Astronómia, satelit, vesmír

Asteroidy prekrížené zeme



Ako ich môžeme zistiť, zmerať a odkloniť?

Autor: David K. Lynch,

Teleskop Pan-STARRS sa pripravuje na ostrove Maui. Obrázok Pan-STARRS. Používa sa so súhlasom.

Môžeme urobiť niečo s asteroidom, ktorý je určený na zasiahnutie Zeme? Odpoveď je, áno, za predpokladu, že je dosť malá a že máme dosť času na odoslanie kozmickej lode na jej odklonenie. Ako uvidíme, čím dlhšie máme varovný čas, tým väčší asteroid dokážeme zvládnuť. Mnoho aspektov zmierňovania vplyvu asteroidov bolo zhrnutých v správe Spaceguard. Nedávno NASA tiež dokončila štúdiu a kongres sa používa na rozhodovanie o tom, aké kroky môžu a mali by podniknúť USA a ďalšie národy.

Astronómovia sa veľa času snažili prísť na to, ako zachrániť Zem pred dopadom asteroidov. Najprv musíte nájsť všetky asteroidy, vypočítať ich obežné dráhy a zistiť, ktoré sa nebezpečne priblížia k Zemi. Akonáhle poznáte obežnú dráhu, môžete zistiť, kedy zasiahne. To vám povie, koľko času varovania máte. A konečne, ak dokážete zistiť hmotnosť asteroidu, môžete vypočítať, aké ťažké ho musíte zatlačiť, aby ste zmenili jeho obežnú dráhu len tak, aby zmeškali Zem. Hollywoodsky názor na odoslanie bomby na „vyhodenie do vzduchu“ je nereálny, pretože dnešné štartovacie vozidlá nemôžu niesť dosť veľkú bombu. Okrem toho môžete namiesto jedného veľkého tela skončiť s mnohými malými úlomkami namierenými na Zem.

Nájdenie ich

Nájdenie asteroidov je relatívne ľahké. Prvú objavil Giuseppe Piazzi v roku 1801. Niekoľko observatórií sa v súčasnosti venuje hľadaniu asteroidov a ich sledovaniu (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS a ďalšie). V súčasnosti sa našlo asi 80% asteroidov s priemerom väčším ako 1 km. Žiadny z nich nemá dráhy, ktoré by ich priviedli na pozemské býčie oko. V roku 2004 bol objavený asteroid s veľkosťou 250 m, ktorý by mal prejsť blízko Zeme 13. apríla 2029 (piatok 13.!). Pomenovaná Apophis, pravdepodobnosť dopadu asteroidu je 1 zo 45 000 a očakáva sa, že sa v najbližších rokoch s vylepšenou obežnou dráhou zníži. Asteroid 1950 DA sa v roku 2880 veľmi priblíži k Zemi. Vzhľadom na nejasnosti na jeho obežnej dráhe zostáva dosah možný.

Pokiaľ ide o dopady asteroidov, záleží na veľkosti. Asteroidy s priemerom menším ako asi 10 metrov sú malou hrozbou, pretože sa v atmosfére rozpadnú alebo zhoria. Tie väčšie ako 5 km v priemere sú príliš veľké na to, aby sme s tým niečo urobili. Toto sú iba odhady, pretože je dôležitá hmotnosť, nie priemer. Niektoré asteroidy sú „hromady sutiny“, voľne konsolidované zbierky menších telies držané pohromade slabou gravitáciou asteroidov. Iní sú tvrdé, husté horniny ako chondrity a žehličky. Ale zhruba povedané, rozsah veľkosti, na ktorom záleží, je v priemere medzi 10 a 5 000 metrov. Takže premýšľajte o skalách medzi veľkosťou vášho domu a Mt. Rushmore.

Ak sa nájde asteroid, na ktorom je napísané meno Zeme, treba toho veľa urobiť. Nie je známe, že obežné dráhy majú nekonečnú presnosť, vždy existujú malé neistoty. Skutočne to zasiahne Zem alebo bezpečne zazrie zips s niekoľkými tisíckami kilometrov, ktoré máme rezervovať? (niekoľko tisíc km je veľmi, veľmi blízko!) Zatiaľ čo niektorí astronómovia pracujú na sprísnení presnosti obežnej dráhy, iní sa pokúsia zmerať hmotnosť asteroidov.

Obrázok asteroidu.

Meranie ich

To je zložité. Dokonca aj v najväčšom ďalekohľade nie je väčšina asteroidov na nočnej oblohe nič iné ako svetelné body. Nevidíme ich skutočnú veľkosť a štruktúru, iba ich farbu a jas. Z týchto odhadov a odhadov hustoty asteroidu môžeme odhadnúť hmotnosť. Neistoty sú však príliš veľké na to, aby sa vytvorila spoľahlivá vychyľovacia misia. Ďalším krokom bude vyslanie kozmickej lode na asteroid na meranie jej hmotnosti a ďalších vlastností, ako je tvar, hustota, zloženie, rýchlosť rotácie a súdržnosť. Môže ísť o pristátie alebo pristátie. Takáto misia by tiež poskytla extrémne presné informácie o obežnej dráhe, pretože kozmická loď by mohla pôsobiť ako maják alebo zasadiť rádio transpondér na asteroide.

Odchýlenie asteroidu je ťažká časť, hoci fyzika je dosť jednoduchá. Cieľom je stlačiť asteroid a zmeniť jeho obežnú dráhu o malé množstvo. Zvyčajne by to zasiahlo Zem rýchlosťou približne 30 km / s, hoci by to záležalo na tom, či k nej došlo bokom, čelne alebo zozadu. Ako príklad však vezmime 30 km / s.

Poznáme polomer Zeme: 6375 km. Ak vieme, koľko času na varovanie má vplyv - povedzme 10 rokov -, potom musíme len zrýchliť alebo spomaliť asteroid o 6375 km / 10 rokov alebo asi 2 cm / s. Asteroid s priemerom 1 km váži približne 1,6 milióna ton. Zmena rýchlosti o 2 cm / s vyžaduje viac ako 3 megatóny energie.

Bezpečnosť závisí od nájdenia asteroidov čo najskôr. Je zrejmé, že čím viac času na varovanie máte, tým ľahšie je vykonať zmenu, pretože nemusíte tlačiť tak tvrdo. Alebo môžete oddialiť tlačenie pri vylepšovaní obežnej dráhy alebo vývoji technológie. Krátka doba varovania tiež znamená, že musíte byť zaneprázdnení a tlačiť tak tvrdo, ako môžete. Najlepším prístupom je včasné varovanie. Ako sa hovorí, „Steh včas šetrí deväť“.

Kométy sú divokou kartou hry o dopade na zem. Zvyčajne sa objavia iba pár mesiacov predtým, ako sa priblíži k vnútornej slnečnej sústave. S priemerom niekoľkých kilometrov a rýchlosťou do 72 km / s predstavujú potenciálne nezvládnuteľnú hrozbu. Pri varovaní kratšom ako niekoľko rokov by pravdepodobne nebolo dosť času na uskutočnenie vychyľovacej misie.

POSLANIE DOPADU NASA:
Kozmická loď bola úmyselne narazená do jadra kométy Tempel 1 rýchlosťou približne 10 km / s. To bol výsledok. 4. júla 2005. Obrázok NASA.

Odchýlenie od nich

Existuje niekoľko spôsobov, ako odkloniť asteroidy, hoci žiadny nebol nikdy vyskúšaný. Tieto prístupy spadajú do dvoch kategórií - impulzívne deflektory, ktoré okamžite a alebo v priebehu niekoľkých sekúnd strčia asteroidy, a deflektory s „pomalým tlakom“, ktoré pôsobia na asteroid po mnoho rokov slabou silou.

Impulzné deflektory sa dodávajú v dvoch variantoch: bomby a guľky. Obe sú v rámci súčasných technologických možností. Vypustením bomby na alebo blízko asteroidu sa z povrchu vyfukuje materiál. Asteroid sa vracia v opačnom smere. Akonáhle je známa hmotnosť asteroidu, je ľahké zistiť, aká veľká je bomba. Najväčšími výbušnými zariadeniami, ktoré máme, sú jadrové bomby. Sú najenergetickejšími a najspoľahlivejšími prostriedkami dodávania energie, a preto je uprednostňovaným prístupom jadrová deformácia. Jadrové bomby sú stokrát tisícky silnejšie ako ďalší najlepší prístup; guľky.

Prístup „guľky“ je tiež jednoduchý. Do asteroidu sa vrazí vysokorýchlostný projektil. V súčasnosti máme technológiu na odoslanie guľky s hmotnosťou niekoľkých ton do asteroidu. Keby bola rýchlosť dostatočne vysoká, tento prístup by mohol priniesť niekoľko stlačení, ktoré by boli väčšie ako to, čo by vyplynulo len z nárazu, pretože materiál by sa vyhodil z asteroidu rovnakým spôsobom, ako to robí bomba. V skutočnosti sa odrážkový prístup - „kinetická deformácia“, ako sa nazýva - v skutočnosti vyskúšal nepriamym spôsobom. V roku 2005 bola kozmická loď Deep Impact spoločnosti NASA úmyselne manévrovaná do dráhy kométy Tempel 1. Účelom bolo vyraziť dieru v komete a zistiť, čo vyšlo. A fungovalo to. Kým zmena rýchlosti kométy bola príliš malá na to, aby sa mohla zmerať, technika preukázala, že môžeme sledovať a úspešne zacieliť na asteroid.

Pomalé tlačidlá sú v súčasnosti veľmi koncepčné. Zahŕňajú: iónové motory, gravitačné traktory a hromadné ovládače. Cieľom je dopraviť zariadenie k asteroidu, pristáť a pripevniť sa k nemu a potom nepretržite tlačiť alebo ťahať po mnoho rokov. Iónové motory a hromadní vodiči strieľali z povrchu vysokými rýchlosťami. Ako predtým, asteroid sa vracia. Gravitačný traktor je riadená hmota, ktorá stojí od asteroidu pomocou niečoho ako iónový pohon. Hmotnosť traktora ťahá asteroid pomocou vlastnej gravitácie. Výhodou všetkých pomalých prítlačných prostriedkov je to, že pri pohybe asteroidu je možné nepretržite sledovať jeho umiestnenie a rýchlosť, a ak je to potrebné, je možné vykonať korekcie.

Iónový motor pripevnený k povrchu asteroidu.
Obrázok NASA s ilustračnými úpravami.

Pripojenie niečoho k asteroidu je ťažké, pretože gravitácia je extrémne slabá a povrchové vlastnosti nemusia byť známe. Ako by ste pripevnili stroj na pieskovú hromadu? Väčšina asteroidov sa točí, a tak by sa posúvač šľahal okolo a zriedka by smeroval správnym smerom. Tiež by sa muselo točiť s asteroidom, čo si vyžaduje veľa energie. Aj keď gravitačný traktor tieto nevýhody netrpí, potrebuje stabilný zdroj energie. Všetky tieto zariadenia sú komplikované. Musia byť napájané, kontrolované a vyrobené tak, aby fungovali na diaľku vo vesmíre nepretržite po mnoho rokov, veľmi vysoký poriadok.

Dokázali sme, že iónové motory môžu vo vesmíre fungovať najmenej niekoľko rokov, ale iónové motory zatiaľ nemajú dostatok sily na to, aby odklonili ohrozujúci asteroid, pokiaľ nebude existovať mimoriadne dlhá doba varovania. Nevýhodou dlhých časov varovania je, že neistoty na obežnej dráhe asteroidov neumožňujú ubezpečiť sa, že zasiahnu Zem. Existuje niekoľko vzdialených koncepcií pomalého tlačenia: maľovanie asteroidu bielej a nechanie slnečného žiarenia vyvíjať tlak žiarenia; umiestniť laser na obežnú dráhu a mnohokrát ho prepnúť; tlačí menší asteroid dostatočne blízko, aby ho gravitačne odklonilo. Keď však astronómovia spustia čísla, tieto myšlienky postrádajú akýkoľvek praktický systém.

Astronómovia nie sú jediní ľudia, ktorí sa obávajú dopadov asteroidov. Týka sa to všetkých politikov, organizácií reagujúcich na núdzové situácie a OSN. Ak musíme odkloniť asteroid, kto za to zaplatí? Kto skutočne spustí kozmickú loď? Ak sú jadrové bomby najistejším spôsobom, ako odkloniť asteroid, musíme mať jadrové bomby po ruke? Budú iné národy dôverovať USA, Izraelu, Rusku alebo Indii, aby do vesmíru dali jadrové zbrane, a to dokonca aj na humanitárnu misiu? Čo ak bude asteroid smerovať do Ženevy a my máme prostriedky len na posunutie miesta dopadu o 1000 km. Ktorým smerom sa rozhodneme a kto sa rozhodne? Môžeme si byť istí, že vykonáme presný posun pomocou netestovaných vychyľovacích technológií?

Ak je zásah asteroidu nevyhnutelný, čo urobíme? Ak vieme, kam to zasiahne, evakuujeme ľudí z tejto oblasti? Ako ďaleko ich posunieme? Ak zvyšky nárazu zostanú v atmosfére, môže dôjsť k globálnemu ochladeniu. Kto má na starosti svetové zásoby potravín? Ak zasiahne oceán, aká veľká bude tsunami? Ako si môžeme byť istí, že devastácia, ktorú predpovedáme, je správna alebo že sme niečo prehliadli? Najviac znepokojujúce zo všetkých sú asteroidné vplyvy úplne nový druh katastrofy: ako sa pripravíme na zničenie (povedzme) východných USA, keď budeme mať 20 rokov varovania?

O týchto a ďalších otázkach sa dnes diskutuje na vedeckých stretnutiach po celom svete. Našťastie je šanca, že v dohľadnej budúcnosti zasiahne Zem aj malý asteroid, veľmi malá.

Uč sa viac: Asteroidy v blízkosti Zeme: Čo sú a odkiaľ pochádzajú?

David K. Lynch, PhD, je astronóm a planetárny vedec žijúci v Topanga v Kalifornii. Keď sa nezdržuje okolo San Andreasovej chyby alebo používa veľké ďalekohľady na Mauna Kea, hrá na husle, zbiera štrkáče, prednáša o dúhach a píše knihy (Color and Light in Nature, Cambridge University Press) a eseje. Lynchova posledná kniha je Field Guide to San Andreas Fault. Kniha obsahuje dvanásť jednodňových výjazdov po rôznych častiach poruchy a obsahuje cestné denníky míle po míle a súradnice GPS pre stovky chybných funkcií. Ako sa to stalo, Daveov dom bol zničený v roku 1994 zemetrasením o veľkosti 6,7 Northridge.