В новостях пугают астероидами-убийцами. Реальна ли угроза Земле и как можно защитить планету

Нашу планету постоянно бомбардируют объекты из космоса.

Например, в атмосферу Земли ежедневно попадает около ста тонн космической пыли. В среднем раз в год в атмосфере сгорает астероид размером с автомобиль. Все это не наносит никакого ущерба. Но примерно раз в сто лет о нашу планету ударяются объекты крупнее и наносят локальные разрушения. Последний такой известный астероид в 2013 году упал в окрестностях Челябинска, из-за чего пострадали больше тысячи людей.

Как считают ученые, раз в несколько миллионов лет Земле всерьез угрожает космическое тело, столкновение с которым ставит под вопрос существование жизни. Страхи подпитывают новости, регулярно обещающие приближение очередного «астероида-убийцы», а фильм «Не смотрите наверх» показал, к чему может привести игнорирование проблемы.

Очень важно понимать: в ближайшей — да и отдаленной — перспективе существованию Земли не угрожает огромный космический камень. Но о планетарной обороне специалисты думают уже сейчас, и в сентябре 2022 года НАСА впервые успешно провело эксперимент по отклонению курса астероида.

Я разобрался в астероидных угрозах, а со всем сложным мне помог сотрудник Крымской астрофизической обсерватории Сергей Назаров. Теперь рассказываю, что угрожает Земле, как можно защитить планету, а заодно как проверить, действительно ли очередной космический объект из новостей способен навредить человечеству.

В космосе полно объектов, которые относят к малым телам Солнечной системы: астероидов, комет и межпланетной пыли. А еще существуют метеороиды, метеоры и метеориты. Звучит похоже, но разница большая, а чтобы в дальнейшем не запутаться, объясню, чем они все различаются.

Астероиды. Это похожие на камни объекты размером от нескольких десятков метров до нескольких сотен километров с орбитой вокруг Солнца. Чаще всего у них нет какой-то одной формы, поэтому они выглядят как причудливая глыба.

Астероид — не обязательно огромный монолитный булыжник. Маленькие астероиды в основном представляют собой «груду щебня». Это значит, что они состоят из множества кусочков породы, которые под действием силы тяжести сдавились в единую форму. Поэтому, хотя они выглядят цельными, внутри них много полостей и они совсем непрочные. Те астероиды, что побольше, тоже могут представлять собой «груду щебня», например астероид Рюгу.

Большинство известных человеку астероидов находятся в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Там они периодически таранят друг друга, из-за чего откалываются фрагменты, которые иногда долетают до Земли. Почти все метеориты, найденные на нашей планете, были частью главного пояса.

Метеороиды. Отколовшийся фрагмент астероида или кометы. А еще метеороид мог остаться с момента образования Солнечной системы или даже появиться где-то в другой планетной системе, а после достигнуть нашей. Одни метеороиды вращаются вокруг Солнца, а другие долетают до других тел, например до Луны, и оставляют кратеры от удара. Они могут прилететь даже в космический корабль — поэтому техника и скафандры создаются с расчетом на подобные ситуации.

Некоторые метеороиды долетают и до Земли, в таком случае они переходят в новую форму.

Метеоры. При входе метеороида в атмосферу Земли он начинает разрушаться и оставлять за собой след. Эту полосу света называют болидом или метеором. Именно метеоры обычно принимают за падающие звезды.

Иногда на Землю падает так много метеороидов, что возникает метеорный дождь, или звездопад. Случаются даже метеорные штормы: они происходят, когда число метеоров превышает тысячу в час.

Метеориты. Когда метеороид входит в атмосферу Земли, его фрагменты могут как сгореть полностью, так и частично достигнуть поверхности нашей планеты. В последнем случае их называют метеоритами.

Почти все из 50 000 метеоритов, найденных на нашей планете, произошли когда-то от астероидов. Около 0,2% остальных — осколки с Марса и Луны. Хотя метеориты разных размеров падают на Землю часто, примерно от 10 до 50 в день, пострадавших от прямого попадания мало. Погибший за всю историю наблюдений всего один: по данным исследователей, это произошло в 1888 году на территории современного Ирака.

Статистике есть объяснение. Во-первых, небесные тела сильно разрушаются из-за трения об атмосферу Земли, поэтому менее 5% от их изначальной массы достигает поверхности планеты. Во-вторых, большая часть Земли покрыта водой, так что метеориты в основном падают туда. В-третьих, только 0,44% суши занимают крупные города с высокой плотностью населения.

Кометы. Они, как и астероиды или метеороиды, вращаются вокруг Солнца, но состоят из других веществ. В основном это лед и космическая пыль — получается что-то вроде грязного снежка.

Поэтому, когда комета проносится близко к Солнцу, лед в ней начинает плавиться, а испарившаяся вода и пыль из ядра в итоге формируют хвост кометы. Он напоминает метеор, но есть принципиальное отличие: кометы находятся далеко в космосе, а метеоры — уже в нашей атмосфере.

Для нашей планеты есть две потенциальные угрозы — астероиды и кометы. Сергей Назаров объясняет: «Степень воздействия астероидов и комет на Землю зависит от скорости тела, угла падения, химического состава и массы. Сверхновые звезды в теории тоже могут нам навредить, но только близкие, а это очень редкая история».

Для удобства ученые разделили объекты на две группы по степени опасности.

NEOs. Расшифровывается как Near-Earth objects, к этой группе относят те объекты, что находятся менее чем в 1,3 астрономической единицы от Солнца. Одна астрономическая единица, а. е., — это среднее расстояние от Земли до Солнца.

Объекты из этой группы вращаются недалеко от нашей планеты, но не так близко, чтобы представлять серьезную опасность. Они то сближаются, то удаляются. Их разделили на подгруппы по признаку орбит. Например, Атиры находятся между Землей и Солнцем, а Амуры, наоборот, вращаются снаружи.

PHOs. Вторая группа расшифровывается как Potentially hazardous objects — потенциально опасные объекты. Они находятся гораздо ближе к орбите нашей планеты, чем NEOs, — в пределах 0,05 а. е.

Чтобы астероид или комета попали в группу потенциально опасных, они должны отвечать двум критериям.

Первый — курс на сближение с Землей, то есть их орбиты должны проходить в непосредственной близости к Земле или даже пересекать орбиту нашей планеты.

Чтобы понять, как это выглядит, посмотрите на орбиту кометы Свифта — Туттля. Она считается потенциально опасной из-за сближения с Землей, а еще ядро этой кометы имеет диаметр 26 километров — это в два раза больше, чем объект, крушение которого привело к гибели динозавров. К счастью, в ближайшие две тысячи лет она точно не врежется в нашу планету.

Второй критерий — угрожающий размер: астероиды или кометы более 50 метров в диаметре рассматриваются как серьезная угроза.

Почти все потенциально опасные объекты — астероиды, комет гораздо меньше. На ноябрь 2022 года, по данным НАСА, из 30 502 сближающихся астероидов класса NEOs только 2304 относят к потенциально опасным. Для сравнения, всего в Солнечной системе более миллиона астероидов.

Сближающихся комет угрожающего размера — 117. Стоит на всякий случай повторить: никто из них в ближайшей перспективе точно не ударится о Землю, они просто сближаются в определенный год или пересекают орбиту нашей планеты, как комета Свифта — Туттля.

Для оценки угрозы астероида или кометы разработали две шкалы, они часто встречаются в таблицах с описаниями опасных объектов:

1. Туринская. Имеет десятибалльную систему, где 0 — вероятности столкновения нет, а 10 — столкновение неизбежно. На сегодняшний день объектов с оценкой выше нуля не найдено, хотя недавно обнаруженные астероиды и кометы на время изучения могут получать оценку выше. Так случилось с астероидом Апофис, который в 2004 году оценили на четыре балла, что означает «тесное сближение» или «опустошение значительной области Земли» в случае столкновения. Но после дополнительных расчетов опасность снизили до нулевой.
2. Палермская. Она более сложная, чем Туринская. Риски вычисляются математической формулой, где оценка менее чем −2 означает совсем небольшую опасность. В диапазоне от 0 до −2 объекты заслуживают внимания, а все, что больше, должно вызывать беспокойство. По данным Европейского космического агентства, на октябрь 2022 года самая высокая оценка по этой шкале составляет −1,59, она выдана полукилометровому астероиду Бенну. С минимальной вероятностью 0,04% он столкнется с Землей в 2182 году.

Для наблюдений за сближающимися астероидами и кометами существуют целые организации. Например, в НАСА для этого создали Координационный офис планетарной обороны, PDCO. Его специалисты сперва ищут потенциально опасные объекты, затем отслеживают и характеризуют их, а если столкновение неизбежно, прогнозируют место падения. Но иногда небесные тела пропускают — так случилось со знаменитым Челябинским метеоритом в 2013 году, упавшем в результате столкновения с нашей атмосферой небольшого астероида.

Тогда возник вопрос, почему астероид не обнаружили заранее, хотя существует множество станций наблюдения за опасными космическими телами. Этим занимаются обсерватории при поддержке НАСА, такие как Pan-STARRS и Catalina Sky Survey, а еще космический инфракрасный телескоп NEOWISE, проекты Лаборатории реактивного движения и система из четырех телескопов Atlas. Даже Dark Energy Camera помогает в поиске, хотя она нужна в первую очередь для исследований другой сферы — темной материи.

У системы наблюдения за астероидами и другими объектами выделяют две главные проблемы, из-за которых события вроде падения Челябинского метеорита становятся неожиданностью.

Маленькие объекты сложно заметить. Крупные астероиды на снимках космоса похожи на звезды из-за отраженного солнечного света. Главное различие в том, что звезды гораздо дальше, а астероид находится в пределах Солнечной системы. Если наблюдать за космосом в динамике и светящаяся точка будет двигаться на фоне других, это и есть астероид, он путешествует по своей орбите.

Проблема в обнаружении возникает, когда объект совсем небольшой, такой как Челябинский метеорит. Он имел диаметр около 20 метров, что по меркам космоса ничтожно. А чем меньше объект, тем ближе он должен быть к Земле, чтобы его заметили. А еще некоторые тела движутся слишком быстро и они слишком «темные».

Впрочем, опасные для жизни землян космические объекты обещают обнаружить заранее. Например, система раннего оповещения о столкновении астероидов Atlas гарантирует найти летящее к Земле тело диаметром 100 метров за неделю до столкновения, а те, что около 20 метров, — за несколько дней.

Солнце все портит. Наблюдения с Земли доступны только в темное время суток, а объекты вблизи Солнца очень плохо видны. Ученые называют такой эффект слепым пятном в наблюдениях за космосом, поэтому астероиды появляются из ниоткуда, если заходят со стороны Солнца.

Как говорят в НАСА, Челябинский метеорит собрал сразу обе проблемы. Во-первых, он оказался слишком мал в размерах, а во-вторых, летел со стороны Солнца. Но ученые не опускают руки: в 2026 году в космос по программе НАСА отправится Near-Earth Object Surveyor — современный шестиметровый инфракрасный телескоп. Он будет работать в космосе, поэтому земные проблемы его не коснутся. А поскольку астероид или комета вблизи Солнца нагреваются и выделяют тепло, инфракрасные датчики телескопа обнаружат их, даже если рядом будет яркий свет.

В космосе уже летает другой инфракрасный телескоп, но его запустили по программе WISE давно, в 2009 году, и первоначально он исследовал не только астероиды, но и другие объекты Солнечной системы. А в 2013 году его перевели только на изучение околоземных астероидов и комет.

Сергей Назаров возлагает надежды на еще один телескоп: «Скоро, в 2023 или 2024 году, введут в строй широкоугольный восьмиметровый телескоп Веры Рубин, LSST, он заметно исправит ситуацию. Одной из его основных задач станет поиск малых тел Солнечной системы и наблюдение за ними».

Как объясняет ученый, «передовой телескоп строят еще и в очень удачном месте — Чили, поэтому он охватит все южное небо и почти все северное. Плюс в Чили исключительно хороший астрономический климат благодаря обилию ясных дней. Так что телескоп Веры Рубин позволит заглянуть так далеко, как ни один другой, и, возможно, нам удастся обнаружить максимум неизвестных астероидов».

У планетарной обороны НАСА есть еще одна функция — отклонение или разрушение объекта, находящегося на курсе столкновения с Землей. Организация со сходными целями есть и у Европейского космического агентства, она называется Координационный центр по сближающимся объектам. В 2019 году и в России запланировали аналогичную структуру — Центр по отслеживанию и сопровождению опасных астероидов и комет. Правда, после этого никаких новостей про центр не появилось.

Обнаружением неизвестных астероидов занимается Крымская астрофизическая обсерватория, где работает Сергей Назаров. Поиски ведут на базе советского телескопа «Синтез». Исследователи за полгода открыли сотню новых астероидов. Назаров отмечает, что поисковых программ в России гораздо меньше, чем исследовательских по изучению конкретных астероидов. Среди них — программа МГУ «Мастер», а также проект ISON с сетью телескопов по странам СНГ, некоторые из которых ищут астероиды.

Важно понимать: человечество пока способно только наблюдать за опасными астероидами и кометами. Как говорят в планетарной обороне, если возникнет ситуация, в которой произойдет столкновение астероида размером 150 метров с Землей через несколько месяцев, единственной мерой защиты от него послужит эвакуация с места падения. Никаких заготовленных кораблей-спасителей или ракет с ядерными боеголовками, как в голливудских фильмах, у человечества нет.

Но не все так плохо. В планетарной обороне отмечают: если об угрозе будет известно хотя бы за 7—10 лет до столкновения, то НАСА в сотрудничестве со всем миром вполне успеет разработать средство защиты. Для успеха потребуется воздействовать на астероид или комету не менее чем за три года до удара о Землю.

Уже сегодня существуют идеи, как это сделать, а одна из них даже протестирована. Вот что предлагают для планетарной обороны сейчас.

Подорвать объект ядерной бомбой. Эта идея, как правило, озвучивается первой среди других. В НАСА тоже полагали, что это, вероятно, лучшее решение, и в 2015 году даже заключили соглашение с американским государственным агентством, занимающимся ядерным оружием. А еще разработали прототип с термоядерными бомбами B83. Но такой метод непредсказуем: хотя бомба разрушит объект, разлетающиеся фрагменты способны нанести такой же, если не больший, ущерб планете.

Ученые акцентируют внимание на том, что такой вариант — крайняя мера. Сергей Назаров объясняет: «Кинетический или ядерный удар интересны простотой исполнения, но не отличаются точностью». При этом если и применять взрыв, то он должен не уничтожить астероид или ядро кометы полностью, а лишь отклонить от первоначального курса.

Толкнуть ионным пучком. Это поток заряженных частиц ионов, который можно направить на астероид или комету от ионного двигателя. Последний уже использовали в космосе — например, у корабля Dawn в 2007 году.

По замыслу, космический корабль с ионным двигателем прилетит к опасному объекту, а затем направит его в сторону цели. Если толкать глыбу в течение нескольких лет, первоначальный курс астероида или кометы обязательно изменится. При этом двойное назначение двигателя сократит вес корабля: он будет нужен одновременно и для полета, и для воздействия на объект.

Отклонить гравитацией. Для этого даже существует специальный термин — гравитационный буксир. Назаров объясняет: идея в том, чтобы направить к объекту массивный космический корабль, который будет сопровождать свою цель десятилетиями и отклонять ее с помощью гравитационного поля. Космический аппарат выйдет на орбиту со смещенным центром, это приведет к микроскопическому смещению астероида в направлении на центр орбиты аппарата. Понемногу, за несколько лет, астероид можно будет увести на безопасную траекторию.

Так отклонить получится объект самых разных форм и составов, даже несколько разрозненных объектов. Главная проблема кроется в размерах: чтобы отклонить гравитацией астероид или комету, они должны быть не больше 500 метров.

Навести «лазерных пчел». Идея так и называется — Laser Bees, ее начали изучать еще в 2010 году. По задумке к объекту отправляются несколько кораблей, каждый из которых оборудован мощным лазером.

С помощью воздействия этих лазеров часть материала небесного тела нагреется и перейдет из твердого в газообразное состояние. Газ будет выбрасываться на поверхность и создавать небольшую, но непрерывную тягу, отклоняя астероид или комету в течение долгого времени. Такой эффект называют лазерной абляцией, по расчетам в ходе испытаний метод признали перспективным.

Есть еще один способ, и он, в отличие от остальных, уже опробован. Идея максимально простая — пойти на таран и отклонить объект от курса на Землю. Никаких лазеров, ионных пучков и ядерных бомб — просто взять космический корабль и толкнуть им опасную глыбу. Именно этот метод лег в основу первой в истории попытки продемонстрировать планетарную защиту в действии.

В 2018 году НАСА одобрило программу DART, Double Asteroid Redirection Test, а уже в ноябре 2021 года в космос на ракете SpaceX Falcon 9 отправился зонд-таран. Это небольшой космический корабль массой 570 килограммов и размером с холодильник. Его запустили к системе астероидов Дидим, где есть одноименный астероид и его спутник Диморф размером 160 метров — последний и выбрали целью тарана.

Оба астероида не несут угрозы Земле, но при этом находятся достаточно близко к ней, чтобы ученые смогли наблюдать за последствиями эксперимента. А еще Диморф не очень большой, что делает его почти идеальным испытательным полигоном для миссии DART.

Для навигации в зонде использовали технологию SMART Nav, в основе которой лежат принципы наведения ракет. Когда DART приблизился к астероидам, алгоритмы выбрали наименьший из объектов и направили космический корабль к нему. 26 сентября 2022 года зонд успешно протаранил Диморф. Спутник LICIACube отделился от зонда до столкновения, а после пролетел рядом с Диморфом и сфотографировал последствия удара.

Как отмечают в НАСА, результаты превзошли ожидания. По расчетам столкновение должно было замедлить вращение Диморфа вокруг более крупного Дидима на десять минут, но в реальности замедление достигло 32 минут. Почему это успех: представим, что астероид, вращающийся вокруг Солнца, пересекает орбиту Земли и сталкивается с ней. Если существенно замедлить его вращение, это позволит сместить траекторию.

Теперь в НАСА уверены, что кинетический таран действительно способен выступить эффективным инструментом планетарной обороны.

Отклонение астероида от курса порождает дилемму вагонетки. В 2015 году на конференции по планетарной обороне специалистам предложили поучаствовать в эксперименте. По гипотетическому сценарию к Земле приблизился астероид 2015 PDC, который столкнулся бы с планетой в 2022 году. От участников требовалось спасти людей.

Команда выбрала метод ионного пучка и запустила воображаемый корабль в мае 2017 года. В 2019 году он прибыл к астероиду — за три года до столкновения. Моделирование показало, что на отклонение крупной глыбы от Земли уже не хватит времени, а удар придется на сушу планеты.

Изучив варианты, исследователи пришли к выводу, что астероид упадет на столицу Индии Нью-Дели с населением в три миллиона человек. Но если отклонять небесное тело все оставшееся до столкновения время, можно перенести место падения из Индии в малонаселенные регионы Пакистана или Афганистана, где разрушения не оказались бы столь чувствительными.

Главный вопрос, который возник перед участниками эксперимента: справедливо ли со стороны Индии направить астероид на территорию соседних государств? И что будет, если там выступят против? Эти механизмы пока тоже не проработаны.

В СМИ легко встретить панические заголовки про «сближение с Землей „астероида-убийцы“». Кажется, такие инфоповоды появляются каждые несколько недель. Чтобы лишний раз не волноваться, я подготовил небольшую инструкцию по проверке новостей, а Сергей Назаров дал несколько советов.

Для начала отмечу: если вы увидели подобную новость, имейте в виду, что сближение — это еще не значит столкновение. Астероид или комета чаще всего пролетают на расстоянии в несколько миллионов километров от Земли. Вот такой на самом деле уровень «тесного сближения».

Для примера я взял новость из российских СМИ про сближение полукилометрового астероида 2022 SE37. Не такое яркое название, как «убийца планет», но разберемся, что он из себя представляет.

Для этого сперва зайдем в раздел Small-Body Database Lookup на сайте Лаборатории реактивного движения НАСА. Там в строке поиска введем индекс астероида и получим о нем подробную информацию вплоть до анимации орбиты.

Под индексом астероида заметна классификация NEO. Это значит, что астероид действительно сближается с Землей и не входит в группу PHA — потенциально опасных астероидов. Можно расслабиться, пусть пролетает, как ему удобно.

Во вкладке Orbit Viewer доступна анимация движения астероида по орбите и ее положение относительно Солнца. Но нас интересует вкладка Close Approach Data, где приведены даты сближений и расстояния в эти моменты до Земли.

Теперь мы видим, что астероид в первый раз сближался с Землей 30 сентября на дистанции 0,13955 а. е., это почти 21 миллион километров. Для сравнения, среднее расстояние до Луны — 384 400 километров. Выходит, астероид пролетел очень далеко, так что волноваться в сентябре точно не стоило. В будущем астероид тоже не слишком приблизится к нашей планете.

Еще для быстрого взгляда на приближающиеся объекты у НАСА есть специальная обновляющаяся страница с пятью астероидами, которые пролетят мимо Земли в ближайшее время.

Более подробная информация обо всех приближающихся астероидах доступна в двух главных источниках.

Лаборатория реактивного движения НАСА. Зайдите в раздел NEO Earth Close Approaches, там есть таблица со всеми данными: названия объектов, даты сближений, размеры и прочее. Если кликнуть по названию, вы попадете на страницу Small-Body Database Lookup с информацией о выбранном объекте.

А в другом разделе на сайте Лаборатории реактивного движения, который называется Sentry: Earth Impact Monitoring, есть таблица с названиями объектов и рисками их столкновения с Землей, а также оценками по Туринской шкале. Удобно проверить, действительно ли какой-то астероид «неизбежно столкнется» с нашей планетой.

Центр малых планет Международного астрономического союза. Перейдите на сайт, а потом прокрутите страницу вниз, справа будет небольшая таблица Close Approaches. Там приведены названия объектов, дата сближения с Землей и дистанция в средних расстояниях до Луны — напомню, это примерно 385 000 километров.

После нашей проверки я готов с уверенностью сказать: астероид 2022 SE37 хоть и сближается с Землей, но пролетит не настолько близко, чтобы в итоге в нее врезаться, и опасности не представляет на несколько веков вперед.

И уж точно фотография с обложки новости, где пылающий астероид падает на планету, не соответствует действительности.

1. Мелкие небесные тела падают на Землю ежедневно. Относительно крупные, да еще такие, что причиняют разрушения, падают гораздо реже.
2. Ученые особенно пристально следят примерно за двумя тысячами астероидов и метеороидов — они получили класс потенциально опасных. Но это не повод для паники: согласно расчетам ученых, и близко нет небесных тел, которые представляют скорую и реальную опасность.
3. О планетарной обороне думают уже давно. Первый ее рубеж — наблюдение. Есть проблема, что из-за слепого пятна со стороны Солнца, малых размеров и скорости ученые пропускают небесные тела, которые могут нанести урон.
4. У Земли все еще нет плана на случай, если планете будет угрожать небесное тело, способное причинить огромный ущерб. Но варианты придумывают: в ход идут ионные двигатели, лазеры, гравитационный буксир и даже ядерная бомба. В основе всех идей — желание не уничтожить астероид, а скорректировать его курс.
5. В октябре 2022 года НАСА успешно испытало метод кинетического тарана: зонд буквально подтолкнул астероид и направил его по другому направлению. Результаты даже превзошли ожидания ученых — это первый опробованный метод планетарной защиты.
6. Если увидите в СМИ и пабликах новости про сближение с Землей очередного «астероида-убийцы», проще всего не тратить на эти новости время. Если сомневаетесь — проверьте информацию в открытых системах мониторинга малых небесных тел, посмотрите класс объекта, степень опасности и расчетный курс при пролете мимо Земли.