Что можно сделать, чтобы спасти Землю от смертоносного астероида?
Представьте себе, что однажды обсерватории мира все как один подтвердят: к Земле приближается астероид, столкновение неизбежно. Космические нации должны договориться, как его остановить. Каменные глыбы, летящие через космос, могут нанести катастрофические повреждения нашей планете. Что произойдет дальше, зависит от того, сколько времени на раздумья нам оставляет астероид. Ни один из вариантов не будет простым, возможно, потребуется применение ядерного оружия. Что мы будем делать, когда такой день наступит?
Как много опасностей для нашей планеты таит в себе космос
Часто ли падают астероиды
Большие астероиды падают редко. Последним из таких, что вызвал суровые повреждения для жизни, был Тунгусский метеорит в 1908 году. Считается, что это был метеорит, который взорвался в 10 километрах над удаленной сибирской областью.
Такого рода падение происходит раз в несколько столетий. Но Сибирь далеко; даже сегодня ее население мало и разбросано по огромной территории. Если бы этот же объект прибыл на четыре-пять часов позднее, он упал бы на Санкт-Петербург и произвел взрыв, который эквивалентен мегатонному ядерному взрыву.
Падение метеорита и вызванный им взрыв подобен мегатонному ядерному взрыву
Уменьшенную версию этого кошмарного сценария мы имели честь наблюдать совсем недавно. В 2013 году Челябинский метеорит, который развалился на высоте 30 километров, выбил стекла и поранил 1400 человек в российском городе. Взрыв, который он вызвал, был эквивалентен 500 килотоннам — порядка 30 бомб, сброшенных на Хиросиму, — но произошел достаточно высоко, чтобы все обошлось. Такие падения происходят довольно часто, три раза в год в среднем. Большинство из них происходят над океаном или в удаленных местах, поэтому их не замечают. И все же волнующий нас вопрос будет «не случится ли такое падение вообще и когда оно случится?».
Можно ли предотвратить падение астероидf
Государства относятся к этому вопросу очень серьезно и предпринимают первые шаги по предупреждению опасного падения. В январе NASA сформировало отдел по координации планетарной защиты (Planetary Defense Coordination Office), который станет координационным центром по наблюдению за астероидами и работе с другими космическими агентствами над тем, как нужно действовать в случае возможного столкновения крупных космических камней с Землей.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
На текущий момент PDCO тратит большую часть своих усилий на обнаружение, координацию различных программ наблюдения, говорит Линдли Джонсон, офицер планетарной обороны NASA. Потому что нельзя бороться с космическими камнями, если не знать, где они. «Мы пытаемся найти все, что может стать угрозой в ближайшие годы и даже десятилетия, заранее», говорит он. Как только обнаруживается опасный астероид, начинается работа над планами по остановке конкретно этого объекта.
Простейший метод включает своего рода планетарный бильярд, использующий космический зонд, который направит тяжелый объект (или сам зонд) для столкновения с объектом. Тогда астероид, как полагают, изменит свой курс и пролетит мимо Земли.
Совместная миссия Европейского космического агентства и NASA должна будет проверить такую технологию в следующие несколько лет: называется она Asterod Impact and Deflection Assesment (Aida). Миссия состоит из двух космических аппаратов, один из которых называется Asteroid Impact Mission (Aim), который будет запущен в конце 2020 года, и второй, Double Asteroid Redirection Test (Dart), будет запущен в 2021 году.
Посадка на астероид
В 2022 году они прибудут на двойной астероид 65803 Didymos, который летит с компаньоном Didymoon. Didymos в поперечнике 780 метров, а Didymoon – 170 метров. Младший обращается вокруг старшего каждые 11,9 часа, и находятся они близко друг от друга — всего в 1100 метрах. Аппарат Aim встретится с астероидом и изучит его состав. Как только прибудет Dart, он врежется в Didymoon, и Aim изучит последствия для орбиты младшего из камней. Задача миссии — выяснить, как можно перенаправить астероид так, чтобы не вывести его на опасную траекторию. С этого, собственно, стоит начинать планирование миссии.
Чтобы понимать перспективность такой миссии, знаменитый Аризонский кратер в американском штате Аризона был, вероятно, образован объектом в три раза меньше, чем Didymoon, и диаметр его 1,18 километра. Камень размером с Didymos, который попадает в Землю на скорости 125 метров в секунду, вызовет взрыв эквивалентом в две мегатонны; этого достаточно, чтобы уничтожить город. И это минимальная скорость. На своей максимальной скорости (порядка 186 метров в секунду) он выбросит четыре мегатонны энергии — это около четырех миллионов тонн в тротиловом эквиваленте.
«Мы хотим изменить орбиту этого спутника, — говорит Патрик Мишель, старший научный сотрудник Национального центра научных исследований Франции и один из лидеров команды Aida, — поскольку орбитальная скорость спутника вокруг основного тела всего 19 сантиметров в секунду». Даже небольшие изменения можно будет измерить с Земли, добавляет он, изменив орбитальный период Didymoon на четыре минуты.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Важно также посмотреть, сработает ли взрывной элемент. «Все модели столкновений, которые мы прорабатываем, основаны на понимании физики столкновений, которая проверялась лишь в лабораторных масштабах на сантиметровых целях», говорит Мишель. Сработают ли эти модели на настоящих астероидах, пока не совсем понятно.
Джонсон добавляет, что эта технология является наиболее зрелой — люди уже продемонстрировали способность добраться до астероида, в частности, с миссией Dawn к Церере и миссией «Розетты» к комете 67P/Чурюмова — Герасименко.
Помимо подхода с боеголовкой, есть также гравитационный подход — просто разместить относительно массивный космический аппарат на орбите возле астероида и дать их взаимному гравитационному притяжению мягко направить объект на новый путь. Преимущество такого метода в том, что по сути нужно только доставить к месту назначения космический аппарат. Миссия NASA ARM может косвенно проверить эту идею; часть этого плана заключается в возвращении астероида в околоземное пространство.
Так выглядит Аризонский кратер
Сколько времени готовится космическая миссия
Однако ключевым элементом таких методов будет время; потребуется добрых четыре года, чтобы собрать космическую миссию за пределы орбиты Земли, а космическому аппарату потребуется лишний год или два, чтобы добраться до нужного астероида. Если времени будет мало, придется пробовать что-нибудь еще.
Квичен Чжан, физик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, считает, что нам помогут лазеры. Лазер не взорвет астероид, как какая-нибудь Звезда Смерти, но испарит небольшую часть его поверхности. Чжан вместе с коллегами работали с экспериментальным космологом Филиппом Любиным, чтобы представить набор орбитальных симуляций Астрономическому обществу Тихого океана.
Спасти Землю можно с помощью новейших технологий
Такой план может показаться неэффективным, но не забывайте, что если начать заранее и работать долго, можно изменить курс тела на многие тысячи километров. Чжан говорит, что преимуществом лазера является то, что большой лазер можно построить на земной орбите и не потребуется лететь к астероиду. Лазер мощностью в один гигаватт, работающий в течение месяца, может сдвинуть 80-метровый астероид — вроде тунгусского метеорита — на два земных радиуса (12 800 километров). Этого достаточно, чтобы избежать столкновения.
Другой вариант этой идеи — послать космический аппарат, оснащенный менее мощным лазером, но в этом случае ему придется добраться до астероида и следовать за ним относительно близко. Поскольку лазер будет меньше — в диапазоне 20 кВт — ему придется работать многие годы, хотя моделирование Чжана показывает, что спутник, преследующий астероид, может столкнуть его с курса за 15 лет.
Чжан говорит, что среди плюсов использования орбиты Земли то, что преследование астероида или кометы не так-то просто осуществить, как кажется, несмотря на то что мы уже это делали. «Розетта изначально должна была лететь к другой комете (46P), но задержка в запуске привела к тому, что первоначальная цель ушла с привлекательной позиции. Но если комета решит направиться к Земле, у нас не будет возможности сменить ее на вариант получше». Следить за астероидами несложно, но чтобы добраться до него, все равно нужно не меньше трех лет.
Джонсон, однако, отмечает одну из самых больших проблем, связанных с использованием лазера любого рода: никто еще не запускал километровый объект на орбиту, не говоря уж о лазере или о целом массиве таковых. «Есть много незрелых моментов в этом плане; непонятно даже, как надежно преобразовать солнечную энергию в лазерную, чтобы тот функционировал достаточно долго».
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Есть еще «ядерный вариант». Если вы видели фильм «Армагеддон», такой вариант кажется вам простым, но на деле он намного сложнее, чем кажется. «Придется отправлять целую инфраструктуру», говорит Массимилиано Василе из Университета Страйтклайда. Он предлагает взорвать ядерную бомбу на некотором расстоянии от цели. Как и с лазером, план заключается в том, чтобы испарить часть поверхности, тем самым создав тягу и изменив орбиту астероида. «При подрыве вы получаете преимущество высокой эффективности использования энергии», говорит он.
Падения метеоритов могут опасны для густонаселенных городов
В то время как лазеры и ядерные бомбы могут сработать, когда астероид находится ближе, даже в этих случаях важное значение будет иметь состав объекта, поскольку температура испарения будет отличаться от астероида к астероиду. Другой вопрос — летающий щебень. Многие астероиды могут быть просто собранием пород, которые слабенько держатся вместе. В случае с таким объектом боеголовка не подойдет. Гравитационный буксир будет лучше — он не зависит от состава астероида.
Любой из этих методов, впрочем, может столкнуться с последним препятствием: политикой. Договор по космосу 1967 года запрещает использование ядерного оружия и его испытания в космосе, а вывод гигаваттного лазера на орбиту может заставить некоторых людей нервничать.
Чжан отмечает, что если мощь орбитального лазера будет снижена до 0,7 гигаватта, он сместит астероид всего на 0,3 земного радиуса — около 1911 километров. «Небольшие астероиды, которые могут уничтожить город, намного более распространены, чем разрушители планет. Теперь представьте, что такой астероид на траектории, ведущей к Нью-Йорку. В зависимости от обстоятельств, попытка и частично неудачное отклонение астероида от Земли может сместить место падения на Лондон, например. Если будет хоть какой-нибудь риск ошибки, европейцы просто не дадут США отклонять астероид».
Таких препятствий вообще ожидают в последний момент. «В этих договорах есть лазейка», говорит Джонсон, говоря о договоре по космосу и договоре о полном запрете на ядерные испытания. Они не запрещают запуск баллистических ракет, которые движутся через космос и могут быть вооружены ядерным оружием. И в свете необходимости в защите планеты, критики могут и потерпеть.
Мишель также отмечает, что, в отличие от любого другого стихийного бедствия, конкретно этого мы можем избежать. «Естественный риск такого очень низок, по сравнению с цунами и тому подобному. Но в этом случае мы можем сделать хоть что-то».
Источник
Можно ли спасти Землю, передвинув ее подальше от Солнца?
Однажды в будущем океаны Земли вскипят, уничтожая всю жизнь на поверхности планеты, и сделают ее совершенно непригодной для жизни. Это глобальное потепление в некотором смысле неотвратимо: постепенное потепление, которое испытывает Солнце, происходит за счет постепенного выгорания топлива внутри светила. Однако есть способ сохранить Землю обитаемой, если мы разработаем долгосрочное решение: миграция всей Земли. Возможно ли это?
Нам нужно выяснить, насколько жарко станет и насколько быстро это произойдет, чтобы передвинуть Землю в темпе.
Способ, которым любая звезда получает свою энергию, заключается в сплавлении более легких элементов в более тяжелые в ядре. Наше Солнце, в частности, синтезирует гелий из водорода в регионах, где температура ядра превышает 4 000 000 градусов. Чем горячее, тем быстрее скорость синтеза; в самом сердце ядра температура достигает 15 000 000 градусов. Эта скорость почти всегда постоянная. За долгое время процентное соотношение водорода к гелию меняется, и внутренняя часть нагревается чуть сильнее за миллиарды лет. И когда происходит разогрев, мы наблюдаем следующее:
- светимость увеличивается — больше энергии излучается со временем
- светило слегка увеличивается в размерах, радиус увеличивается на несколько процентов за каждый миллиард лет
- его температура остается почти всегда постоянной, меняясь менее чем на 1% за миллиард лет.
Все это сводится к одному неудобному факту: количество энергии, которая достигает Земли, медленно растет со временем. За каждые 110 миллионов лет солнечная светимость увеличивается примерно на 1%. Это означает, что энергия, достигающая Земли, также увеличивается на 1% примерно за то же время. Когда Земля была на четыре миллиарда лет моложе, наша планета получала 70% от энергии, которую получает сегодня. И через еще один-два миллиарда лет, если мы ничего не сделаем, на Земле образуются существенные проблемы. В какой-то момент температура на поверхности поднимется до 100 градусов по Цельсию. То есть океаны испарятся.
Как нам это смягчить? Есть несколько возможных решений:
- Мы можем установить ряд больших отражателей в точке Лагранжа L1, чтобы не давать части света достигать Земли.
- Мы можем изменить при помощи геоинженерии атмосферу/альбедо нашей планеты, чтобы она отражала больше света и поглощала меньше.
- Мы можем избавить планету от парникового эффекта, убрав молекулы метана и диоксида углерода из атмосферы.
- Мы можем покинуть Землю и сосредоточиться на терраформировании внешних миров вроде Марса.
В теории все может сработать, но потребует колоссальных усилий и поддержки.
Однако решение о миграции Земли на удаленную орбиту может стать окончательным. И хотя нам придется постоянно уводить планету с орбиты, чтобы поддерживать температуру постоянной, на это уйдут сотни миллионов лет. Чтобы компенсировать эффект 1% увеличения светимости Солнца, нужно отвести Землю на 0,5% расстояния от Солнца; чтобы компенсировать увеличение в 20% (то есть за 2 миллиарда лет), нужно отвести Землю на 9,5% дальше. Земля будет уже не в 149 600 000 км от Солнца, а в 164 000 000 км.
Расстояние от Земли до Солнца не сильно изменилось за последние 4,5 миллиарда лет. Но если Солнце будет нагреваться и мы не хотим, чтобы Земля поджарилась окончательно, нам придется серьезно рассмотреть возможность миграции планеты.
На это нужно много энергии! Сдвинуть Землю — все ее шесть септиллионов килограммов (6 х 10 24 ) — подальше от Солнца — значит существенно изменить наши орбитальные параметры. Если мы отведем планету от Солнца на 164 000 000 км, будут заметны очевидные различия:
- Земля будет совершать оборот вокруг Солнца на 14,6% дольше
- для поддержания стабильной орбиты, наша орбитальная скорость должна упасть с 30 км/с до 28,5 км/с
- если период вращения Земли останется прежним (24 часа), в году будет не 365, а 418 дней
- Солнце будет намного меньше в небе — на 10% — а приливы, вызванные Солнцем, будут слабее на несколько сантиметров
Если Солнце раздуется в размерах, а Земля отдалится от него, два этих эффекта не совсем компенсируются; Солнце будет казаться меньше с Земли
Но для того, чтобы вывести Землю так далеко, нам нужно произвести очень большие энергетические изменения: нам нужно будет изменить гравитационную потенциальную энергию системы Солнце — Земля. Даже принимая во внимание все остальные факторы, включая замедление движения Земли вокруг Солнца, нам придется изменить орбитальную энергию Земли на 4,7 х 10 35 джоулей, что эквивалентно 1,3 х 10 20 тераватт-часов: в 10 15 раз больше ежегодных затрат энергии, которые несет человечество. Можно было бы подумать, что через два миллиарда лет они будут другими, так и есть, но не сильно. Нам понадобится в 500 000 раз больше энергии, чем человечество генерирует сегодня во всем мире, и все это уйдет на передвижение Земли в безопасное место.
Скорость, с которой планеты обращаются вокруг Солнца, зависит от их расстояния до Солнца. Медленная миграция Земли на 9,5% расстояния не нарушит орбиты других планет.
Технологии — это не самый сложный вопрос. Сложный вопрос куда более фундаментальный: как мы получим всю эту энергию? В реальности есть только одно место, которое удовлетворит наши потребности: это само Солнце. В настоящее время Земля получает около 1500 Вт энергии на квадратный метр от Солнца. Чтобы получить достаточную мощность для миграции Земли за нужный промежуток времени, нам придется построить массив (в космосе), который соберет 4,7 х 10 35 джоулей энергии, равномерно, за 2 миллиарда лет. Это значит, что нам нужен массив площадью 5 х 10 15 квадратных метров (и 100% эффективностью), что эквивалентно всей площади десяти планет, как наша.
Концепция космической солнечной энергии разрабатывается уже давно, но никто пока не представлял себе массив солнечных элементов размером в 5 миллиардов квадратных километров.
Поэтому чтобы перевезти Землю на безопасную орбиту подальше, понадобится солнечная панель в 5 миллиардов квадратных километров 100-процентной эффективности, вся энергия которой будет уходить на выталкивание Земли на другую орбиту в течение 2 миллиардов лет. Возможно ли это физически? Абсолютно. С современными технологиями? Вообще никак. Возможно ли это практически? С тем, что мы знаем сейчас, почти наверняка нет. Перетащить целую планету сложно по двум причинам: во-первых, из-за силы гравитационного притяжения Солнца и из-за массивности Земли. Но мы имеем именно такое Солнце и такую Землю, а Солнце будет нагреваться вне зависимости от наших деяний. Пока мы не придумаем, как собрать и использовать такое количество энергии, нам будут нужны другие стратегии.
Источник