Эксперт Эксперт - Эксперт № 8 (2013)
Так как плоскость вращения многих астероидов не совпадает с плоскостью вращения Земли, падения метеоритов происходят во всех широтах, включая полярные области.
На первом рубеже обороны Земли небесные тела встречает атмосфера. Пылинки в ней «застревают» и плавно осаживаются. Мелкие метеориты сгорают. Объекты размером порядка 10 м могут достичь Земли или взорваться вблизи ее поверхности. При входе в атмосферу с вышеуказанными скоростями метеорит действует как поршень в закрытом шприце, собирая воздух, который находится по его траектории. Так как космическое тело движется со сверхзвуковой скоростью, молекулы атмосферного газа просто не успевают уйти из-под его давления. Сжимаемый воздух сильно нагревается, а когда его масса становится равной массе метеорита, кинетическая энергия переходит в тепловую. Проще говоря, происходит взрыв — космическое тело частично или полностью испаряется. Оставшиеся фрагменты могут продолжить путь к Земле — скорее всего, прорубь на озере Чебаркуль была образована каким-нибудь десятисантиметровым осколком. Рассыпанные вокруг нее мелкие камушки имели типичную для метеоритов хондритную структуру — на срезе видны хонды, зерна застывшего расплава размером около 1 мм.
Высота, на которой произойдет взрыв, зависит от размера, угла вхождения в атмосферу и состава космического тела. С размером понятно — чем больше тело, тем оно, как правило, тяжелее и тем труднее его остановить атмосфере. Если говорить про угол, то при пологом вхождении метеориту приходится преодолевать больший слой атмосферы, а значит, повышается вероятность того, что он успеет взорваться до столкновения с поверхностью земли — как и произошло над Челябинском. С составом метеорита еще проще: ледяные кометы имеют плотность около 1 г/см3, каменные тела — 2–3 г/см3, железные метеориты — до 5 г/см3. Пропорционально плотности возрастает масса метеорита, а значит, и масса воздуха, при «собирании» которой «камень с неба» взорвется. Кроме того, железные метеориты эффективнее перераспределяют тепло, меньше происходит локальных перегревов, которые также чреваты дефектами и трещинами. Больше всего шансов достичь поверхности Земли у железо-каменных и железных «камней». Так, один из наиболее известных — аризонский кратер диаметром 1240 м и глубиной 170 м был образован ударом железного метеорита размером примерно 60 м. В то время как сравнимый по параметрам (точные характеристики установить затруднительно) Тунгусский метеорит взорвался в атмосфере.
Разобраться с риском
Если в США активно проводится поиск внеземных объектов, то во многих других странах, в том числе в России, работы в этом направлении фрагментарны. Как часто падают метеориты? Мало кто знает, например, что 11 февраля 2013 года яркий болид упал в Башкирии. А через несколько часов после челябинского метеорита рядом с Землей пролетел более крупный, 45-метровый, астероид 2012 DA 14. Это небесное тело давно отслеживали, так как оно должно было пройти очень близко к Земле. Минимальное сближение составило менее 30 тыс. км — ближе, чем летают геостационарные спутники, а в 2094 году астероид вернется и может приблизиться к Земле еще сильнее. Мы не знаем, принадлежат ли эти метеориты к одному потоку, но пока такая возможность считается маловероятной — слишком разные траектории. Рассчитать траекторию астероидов можно только приблизительно, прикинув вероятность столкновения с Землей, — для известных небесных тел она мала. Прогнозируемое прохождение астероида Apophis диаметром 325 м в пятницу 13 апреля 2029 года в 30 тыс. км от Земли показывает, что не так уж редко значительные по размеру космические тела проносятся рядом с нашей планетой. Но самым наглядным напоминанием о космической угрозе стало падение метеорита в Челябинске.
Падение метеоритов, подобных российскому, — штука обычная. Они могут прилетать каждый год, другое дело, что вероятность их взрыва над населенным пунктом невелика: эти небесные тела, конечно, могут упасть практически в любом месте Земли (или сгореть в атмосфере), но города занимают лишь одну тысячную поверхности Земли. Обычно просто нет свидетелей таких пришельцев, к тому же часто они сгорают еще в атмосфере. Более крупные «небесные камни», такие как 2012 DA 14, врезаются в Землю в среднем раз в 250 лет и могут привести к полному разрушению крупного мегаполиса и локальной экологической катастрофе — примерно таким, видимо, был Тунгусский метеорит. Падение километрового метеорита происходит не чаще раза в миллион лет, но это событие способно вызвать всемирную катастрофу. Если же космическое тело будет размером более 10 км, то оно может погубить всю нашу цивилизацию. К счастью, такие события происходят раз в 100 млн лет.
Таблица:
Частота и последствия падения метеоритов разного размера
Найти и уничтожить
Борис Шустов предупреждает, что для борьбы с астероидно-кометной опасностью необходимы не только средства обнаружения и уничтожения (отклонения) небесных тел, но и научная работа. Современные вычислительные мощности суперкомпьютеров позволяют детально описать процессы взаимодействия астероидов как с сушей, так и с водной поверхностью Земли. Борис Шустов считает, что надо заранее рассчитать возможные факторы поражения от космических тел разных размеров и скоростей с тем, чтобы при обнаружении нового объекта можно было сразу выбрать наиболее выгодную стратегию. Например, если речь идет об астероидах размером до 50 м, наиболее эффективными будут эвакуационные мероприятия в месте предполагаемого падения.
Более практическими задачами являются обнаружение и отведение или уничтожение метеоритов. Объектами, сближающимися с Землей, считаются астероиды и кометы, подходящие к Солнцу ближе чем на 1,3 а. е. (195 млн км). В результате наблюдений вычисляются их орбиты, и потенциально опасными считаются те, которые превышают в размере 140 м и подходят к Земле ближе 7,5 млн км. Они представляют существенную опасность для людей, но за время их приближения — 30–35 дней — можно подготовить и нацелить ракету с ядерной боеголовкой. По словам Шустова, пока это единственный способ попытаться отклонить объект, угрожающий столкновением с Землей. Хотя он и не надежен, ООН готова разрешить вывод ядерного оружия на орбиту, если это будет нашим последним шансом (сейчас размещение атомных ракет на орбите запрещено).
Но прежде чем разрабатывать «противометеоритное» оружие, источники опасности надо обнаружить. Радары дают достаточно детализированную картинку объектов с известными координатами, но, когда приходится искать в широком секторе неба, дальность обнаружения составляет для них 3–5 тыс. км. Современные оптические телескопы «видят» тела размером 150 м на расстоянии 7,5 млн км, они имеют узкие углы обзора, а значит, ими придется очень долго обшаривать всю небесную сферу, чтобы обнаружить несущие угрозу объекты, ведь неизвестно, откуда они появятся. Сегодня известны орбиты 1340 потенциально опасных астероидов и около 70 комет. По Туринской шкале, показывающей опасность для человечества данного космического тела, они имеют 0 или 1 балл из 10 — то есть столкновение с ними маловероятно. Исходя из размеров и количества известных метеоритов, можно сделать вывод, что человечество не выявило еще около 20% небесных тел размером более 1 км — тех самых, что могут вызвать глобальную катастрофу. К тому же предполагается, что не открыты от 5 тыс. до 10 тыс. (!) астероидов размером более 140 м и 98% (или 100 тыс. штук) объектов размером более 50 м. Каждое из этих тел при встрече с Землей будет иметь энергию как минимум на порядок больше, чем чебаркульский метеорит.
Для обнаружения 90% (этот показатель считается приемлемым по соотношению затраты—выявленный риск) потенциально опасных метеоритов требуются широкоугольные телескопы с хорошим разрешением. Если в пользовательских фотоаппаратах матрицы имеют детализацию 10–20 млн пикселов, то система Pan-STARRS на Гавайях — 1,4 млрд пикселов. В России система с подобающей оптикой и механикой только одна, но нужно еще закупить соответствующую матрицу, а это не только финансовый вопрос: поскольку такая электроника может использоваться в системах военного назначения, приобрести ее непросто.
Еще более эффективное средство обнаружения астероидов — инфракрасные телескопы: астероиды обычно имеют низкую отражающую способность, а поглощаемый свет излучают как раз в ИК-диапазоне. На Земле такие телескопы применять невозможно, так как атмосферные шумы «забьют» сигналы от астероидов. А вот на орбите они будут эффективны. Сейчас в США проектируются оптический и ИК-телескопы размером 2 и 1 м соответственно, их планируется запустить на орбиту Венеры, чтобы не пропустить астероиды, летящие со стороны Солнца. Приборы будут развернуты к Земле, светило не сможет «слепить» их датчики, а у ученых окажется достаточно времени просчитать траекторию астероидов, летящих от орбиты Венеры к Земле.
