новой Земле в 1961 г.). Если диаметр больше 100 м, происходят региональные катастрофы, больше 1 км - глобальная катастрофа, а роковые последствия для цивилизации могут наступить при столкновении с телами размером более 10 км. На поверхности Земли остались следы от огромных астероидов, которые повлияли на жизнь планеты и ее историю. Таких напоминаний о катастрофах известно около двухсот, остальные или скрыты в океане, или стерты временем. Интервалы между ними составляют от миллионов до десятков тысяч лет, поэтому некоторые считают проблему астероидно-кометной опасности надуманной. Но так рассуждать нельзя, поскольку эти события носят случайный характер, и когда они могут произойти, никто не знает, то есть произойти они могут в любой момент.

В Туринской шкале (рис. 1), принятой Международным астрономическим союзом (МАС) в 1999 г., связывающей кинетическую энергию угрожающего тела и вероятность столкновения, насчитывается 11 степеней риска. Степень риска 0 означает, что никакой угрозы нет, то есть либо столкновения не произойдет, либо тело настолько мало, что столкновение неопасно. Степени 8-10 означают неизбежное столкновение и катастрофу от локальной (степень 8) до глобальной (степень 10). Шкала напоминает шкалу Рихтера, характеризующую силу землетрясения.

Рис. 1. Туринская шкала астероидной опасности.

астероидная опасность

В свое время при ООН была создана рабочая группа по Программе астероидно-кометной опасности (АКО), о чем рассказывал в газете «Столетие» академик В.Е. Фортов. На одну из конференций, проходившую в Снежинске в 1994 г., прилетал Эдвард Теллер - создатель водородной бомбы, который был страстным пропагандистом защиты Земли от астероидов. Тогда международная команда ученых пришла к выводу: если размер астероида превысит 5 км, то он будет обладать кинетической энергией, равной миллионам мегатонн, и создать ракету с ядерным зарядом для защиты от него практически невозможно. Сегодня предлагается много других методов, чтобы дать ответ на вопрос, может ли человечество сделать что-то для спасения планеты от астероидно-кометной опасности. Новый проект НАСА, как заявил его руководитель Чарльз Болден, предусматривает разработку к 2025 г. (согласно задаче, поставленной президентом США) системы захвата 500-тонного астероида размером около 7 м и буксировку его на окололунную орбиту или в точку Лагранжа системы Луна-Земля с последующим посещением его астронавтами.

На рис. 2 приведена статистика обнаружения астероидов и комет с 1980 г. по настоящее время. За последние 200 лет открыто, пронумеровано и зарегистрировано в Центре малых планет, который с 1946 г. ведет учет всех известных малых небесных тел, 35 тыс. астероидов. Здесь представлены ОСЗ, орбиты которых проходят на расстоянии от Земли менее 0.3 а.е. (45 млн км). Среди них выделяют потенциально опасные объекты (ПОО), которые пересекают орбиту Земли в пределах 0.05 а.е. (7.5 млн км). К февралю 2013 г. в каталог занесено более 9624 ОСЗ (рис. 2 а), из них 1381 ПОО, в том числе 439 наиболее опасных, которые проходят между Луной и Землей и в ближайшие 100 лет могут с ней столкнуться. Распределение наиболее опасных тел по размерам представлено на диаграмме (рис. 2). Видно, что 80% составляют тела от 5 до 50 м. Внизу отмечены ОСЗ размером больше 1 км, сейчас в рамках программы «Космическая стража», которая была принята в 1998 г., их выявлено больше тысячи. На эту программу конгресс США выделил 50 млн долларов, чтобы в течение 10 лет выявить крупные ОСЗ, которые падают на Землю примерно раз в 600 тыс. лет. К сегодняшнему дню эта задача, как считают американцы, близка к завершению, программу удалось выполнить на 99%. Согласно закону конгресса от 2008 г., перед НАСА поставлена новая задача - к 2020 г. выявить сближающиеся с Землей астероиды размером более 140 м. Астероиды диаметром 100 м падают на Землю в среднем один раз в тысячу лет.

Рис. 2. Статистика обнаружения астероидов и комет с 1980 г. по настоящее время.

По современным теоретическим оценкам, количество ОСЗ размером более 150 м составляет несколько десятков тысяч, а размером более 50 м - несколько сотен тысяч, из них около 10 тыс. могут пересекать орбиту Земли. Никто не гарантирует, что завтра или через год не будет обнаружен новый объект, еще более опасный. Поскольку возможности современных наблюдательных средств ограничены, такие тела удается открыть фактически по счастливой случайности.

Благодаря знаниям об астероидах и организации слежения на международном уровне в США и в Европе в 2008 г. случайно удалось обнаружить метеорит 2008ТС3 за 20 часов до его столкновения с Землей. После расчета орбиты до столкновения оставалось 13 часов, но уже были известны время и место падения - Нубийская пустыня (Судан). Через службу организации воздушного движения установили, что в этом районе будет пролетать самолет KLM французской авиакомпании Air France, и экипажу сообщили, где и когда они смогут наблюдать падение метеорита. Поскольку исследовать до падения на Землю. До этого экстраполировать состав материнского тела приходилось по обнаруженным фрагментам. Оказалось, что метеорит принадлежит к редкому классу уерилитов, которых среди найденных на Земле небесных тел меньше 0.5%. Руководитель исследований метеоритных образцов Джеффри Бада сообщил, что осколки содержат следы 19 различных аминокислот. Ранее считалось, что образование аминокислот на астероидах возможно только в жидкой воде при низких температурах, но оказалось, что реакция происходит и при интенсивном нагревании в газообразных веществах.

Сегодня исследования по обнаружению ОСЗ и их каталогизации наиболее развиты в США, где государство ежегодно финансирует эти работы. К пониманию необходимости этого их подтолкнула угроза цунами, которым подвержено тихоокеанское побережье США, где высока плотность населения и развита инфраструктура. После опустошительного Алеутского цунами 1 апреля 1946 г., вызванного землетрясением силой 7.4 балла, была создана Система предупреждения о сейсмических морских волнах (SSWWS - Seismic Sea-Wave Warning System), построенная на обработке информации от нескольких десятков сейсмических обсерваторий при участии 26 государств, поступающей в Международную службу предупреждения о цунами с центром в Гонолулу (Гавайи, США). Предупреждение выдается, если землетрясение имеет магнитуду более 7.0 и его эпицентр расположен под водой.

Однако цунами вызываются не только землетрясениями, извержениями вулканов и оползнями, но и падением астероидов и комет в океан. Поэтому уже в 1947 г. США были вынуждены обратиться к проблеме астероидно-кометной опасности и создать Центр малых планет под эгидой Международного астрономического союза, ставшего ведущей организацией по обнаружению астероидов, комет и малых планет Солнечной системы. Центр находится в Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже (штат Массачусетс) и финансируется НАСА. В него стекается вся информация с наземных обсерваторий, систематизируются данные наблюдений, вычисляются орбиты и ведется каталогизация. Эта информация публикуется в циркулярах, которые рассылаются обсерваториям и через бесплатные онлайн-сервисы, и доступна для всех желающих.

Среди финансируемых НАСА программ поиска и изучения ОСЗ наземными оптическими средствами наиболее продуктивны обзорная программа Catalina Sky Survey (CSS) наряду с обзором Siding Spring Survey (Австралия) и обзором Mt Lemmon (США), объединенные в общую программу. В 2012 г. на первое место по количеству открываемых ОСЗ вышел современный перспективный обзор неба Pan-STARRS. Обладая проницанием до 24-й звездной величины и полем зрения 2.7х2.7є, телескоп этого проекта может уверенно обнаруживать 300-метровые объекты на дальности в одну астрономическую единицу.

В 2002 г. при комитете ООН по мирному использованию космоса была образована Группа действия 14 (Action team 14), задачей которой стала координация усилий разных стран по решению проблемы АКО и выработке общего соглашения по процедуре принятия решений в области предупреждения астероидной опасности.

Европейская система оповещения об обстановке в космосе SSA (Space Situational Awareness) была запущена 1 января 2009 г. и по завершении начального трехлетнего периода будет развернута в 2012-2019 гг. Ее цели - мониторинг объектов на околоземных орбитах (в том числе космического мусора), геофизической обстановки (вспышки на Солнце, состояние магнитосферы Земли), поиск сближающихся с Землей объектов. Планируется создать систему из шести широкоугольных телескопов с диаметром зеркала 1 м и полем зрения 2.9°х2.9°, которые в автоматическом режиме смогут за сутки осматривать все небо и обнаруживать потенциально опасные астероиды диаметром более 50 м за три месяца до возможного столкновения. Информация всех европейских обсерваторий будет стекаться в координационный центр, который открылся в Риме 28 мая 2013 г. Сегодня космический сегмент представлен станцией «Розетта», запущенной в 2004 г. В 2014 г. она сблизится с кометой Чурюмова-Герасименко и станет ее спутником на два года, а пока находится в спящем режиме. Планируется совместно с Японией осуществить проект по выводу на орбиту ИК-телескопа «Марко Поло» и по той же программе - полет к астероиду для взятия пробы его грунта с доставкой на Землю. Руководитель программы Н. Бобринский заявил о готовности EKA инициировать совместно с Россией астероидный проект, если Роскосмос проявит к этому интерес.

В феврале 2007 г. при Совете РАН по космосу была создана экспертная рабочая группа по космическим угрозам. В нее вошли представители научных учреждений РАН, высших учебных заведений, Роскосмоса, МЧС, Росатома, министерства обороны РФ и других заинтересованных ведомств и организаций. Основная задача - подготовка концепции Федеральной целевой программы по противодействию космическим угрозам. В экспертную группу входят секции «Астероидно-кометная опасность» и «Космический мусор». Ситуация с космическим мусором приближается к критической. Сейчас его количество на орбитах (от низких до геостационарной) составляет около 760 тыс. объектов размером от 1 см и больше. Если не принять мер, то уже через несколько десятилетий могут начаться каскадные столкновения вышедших из строя аппаратов и их фрагментов и реализуется так называемый эффект Кесслера, когда ближний космос станет непригодным для практического использования. Проблема «Космические риски и угрозы: как обеспечить планетарную защиту» обсуждалась на круглом столе Совета Федерации РФ 13 марта 2013 г.

В России фундаментальные и прикладные исследования, связанные с проблемой астероидно-кометной опасности, ведутся в ряде научных центров: Институте астрономии РАН, Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ, Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (ИМП РАН), Институте прикладной астрономии РАН, Институте динамики геосфер РАН, Главной астрономической обсерватории РАН, Институте космических исследований РАН, Институте солнечно-земной физики СО РАН. У нас в стране работают две системы отечественной разработки ISON (International Scientific Optical Network) и МАСТЕР (Международная астрономическая система телескопов-роботов), которые попутно с основными научными программами обнаруживают объекты, сближающиеся с Землей. Сеть телескопов ISON предназначена для поиска космического мусора и слежения за спутниками на высокоэллиптических орбитах и на геостационаре, где обстановка все время находится в динамике: есть работающие спутники, есть отработавшие свой ресурс, есть фрагменты, которые образовались от столкновений и, конечно, есть спутники специального назначения - по контролю за ядерными взрывами и за спутниками других стран на данной орбите.

В СССР к началу освоения космоса была создана широкая сеть для наблюдения околоземного пространства, в которой имелось около 70 телескопов, большая часть которых широкоугольные с диаметром зеркала от 40 до 80 см. В 2004-2008 гг. на ее основе была создана сеть оптических телескопов НСОИ АФН (международное название ISON). Она финансируется Роскосмосом, научное сопровождение и ведение каталога космического мусора и спутников обеспечивает ИПМ РАН им. М.В. Келдыша, а техническую реализацию - ЗАО «АНЦ «Проект-Техника». Сегодня ISON дает 97% информации по объектам на геостационарной и высокоэллиптических орбитах. Это та область, где Россия превосходит США, и они это признают. Вся информация передается в головную организацию по контролю космического пространства «Вымпел», где имеется автоматизированная система по предупреждению опасных ситуаций в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП).

Кроме того, для поиска астероидов и комет ISON имеет три телескопа: в Кисловодске и на Украине под Житомиром - диаметром 60 см, в штате Нью-Мексико (США) на высоте 2220 м - диаметром 45 см и полем зрения 100х100 угловых минут. Все три телескопа изучают астероиды, на них отрабатывается методика наблюдений и программное обеспечение. Задействован телескоп Крымской обсерватории диаметром 2.6 м.

Телескопы ISON роботизированы. Один телескоп диаметром 25 см с проницаемостью 17m, второй - обзорный, с полем зрения 7°х9° и диаметром зеркала 20 см, имеет две трубы. Обзорный телескоп сканирует небо и, если найден неизвестный объект, не совпадающий по каталогу со звездами и спутниками, вырабатывает целеуказания на телескоп с диаметром 40 см, фокусным расстоянием 1 м 20 см и полем зрения 3 кв. градуса, разработанный фирмой «Сантел». С проницаемостью 20.5m при выдержке 100 с за 8-часовую ночь наблюдения два телескопа покрывают 190 кв. градусов. Автоматически определить астероид нельзя, требуется четыре серии снимков по восемь кадров, чтобы выявить кандидата на астероид и исключить ложные сигналы от дефектов матрицы. Полученные снимки передаются для анализа в ИПМ РАН. Недавно с помощью этих телескопов была открыта комета, названная ISON. Планируется установить 65-сантиметровый телескоп системы Санковича с полем зрения 3.4 кв. градуса и проницаемостью до 21m, который позволит за 8-часовую ночь покрывать 400 кв. градусов неба. За время работы ISON открыто 1500 астероидов Главного пояса, четыре кометы, шесть потенциально опасных объектов, один их которых, наиболее опасный, занесен в таблицу рисков.

Из всех организаций РАН, которые в той или иной мере занимаются проблемой астероидов, наиболее передовой с точки зрения технического оснащения, научного и организационного обеспечения и достигнутых результатов, которые признаны на международном уровне, является ИПМ им. М.В. Келдыша. Поэтому на основе накопленного опыта в этом институте сформированы предложения по проблеме астероидно-кометной опасности:

· создать на базе их баллистического центра центр сбора, обработки и анализа информации по ОСЗ, архивирования и уточнения орбит ПОО;

· продолжить отработку методики астероидных обзоров, ввести в строй пять телескопов с большими полями зрения, два из которых расположить в Южном полушарии;

· создать сеть из 10 новых телескопов;

· возобновить работы по радиолокации астероидов на базе 70-метрового радиотелескопа в Евпатории и радиотелескопов сети радиоинтеферометрии со сверхдлинными базами.

В нашей стране существует также сеть роботизированных телескопов МАСТЕР (ГАИШ МГУ), входящая в Международную систему оповещения о гамма-всплесках. Они расположены в Кисловодске, Кауровке (под Екатеринбургом), в Иркутском университете, в Благовещенске, под Москвой (Востряково) и в Аргентине. Предполагается установить телескоп в Южной Африке и на острове Тенерифе (Канарские острова). Это 40-сантиметровые телескопы с полем зрения 2°х2° и проникающей способностью 20m. В конструкцию входят две камеры диаметром 7 см с полем зрения 400 кв. градусов каждая. В режиме поиска трубы телескопа разведены для охвата разных участков неба. Когда фиксируется гамма-всплеск, они переводятся в положение параллельно; тогда поле зрения составляет 4 кв. градуса, ведется сопровождение и съемка объекта наблюдения с передачей координат в Международную сеть GSN. Разнесенные по долготе телескопы МАСТЕР позволяют в зимнее время вести практически круглосуточное наблюдение в Северном полушарии во всем оптическом диапазоне длин волн (от синего до ближнего инфракрасного). В случае попадания в поле зрения телескопа неизвестного объекта, которого нет в каталоге звезд, проводится его съемка и, если он идентифицируется как астероид, данные передаются в Центр малых планет, где по базе данных определяется, известный это объект или нет. Если объект новый, об этом сообщается всем обсерваториям. Стоимость такого телескопа 500 тыс. евро, весь роботизированный комплекс производится московским объединением «Оптика».

Кроме того, существует Пулковская кооперация оптических наблюдений (ПулКОН) - протяженная сеть оптических телескопов в 11 обсерваториях для выполнения координационных наблюдательных программ по изучению переменных звезд. ПулКОН по договорам с министерством обороны РФ работает по отслеживанию мусора на низких орбитах и регистрирует астероиды.

К сожалению, приходится признать, что по сравнению с Америкой и Европой наши возможности в астрономических наблюдениях и тем более в решении проблемы астероидно-кометной безопасности выглядят весьма скромно. Если в России самый крупный оптический телескоп - 6-метровый Зеленчукский, введенный в строй еще в 1964 г., то в мире давно работают 10-метровые телескопы на Гавайях, на Канарских островах, 11-метровый в ЮАР, 12-метровый в Чили. Следует отметить, что наиболее удачным местом для продолжительного наблюдения объектов в Южном полушарии является Антарктида с ее благоприятным астроклиматом, где уже имеется американский 10-метровый телескоп на высоте около 4 тыс. м и разворачивается китайская автоматическая обсерватория PLATO-A в самой высокой точке. Планируется создание телескопов следующего поколения, оснащенных сегментированными зеркалами (так как с увеличением диаметра зеркал непомерно растет их вес): гигантского 24-метрового телескопа «Магеллан» (GMT), 30-метрового (TMT) и «Исключительно большого телескопа» (OWL) со 100-метровым зеркалом и разрешением 0.001 угловой секунды, который проектируется для Европейской южной обсерватории в Чили. Все они начнут работать в 2016-2018 гг. Президент Российской Федерации 22 мая 2013 г. поручил правительству решить вопрос об участии российских ученых в работе Европейской южной обсерватории и возможности внесения взноса в виде высокотехнологичного оборудования.

Из всего изложенного можно сделать следующие выводы:

· проблема астероидно-кометной безопасности является межгосударственной. В ее решении Россия ограничивается лишь наблюдениями в ходе выполнения научных астрономических исследований, проводимых с другими целями. Нужно найти свою нишу, которая позволит дополнить мировые исследования и внести достойный вклад в общее дело. Для этого требуется создать систему постоянного поиска и мониторинга объектов, сближающихся с Землей;

· необходимо скорейшее принятие Федеральной целевой научно-технической программы «Система астероидно-кометной безопасности России», которая должна включать создание: координационно-аналитического центра под эгидой Роскосмоса и РАН; наземной специализированной сети телескопов для обнаружения объектов, сближающихся с Землей; космического сегмента из беспилотных аппаратов с привлечением пилотируемых станций для расширения возможностей раннего обнаружения потенциально опасных объектов; новой технологии, позволяющей заблаговременно обнаруживать тела размером от 50 м и крупнее; моделирующего комплекса по оценке последствий космических угроз; системы обучения населения и руководителей разных уровней тому, как действовать при возникновении космической угрозы (астероидно-кометной опасности).

Падение астероидов - проблема, угрожающая безопасности цивилизации, невозможно предугадать, на территорию какой страны они упадут. Чебаркульский метеорит всколыхнул мир и в очередной раз показал, что мы недооцениваем космические угрозы, не умеем успешно их предотвращать, поскольку это требует консолидированных усилий всего мирового сообщества. Эта проблема из научной, технической, экономической, военной перерастает в политическую глобального масштаба. Нужно взглянуть на нее не с земных, а с космических высот и строить межгосударственные отношения на этом базисе, иначе у нас у всех невеселая перспектива - рано или поздно может настигнуть глобальная катастрофа.

Размещено на Allbest.ru