CC BY
405
Угроза с неба (астероидно-кометная опасность)'1)
В.А. Владимиров, д-р техн. наук, ЦСИГЗ МЧС России Л.В. Рыхлова, д-р физ-мат. наук, Институт астрономии РАН
В настоящее время проблема астероидно-кометной опасности стала весьма «модной», многие средства массовой информации достаточно часто дают материалы о близкой всемирной катастрофе из-за падения на Землю кометы или астероида. В мире науки эта проблема тоже стала более заметной, достаточно резко возросла её актуальность. Это обусловлено тем, что на рубеже XX и XXI веков началась серьёзная переоценка возможности столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы. Эта проблема, которая долгое время была предметом изучения узкого круга специалистов, в наши дни осознается гораздо более широко, включая правительства разных стран и ООН, как комплексная глобальная проблема, стоящая перед человечеством.
Сближаться с Землёй при своём движении в пространстве и падать на Землю могут любые малые тела Солнечной системы (межпланетная пыль, метеороиды, астероиды и кометы).
Выпадение космической пыли (размер частиц до ~ 1 мм) не составляет для Земли какой-либо реальной угрозы и вообще не оказывает сколько-нибудь значительного воздействия на нашу планету. Разговор о том, что наша планета «раздувается и тяжелеет» в результате роста массы за счёт выпадения вещества из космоса не имеет оснований. Оценки притока метеоритного вещества лежат в пределах 10-300 тыс. т в год, что обусловливает увеличение радиуса Земли за миллион лет в среднем всего лишь на 1 мм.
Более крупные тела - метеороиды (размер до ~ 30 м) проявляют себя при столкновении с Землёй как сгорающие в атмосфере метеоры2) и болиды3). Некоторые метеороиды долетают до поверхности Земли, где их находят в виде метеоритов4). Угроза, обусловленная падением метеоритов на Землю, для конкретных жителей Земли малозначительна, ибо непосредственное попадание метеорита в человека явление крайне редкое, да и ущерб от падения метеорита на Землю весьма незначителен по сравнению с другими весомыми факторами риска.
Таким образом, ни микрочастицы (космическая пыль), ни более крупные метеороиды не представляют серьёзной угрозы для человеческой цивилизации при падении на Землю. Действительную угрозу для человечества представляют опасные столкновения с Землёй астероидов (размер более 30 м) и комет (размер от ~3 км и более). Именно эта угроза и составляет смысл понятия астероидно-кометной опасности. В табл. 1 представлены возможные результаты столкновения малых тел Солнечной системы с Землёй.
Таблица 1
Результаты столкновения малых тел с Землёй______________
Объект Размер тела, Д Результат столкновения с Землёй
Пылинка < 0,1 см Сгорает
Метеороид 0,1 см < Д < 0,5 м Сгорает
0,5 м < Д < 30 м Долетает до Земли (метеорит)
> 30 м Локальная катастрофа
Астероид (комета) > 100 м Региональная катастрофа
> 1 км Глобальная катастрофа
10 км Конец цивилизации
2) Метеор - явление, возникающее при сгорании в атмосфере Земли мелких метеорных тел (метеороидов).
3) Болид - большой и исключительно яркий метеор.
4) Метеорит - твёрдое тело космического происхождения, упавшее на поверхность Земли (метеороид, долетевший до поверхности Земли).
Астероид - это малая планета, движущаяся вокруг Солнца по эллиптической орбите и отличающаяся от девяти больших планет Солнечной системы своими небольшими размерами. Самые крупные астероиды имеют в диаметре: Церера - 770 км, Паллада - 490 км, Веста - 420 км, Юнона - 200 км. Общее число астероидов, которые наблюдаются современными техническими средствами, составляет около 100000. Большинство астероидов расположено между Марсом и Юпитером. Они имеют неправильную форму, а периоды вращения их вокруг собственных осей находятся в пределах от 2 до 17 часов, т.е. имеют тот же порядок, что и у планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Движение астероидов вокруг Солнца происходит в том же направлении, что и движение больших планет, но эксцентриситеты и наклоны их орбит в среднем значительно больше.
По своей структуре астероиды бывают трёх типов: железные, состоящие в основном из железно-никелевого сплава с небольшой примесью иного вещества; железно-каменные, состоящие в среднем на 50% из никелистого железа и на 50% из силикатных минералов; каменные, состоящие в основном из силикатных материалов с примесью никелистого железа.
При огромном количестве астероидов вероятность их столкновения между собой сравнительно велика. Продуктом столкновений являются новые астероиды, метеорные тела (метеороиды) и космическая пыль. Наблюдается также самопроизвольное разрушение астероидов. Возможны столкновения астероидов и с Землёй.
Причина тому - неустойчивость движения астероидов, ибо их движение совершается в такой области околосолнечного пространства, где оно не может быть устойчивым на длительных интервалах времени, если только какие-либо особые механизмы не поддерживают эту устойчивость. Под этим влиянием планетных возмущений орбиты движения астероидов постоянно изменяются, в результате чего их орбиты периодически пересекаются с орбитами Марса, Земли и других планет. Вблизи этих пересечений орбит и возникает реальная угроза столкновения или тесного сближения астероида с планетой.
В настоящее время открыто около 7000 астероидов, сближающихся с Землёй, около 800 из них имеют размеры, превышающие 1 км. К потенциально опасным астероидам относятся те, которые в настоящую эпоху сближаются с орбитой Земли до расстояния около 7,5 млн. км.
Комета - тело Солнечной системы, наблюдающееся время от времени на небе в виде перемещающегося относительно звезд туманного объекта со светлым сгустком внутри -ядром.
В большинстве своём размеры комет не превышают 50 км, но могут достигать и сотен км. Так, например, диаметр кометы Хирон составляет около 150 км.
Выделяют следующие структурные составляющие кометы при ее движении вокруг Солнца: ядро, кому — газопылевую оболочку, окружающую ядро; газовый хвост, направленный в противоположную от Солнца сторону: пылевой хвост, как правило, отклоняющийся от направления Солнца - кометное ядро. Среди отличительных особенностей кометы можно отметить:
- кометы движутся по сильно вытянутым эллиптическим (близпара-болическим) орбитам, в результате чего они достаточно часто сближаются и даже сталкиваются с планетами. Примером тому столкновения в 1994 году кометы Шумейкеров-Леви с Юпитером, когда комета, пройдя на расстоянии 100 тыс. км от Юпитера, разрушилась и порядка двух десятков её фрагментов упали на планету, вызвав значительные возмущения в атмосфере Юпитера. Вместе с тем существуют и короткопериодические кометы, периоды движения которых вокруг Солнца не больше 200 лет, и они движутся по эллиптическим орбитам с умеренными эксцентриситетами;
- в ядрах комет имеется большое количество легкоплавких веществ. В связи с этим, при приближении кометы к Солнцу такие вещества испаряются, минуя жидкую фазу, и вокруг ядра образуется оболочка — туманная область, называемая комой. Вместе с молекулами с поверхности кометного ядра в кому выносится большое количество мелкой пыли органической и неорганической природы. Под действием давления солнечных лучей и солнечно-
го ветра пылинки и молекулы газа увлекаются в противоположную от Солнца сторону, образуя хвост кометы. Средние размеры комы составляют порядка 100 тыс. км, а хвосты комет имеют длину до 150 млн. км;
- в результате испарения легкоплавких веществ возникает реактивное давление на поверхность ядра, которое приводит к изменению поступательного и вращательного движения ядра кометы;
- ядра комет отличаются нестабильностью. Периодически у части из них наблюдаются вспышки яркости, отделение достаточно значительных фрагментов, а у некоторых комет ядра разрушаются полностью.
Хотя опасных для Земли комет гораздо меньше, чем астероидов, но опасность их падения на Землю весьма реальна. Свидетельство тому - Тунгусское явление, которое трактуется как столкновение с ядром кометы, да и большое количество ударных кратеров на земной поверхности, которые, по мнению учёных, являются свидетельством столкновений с кометами.
Характер и масштабы последствий от падения небесных тел на Землю зависят от энергии столкновения. В табл. 2 представлены поражающие факторы, «работающие» при таких столкновениях.
Таблица 2
Поражающие факторы, возникающие при падении небесных тел на
Землю
Поражающий фактор Характер влияния Длительность действия Масштаб действия Энергия столкновения, Мт
Пыль в атмосфере «ядерная зима» годы глобально > 105
прекращение фотосинтеза месяцы глобально > 106
полная темнота месяцы глобально > 107
Пожары горение, дым часы локально < 104
месяцы регионально >106
месяцы глобально >107
Окислы азота кислотные дожди дни локально >10
месяцы регионально > 103
нарушение озонового слоя годы глобально > 105
Ударная волна механические разрушения минуты локально < 104
часы регионально >107
Цунами механические разрушения часы регионально > 104
Выбросы воды и углекислоты потепление климата десятилетия глобально >104
Падение на земную поверхность космической пыли, как отмечалось выше, фактически не ощущается. Метеороиды с характерными размерами порядка 1-3 м разрушаются на высоте 25-45 км, не приводя к серьёзным последствиям на Земле. Небесные тела с большими размерами, в том числе астероиды и кометы, особенно железные тела, которых только 67% от всех падающих на Землю тел, достигают Земли и в зависимости от размера небесного тела, его структуры, характера сближения с Землёй формируют различные поражающие факторы (ударную волну, световой импульс, сейсмические эффекты, цунами и др.).
Ударная волна. После удара космического тела о поверхность Земли его кинетическая энергия превращается в тепловую и кинетическую энергии вещества грунта за фронтом ударной волны, распространяющейся в грунте от точки удара, и в энергию парового факела, выбрасываемого в атмосферу. Этот факел взаимодействует с атмосферой Земли и выделяет часть своей энергии в воздухе, также генерируя в нем ударную волну.
Проблема определения опасностей, связанных с ударами небесных тел о поверхность Земли, является многофакторной, так как результаты зависят от начальной скорости, массы, плотности, состава, формы, структуры и прочности тела, угла наклона его траектории, плотности и состава грунта в месте удара и т. д.
Расчёты показывают, что небесные тела диаметром 200-400 м при начальной скорости от 30 до 50 км/с имеют начальную кинетическую энергию в несколько сот Мт тринитротолуола (ТНТ) и на расстоянии 15-20 км от удара имеют амплитуду от 1,8 до 3,2 бар, что может привести к разрушению многоэтажного кирпичного дома на этих расстояниях и повреждению многоэтажного здания со стальным каркасом. Такие последствия можно отнести к локальным. Вместе с тем, масштабы последствий от падения более крупных небесных тел на поверхность Земли, а также имеющих большую начальную скорость, большую плотность могут быть и более значительными, вызывая региональные и даже глобальные катастрофы.
В случае возможного взрыва небесного тела над Землёй характеристический размер ударной волны зависит от его энергии и пропорционален радиусу тела. Для тела, например, с диаметром 200 м и скоростью 50 км/с размер ударной волны может достигать 8 км.
Для примера, рассматривая Тунгусское событие, где взрыв небесного тела произошел над Землёй и привел к вывалу леса на площади 2000 км , которая эквивалентна площади круга с радиусом 25 км, можно предположить, что на этой площади имели бы сильные разрушения различные строения, а согласно расчетам кинетическая энергия этого взрыва была более 30 Мт ТНТ.
Световой импульс. Как отмечалось выше, при ударе небесного тела о поверхность Земли происходит испарение ударника и поверхности мишени. В результате образуется излучающая область, характерные размеры которой составляют 10-15 размеров ударника. Кроме того, нагревается воздух в образующейся ударной волне за счет расширения паров и тоже становится излучателем. Характерная скорость ударной волны, при которой интенсивность излучения еще достаточно высока, составляет ~ 6 км/с. Даже при ударе в воду скорость расширения паров, по крайней мере, вблизи места удара, настолько велика, что ударная волна в воздухе интенсивно излучает. Температура сжатых в ударной волне воды или льда составляет 7000 К. При разгрузке от давлений ~ 25 ГПа скорость паров воды составляет ~ 6 км/с, при которой температура воздуха за ударной волной достигает 10000 К и имеющее место при этом излучение весьма интенсивно.
Данные излучения и высокие температуры и являются причиной пожаров, возникающих при падении на Землю небесных тел.
Возвращаясь к Тунгусскому событию, следует отметить, что пожар имел место на площади около 500 км , что в 4 раза меньше, чем площадь опустошения леса взрывными волнами (2000 км2), но роль светового излучения была всё же достаточно большая.
Образование кратеров. Астероиды и кометы размером более нескольких сотен метров достигают поверхности Земли практически без торможения, т. е. со скоростями от 11 до 72 км/с (средняя скорость около 20 км/с). При ударе образуются сильные ударные волны в мишени и ударнике. Начальная скорость таких волн приблизительно равна половине скоро-
сти удара, а давление достигает сотен ГПа. Распространение ударных волн и следующих за ними волн разрежения приводит к образованию ударного кратера. Не учитывая разницы в плотностях между мишенью и ударником и считая скорость удара равной 20 км/с, на рис. 1 на основе законов подобия представлена зависимость размера земного кратера от размера ударника. Эта зависимость не является линейной, но в широком диапазоне размеров можно приблизительно считать, что размер конечного кратера примерно на порядок превышает размер ударника. Естественно, что в месте образования кратера давления, температуры и скорости перемещения грунта весьма велики. Однако размер этой области невелик по сравнению с размером Земли.
Рис. 1. Зависимость диаметра комплексного кратера (> 4 км) от диаметра ударника для Земли. Серая линия показывает размер промежуточного кратера, черная - конечного
Гораздо большую площадь охватывают выбросы из кратера. Принято считать, что размер сплошного покрова выбросов примерно в 2-3 раза больше размера кратера. Распределение фрагментов выбросов по размерам зависит от размера кратера и скорости выброса. Наиболее крупные километровые фрагменты обычно выбрасываются с небольшой скоростью и падают вблизи вала кратера. Более мелкие фрагменты способны пролететь десятки километров и создать вторичные кратеры в месте падения.
В настоящее время на Земле идентифицировано около 180 ударных кратеров с возрастом от нескольких десятков до 2 млрд. лет и с размерами от нескольких метров до 200 км. Крупнейшие земные кратеры — это Вредефорт (~ 200 км, Южная Африка), Садбери (~ 200 км, Канада), Чиксулуб (180 км, Мексика) и Попигай (100 км, Россия).
Сейсмические волны. Ударные волны, возникающие при падении небесных тел на земную поверхность, быстро затухают с увеличением расстояния от кратера и переходят в сейсмические. Расчёты и опытные данные, полученные для подземных ядерных взрывов, показывают, что если принять энергию падающего тела равной 106 Мт, то на расстоянии 1000 км максимальная скорость смещения твёрдой породы будет порядка 6 см/с. Это значение скорости критическое, так как при более высокой скорости происходит значительное повреждение строений или даже их полное разрушение.
Об огромных масштабах сейсмических эффектов, возникающих при падении крупных небесных тел (астероидов, комет), а, следовательно, и о последствиях этих падений, хорошо говорят расчетные данные удара, образовавшего кратер Чинсулуб (энергия удара порядка 108
Мт ТНТ), когда на расстоянии 300 км от центра кратера максимальные скорости грунта достигали порядка 10 м/с и смещения 70-80 м.
Если эти данные сравнивать с последствиями разрушительных землетрясений, то для случая кратера Чинсулуб магнитуда равна М=9. Таких землетрясений на Земле за последнее столетие не было, а при землетрясении в Китае с М=8,5 погибло более 100 тыс. и радиус зоны разрушений был более 600 км.
Расчёты показывают, что если же Земля столкнется с небесным телом диаметром в несколько сот километров возникнет всемирное землетрясение, которое разрушит все города мира.
Выброс пыли и климатически активных газов в атмосферу. Рассмотренные выше эффекты, возникающие при падении небесных тел на Землю, носят, в основном, локальный или, для самых крупных ударов, региональный характер. А вот к глобальным последствиям могут привести выбросы из кратера пыли и образование климатически активных газов. Такие последствия могут длиться десятилетиями и существенно изменить окружающую среду на Земле и, возможно, ее климат. Известно, что увеличение количества парниковых газов в атмосфере (в первую очередь — воды и углекислого газа) приводит к нагреву поверхности Земли, а блокировка солнечного излучения пылью и аэрозолями - к остыванию. Суммарный же эффект удара небесного тела о поверхность Земли определяется, во-первых, общим количеством выброшенных газов и пыли и, во-вторых, временем их жизни в атмосфере, которое, в свою очередь, зависит от размера частиц, их химического состояния, способности коагулировать и т.д.
Кроме того, ударные волны, образующиеся при пролете небесных тел к Земле, нагревают атмосферу до нескольких тысяч градусов, что способствует образованию токсичных окислов азота (N0, N02, НЫ03) и приводит к разрушению озонового слоя Земли. Пожары, возникающие под действием излучения, заполняют нижнюю атмосферу дымом и токсичными газами. При ударах в осадочные породы (например, известняки и доломиты) в атмосферу выбрасывается огромное количество углекислого газа и серы. Суммарный эффект определяется массовым соотношением между этими химическими соединениями и их способностью оставаться в атмосфере длительное время.
Подъем пыли в пустынных районах. Еще одним специфичным поражающим фактором, возникающим при падении небесных тел на поверхность Земли, может быть подъем пыли в пустынных районах. Даже если небесное тело не достигло поверхности Земли, взрыв над пустынной поверхностью может вызвать подъем пыли за счет импульсного ветра - движения высокоскоростной струи перед ударной волной вдоль поверхности с теплым слоем. Теплый слой - это слой нагретого воздуха над поверхностью Земли, который может образовываться за счет нагрева поверхности излучением, возникшим при ударе. Следует отметить, что низкий коэффициент теплопроводности песчаного грунта способствует быстрому повышению температуры частиц поверхностных слоев грунта. Подъём частиц пыли ветром происходит не только за счет трения, но и за счет сальтации, т.е. удара увлеченных воздухом частиц, выбивающих при своем падении новые частицы или упруго отскакивающих снова в поток.
В настоящее время в Африке найдено порядка 20 ударных кратеров, как правило, скрытых песчаными наносами, свидетельствующих об имевших место падениях небесных тел в пустынных районах и, очевидно, вызываемых ими подъемах огромного количества пыли, влияющей на изменение температуры на Земле.
Выброс струй воды и цунами, вызванные ударами. Моря и океаны покрывают большую часть поверхности Земли, поэтому вероятность ударов астероидов и комет по водной поверхности выше, чем по суше.
Волны, вызванные падением небесных тел в моря и океаны, распространяются от места удара на большие расстояния и могут вызвать весьма серьезные последствия. Удары по водной поверхности так же, как и по суше, вызывают образование кратера. Поскольку кратер в воде нестабилен, помимо волн, вызванных непосредственно ударом, после заполне-
ния кратера водой и его схлопывания возникают волны, распространяющиеся наружу. Небесные тела с размерами, большими чем глубина океана, вызывают вблизи места удара волны с амплитудой, сравнимой с этой глубиной.
Расчеты показывают, что при вертикальном падении 10-километрового каменного тела со скоростью 20 км/с и энергией 6* 107 Мт ТНТ в океан глубиной 5 км через 120 с после падения высота волны в воде будет приблизительна равна 4 км. При падении кометы диаметром 2 км, имеющей такую же скорость и падающей в океан глубиной 4 км, через 37 с после удара высота волны в воде составляет 1,3 км на расстоянии 18 км от места удара.
Энергия 150-метрового железного тела, движущегося со скоростью 20 км/с, равна 600 Мт. Такое тело пройдет через 600-метровую толщу морской воды почти без замедления и испарит большое количество воды ударной волной, а также вызовет образование кратера в морском дне почти такого же размера, что и при ударе о поверхность суши.
Небесные тела с размерами, заметно меньшими глубины океана, вызывают волны, которые называют волнами в глубокой воде. Такие волны не представляют значительной опасности вплоть до больших расстояний от места удара. Если же волна попадёт на мелководье, её скорость уменьшается и её фронт увеличивает свою крутизну - огромная волна цунами опрокидывается на побережье. Такие низко лежащие площади, как территории Нидерландов и Дании, могут быть затоплены, а большие города и даже целые промышленные регионы, расположенные у берегов, могут быть погружены в воду.
Разрушительные последствия цунами хорошо известны по цунами, возникающим после землетрясений. Так, после Чилийского землетрясения 1910 года волна прошла 17 тыс. км и вызвала в Японии цунами высотой 1-5 м. На расстоянии 10,5 тыс. км (на Гавайских островах) высота волны достигала 10 м. Страшными были последствия события 26 декабря 2004 г., когда цунами, вызванное землетрясением в Индийском океане магнитудой М~9, привело к гибели более 300 тыс. человек, огромны были и материальные потери.
Следует отметить, что волны цунами, вызванные ударами небесных тел, могут возникать в тех районах, которые сейчас не считаются цунамиопасными и где отсутствуют службы предупреждения, что не позволит принять меры по снижению ущербов.
Изложенное описание поражающих факторов, возникающих при падении небесных тел на поверхность Земли, свидетельствует о серьезных последствиях таких падений, подтверждает факт наличия астероидно-кометной опасности. Даже при падении относительно небольших тел на города, плотины гидроэлектростанций, радиационно и химически опасные объекты могут возникнуть хотя и локальные, но весьма серьёзные последствия.
При увеличении размеров падающих небесных тел до нескольких километров и, тем более, десятков километров их удары могут привести к региональным и глобальным катастрофам, угрожать существованию части или всего человечества, о чём свидетельствуют Тунгусские события и достоверные данные о массовых вымираниях биоты на протяжении последних 600 млн. лет жизни Земли. О возможной смертности при падении небесных тел на поверхность Земли свидетельствуют расчетные данные, представленные в табл. 3.
Каков же современный уровень астероидно-кометной опасности? Какова опасность сближения небесных тел с Землёй? К крупным небесным объектам, сближающимся с Землей, относят астероиды и кометы, орбиты которых имеют перигелийные расстояния д< 1,3 а.е. (1 астрономическая единица равна 149597870 км). Среди них, как отмечалось выше, выделяют потенциально опасные объекты, чьи орбиты в настоящую эпоху сближаются с орбитой Земли до минимального расстояния, не превышающего 0,05 а.е. (7,5 млн. км). Основанием для того, чтобы считать тела на орбитах, проходящих от Земли на расстояниях до 20 радиусов лунной орбиты, потенциально опасными, является то обстоятельство, что в таких пределах можно ожидать изменения расстояний между орбитами в обозримом будущем (на протяжении столетия) под влиянием планетных возмущений, а также в связи с ошибками определения элементов орбит. При весомой вероятности встречи небесного тела с Землёй оно считается угрожающим. К угрожающим условно можно отнести небесные тела, пролетающие мимо Земли на расстояниях, меньших среднего радиуса лунной орбиты.
Таблица 3
Смертность от ударов небесных тел
Тип события Диаметр ударника Энергия, Мт Типичный интервал между ударами (годы) Количество смертей
Разрушение высоко в атмосфере < 50 м < 9 - ~ 0
Удары, подобные Тунгусскому событию 50—300 м 9—2*103 250 5*103
Крупные региональные события 300—600 м 300—1,5 км 300—5 км 2*103-1,5*104 2*103-2,5*105 2*103 -107 3,5*104 2,5 • 104 2,5*104 3*105 5*105 1,2*106
Низкий порог глобального события > 600 м 1,5*104 7* 104 1,5*109
Средний порог глобального события > 1,5 км 2*105 5*105 1,5 *109
Высокий порог глобального события > 5 км 107 6*106 1,5*109
Редкие события > 10 км 108 108 5*109
Сравнение риска умереть по разным причинам приведено в табл. 4.
Таблица 4
_______Вероятность смерти по различным причинам (в США)
Причина смерти Вероятность
Автомобильная авария 1:100
Убийство 1:300
Пожар 1:800
Огнестрельное оружие (несчастный случай) 1:2500
Удар астероида (кометы) - нижний предел 1:3000
Удар астероида (кометы) - средняя оценка 1:20000
Авария пассажирского самолета 1:20000
Наводнение 1:30000
Торнадо 1:60000
Ядовитый укус 1:100000
Удар астероида (кометы) - верхний предел 1:250000
Фейерверк 1:1000000
Число известных объектов, сближающихся с Землёй, в том числе потенциально опасных, по данным НАСА на 1 июня 2010 года зарегистрировано 7083. Среди них астероидов -6998, комет - 85. Из них потенциально опасных объектов - 1125. Из этого числа 145 потенциально опасных объектов имеют размер более 1 км. За всеми этими небесными телами ведётся наблюдение, контролируются орбиты их движения, оценивается угроза столкновения их с Землёй. Разработана специальная шкала (Туринская шкала) для оценки угрозы столкновения астероидов и комет с Землёй в XXI веке (табл. 5).
В основу построения Туринской шкалы положен учет двух основных факторов, определяющих оценку угрозы: вероятности столкновения и его кинетической энергии. Кинетическая энергия столкновения, выраженная в мегатоннах тротилового эквивалента, меняется в пределах от 1 до 10 Мт. Нижний предел соответствует телам диаметром около 20 м. Как
правило, меньшие по размеру тела полностью разрушаются в атмосфере и не представляют угрозы для обитателей Земли. Поэтому все события с меньшей энергией получают по Туринской шкале оценку 0. Верхний предел определяется величиной энергии, приведшей к массовому вымиранию видов живых существ на рубеже мезозойской и кайнозойской эр в истории Земли.
Таблица 5
Туринская шкала для оценки угрозы столкновения астероидов и ко-
мет с Землей в XXI в.
Отсутствие опасности 0 Вероятность события равна нулю или практически равна нулю. Данная категория используется также для малых тел — метеороидов, которые сгорают в атмосфере, а также для редких падений метеоритов, которые обычно не приносят ущерба.
Обычные явления 1 Обычное прохождение тела вблизи Земли, которое не представляет сколько-нибудь повышенного уровня опасности. Вычисления показывают, что столкновение крайне маловероятно. Нет причины для общественного внимания к событию и для беспокойства. Новые телескопические наблюдения, скорее всего, приведут к понижению категории до 0.
События, заслуживающие внимания 2 Открытие объекта, имеющего достаточно близкое, хотя и не необычайно близкое прохождение мимо Земли. Заслуживает внимания астрономов, но нет причины для общественного внимания или обеспокоенности, поскольку столкновение очень маловероятно. Новые телескопические наблюдения, скорее всего, приведут к понижению категории до 0.
3 Тесное сближение, заслуживающее внимания астрономов. Вычисления дают вероятность столкновения, способного вызвать локальные разрушения, 1% или выше. Наиболее вероятно, что новые телескопические наблюдения приведут к переоценке опасности до нулевого уровня. Внимание общественности и органов власти оправдано в случае, если до столкновения остается менее десяти лет.
4 Тесное сближение, заслуживающее внимания астрономов. Вычисления дают вероятность столкновения, способного вызвать региональное опустошение, 1% или выше. Наиболее вероятно, что новые телескопические наблюдения приведут к переоценке опасности до нулевого уровня. Внимание общественности и органов власти оправдано в случае, если до столкновения остается менее десяти лет.
Угрожающие события 5 Тесное сближение, представляющее серьезную, но все еще сомнительную опасность регионального опустошения. Крайне необходимо внимание со стороны астрономов для получения убедительных данных, для исключения или подтверждения возможности столкновения. Если до возможного столкновения остается менее десяти лет, могут оказаться оправданными планирование действий правительств на этот случай.
Несомненные события 6 Тесное сближение с крупным объектом, представляющее серьезную, но все еще сомнительную опасность глобальной катастрофы. Крайне необходимо внимание со стороны астрономов для получения убедительных данных для исключения или подтверждения возможности столкновения. Если до возможного столкновения остается менее трех десятков лет, может оказаться оправданным планирование действий правительств на этот случай.
7 Очень тесное сближение крупного тела с Землей, представляющее беспрецедентную в наше время, но все еще не вполне уверенную опасность глобальной катастрофы. Для подобного события в пределах XXI в. может оказаться оправданным международное планирование мероприятий, в особенности для срочного получения убедительных данных, исключающих или подтверждающих возможность столкновения.
8 Уверенно предвычисляемое столкновение, способное вызвать локальные разрушения при ударе о сушу или вызвать цунами при падении в океан вблизи берегов. Падения подобных тел на Землю случаются с частотой одно событие в 250-1000 лет.
9 Уверенно предвычисляемое столкновение, способное вызвать беспрецедентное региональное опустошение в случае падения на сушу или породить громадное цунами при падении в океан. Падения подобных тел на Землю случаются с частотой одно событие в 10000-100 000 лет.
10 Уверенно предвычисляемое столкновение, способное вызвать глобальную климатиче-
скую катастрофу, которая может угрожать будущему цивилизации в том виде, как мы знаем ее. Падения подобных тел на Землю случаются с частотой одно событие в 100000 ____________________лет или реже.___________________________________________________________
Наивысшую оценку по Туринской шкале, равную 4, имел в конце декабря 2004 г. астероид 2004 МЫ4, впоследствии получивший номер (99942) и имя Апофис, который привлёк внимание как специалистов, так и общественности. Диаметр астероида около 400 м. По расчётам 13 апреля 2029 года он пройдет мимо Земли на расстоянии от её центра немногим более 38 тыс.км - меньше высоты полёта геостационарных спутников. Для землян столь близкое прохождение небесного тела само по себе мало чем опасно, за исключением Международной космической станции, которая может пострадать из-за гравитационных волн. Однако опасными могут оказаться последствия его пролёта. Для астероида сближение с Землёй обернётся большим изменением элементов орбиты под влиянием возмущения со стороны гравитационного поля планеты, что впоследствии при очередных пролётах астероида вблизи Земли, первый из которых будет в 2036 году, может привести к их столкновению. В связи с этим в ближайшие десятилетия или даже столетия этот астероид будет являться источником постоянной угрозы для Земли, пока не произойдёт столкновение, либо вековые возмущения перигелия и узлов орбиты не уведут его восходящий узел на эклиптике достаточно далеко от орбиты Земли.
Кроме астероида Апофис оценку 2 по Туринской шкале имел с февраля по май 2006 г. астероид (144898) 2004 VDl7 из-за возможного столкновения с Землей в 2102 году. После уточненных наблюдений астероида эта оценка, в конце концов, была понижена до нуля.
В настоящее время оценку 1 по Туринской шкале имеет астероид 2007 УК184. В 20482057 годах он будет четырежды сближаться с Землей, причем суммарная оценка вероятности столкновения составляет 3,4-10"4.
Заслуживает внимания также астероид (29075) 1950ДА, который имеет диаметр 1,1 км, и будет пролетать достаточно близко от Земли 16 марта 2880 года. Его параметры постоянно уточняются по результатам наблюдений.
И всё же наибольшую астероидно-кометную опасность для Земли представляют не обнаруженные сближающиеся с планетой астероиды и кометы, за которыми ведётся наблюдение, производятся расчёты орбит их движения, время сближения на малые расстояния с Землёй, что даёт возможность принять меры по возможному предотвращению столкновений, а еще не обнаруженные небесные тела, которые засекаются либо на близких расстояниях от Земли, когда принять меры по предупреждению трудно или невозможно либо когда они уже пролетели мимо Земли. Причём таких случаев не мало.
Возможно ли предотвращение столкновения Земли с небесными телами? В принципе, да. Растущее понимание существа астероидно-кометной опасности, особенно после обнаружения астероида Апофис в 2004 году, и её текущего состояния в настоящее время сформировало определенную методологию последовательного решения проблемы астероидно-кометной опасности. Эту методологию предложено основывать на рациональном разделении проблемы астероидно-кометной опасности в целом на три составные части:
- обнаружение и мониторинг потенциально опасных и угрожающих объектов;
- выбор средств противодействия;
- доставка средств противодействия к угрожающему объекту.
Первая составная часть и связанные с ней проблемы сегодня находятся в процессе решения. Ведётся работа по созданию системы контроля за потенциально опасными сближающимися с Землёй небесными телами, каталогизации 90% всех объектов, сближающихся с Землёй, размером более 140 м.
Кроме того, учитывая, что астероиды не вращаются вокруг Земли, а направляются к нам с дальних уголков Солнечной системы, предусматривается развёртывание оптических и радиолокационных систем сканирования космического пространства непосредственно в космосе. Это будут летающие обсерватории, которые в состоянии распознать небесные тела, летящие к Земле как в ночное время, так и среди белого дня с солнечной стороны. Ведь сего-
дня ни одна обсерватория не способна пока заметить дневные невидимки, а они летают не реже ночных.
Развитие же активности в двух других направлениях происходит гораздо медленнее. Существует два метода активного противодействия астероидно-кометной угрозе: уничтожение (фрагментация) угрожающего тела и увод тела с орбиты, приводящей его к удару по Земле.
Метод уничтожения предполагает достаточно полное разрушение малого небесного тела и его превращение в поток метеороидов, хорошей защитой от которых служит атмосфера Земли. Очевидно, что в этом случае размеры отдельных фрагментов разрушенного тела не должны превышать нескольких метров. Альтернативный метод борьбы - метод увода - предусматривает изменение орбиты тела, влекущей за собой удар по Земле, на другую траекторию, минующую Землю на безопасном расстоянии.
За прошедшее время было предложено большое количество конкретных способов борьбы с угрожающими объектами:
- применение ядерного взрыва;
- кинетический удар;
- гравитационный буксир;
- использование ракетных реактивных ускорителей, установленных на поверхности астероида;
- направленный выброс вещества с поверхности астероида (например, за счет использования сфокусированной солнечной энергии);
- изменение орбиты астероида путем изменения влияния солнечного давления (покрытие астероида отражающим пластиком или краской);
- покрытие объекта специальным веществом для изменения орбиты с помощью эффекта Ярковского;
- установка солнечного паруса непосредственно на астероиде;
- создание на пути угрожающего тела облака частиц или небольших объектов для его торможения.
Все перечисленные способы основаны на энергетическом воздействии на небесное тело, сближающееся с Землёй, согласно двум диаметрально противоположенным стратегиям. Первую из них (т.н. «перехват») предлагается использовать при недостатке времени. Она предусматривает мощное, но кратковременное силовое воздействие на угрожающее тело. Результатом такого воздействия может являться либо фрагментация тела до состояния метеорного потока, либо его увод как целого объекта с поражающей траектории. Вторая стратегия («маневр» или «увод»), по-видимому, предпочтительнее, если времени достаточно (не менее одного или нескольких периодов обращения небесного тела вокруг Солнца). Она заключается в воздействии на объект существенно меньшей силы, но действующей в течение длительного времени. Ее однозначным результатом должен стать увод тела с траектории удара по Земле.
Использование тех или иных способов противодействия астероидно-кометной опасности определяется, в основном, временем, которое необходимо для проведения всей операции, то есть отрезком времени между принятием решения о противодействии и расчетным временем столкновения опасного объекта с Землей (1). По этому критерию выделяются несколько временных этапов, различающихся между собой выбором технических средств противодействия. Конечно, границы между этими этапами достаточно условны и определяются, в основном, возможностями средств противодействия и характеристиками самого опасного объекта.
Вот эти этапы:
1) К1 часа. Это соответствует расстояниям от Земли в несколько десятков тысяч километров при скоростях объекта 20 км/с и выше. На этом этапе наиболее целесообразным является воздействие на объект дистанционным методом, с целью его полного уничтожения или фрагментации на мелкие осколки.
2) 1 час <К 1 сутки. На этом этапе также необходимо полное уничтожение или фрагментация объекта. Это может быть достигнуто как применением дистанционного метода, так и разрушением опасного объекта с помощью ядерного заряда, установленного на ракете-перехватчике. При малых размерах объекта возможно его разрушение и кинетическим ударом самой ракетой-перехватчиком.
3) 1 сутки < 1 < 40 суток. На этом этапе целесообразно использование ракетных средств противодействия для разрушения объекта. Ракеты-перехватчики могут располагаться как на поверхности Земли, так и на околоземной орбите.
4) 40 суток < 1 < 1 год. При таком времени упреждения возможно не только разрушение опасного объекта, но и его отклонение с траектории столкновения с Землей одним из указанных выше способов.
5) 1 >1 год. В этом случае возможно осуществление плавного, управляемого изменения орбиты опасного небесного тела. Метод отклонения является наиболее предпочтительным.
Можно надеяться, что человечество, обеспокоенное проблемой астероидно-кометной опасности, ускорит решение вопросов, связанных с предотвращением возможного столкновения небесных тел с Землёй.
Какова роль МЧС России и РСЧС в решении проблемы астероидно-космической опасности? Задача МЧС России и РСЧС - защита населения и территорий от различных опасностей и угроз. Следовательно, МЧС России и РСЧС имеют прямое отношение к решению проблемы астероидно-космической опасности для Земли. В этих целях на данном этапе решения проблемы представляется целесообразным:
во-первых, всемерно содействовать, по возможности, созданию планетарной системы защиты от столкновений Земли с небесными телами;
во-вторых, в ходе предстоящего создания единой государственной системы мониторинга и прогнозирования опасностей и угроз различного характера предусмотреть создание её космической составляющей;
в-третьих, с учётом опыта борьбы с лесными пожарами на Европейской части России в 2010 году планировать на федеральном и межрегиональном уровнях ликвидацию чрезвычайных ситуаций регионального и межрегионального масштаба, вместо планов взаимодействия в региональных центрах МЧС России предусмотреть разработку планов действий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций;
в-четвёртых, на федеральном и межрегиональном уровнях предусмотреть создание группировок сил для ликвидации чрезвычайных ситуаций различного характера регионального и межрегионального масштаба;
в-пятых, планировать обучение руководящего состава МЧС России и РСЧС управлению ликвидацией чрезвычайных ситуаций регионального и межрегионального масштаба.
Литература
1. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра / под ред. Шустова Б.М., Рыхловой Л.В. - М., Физматлит, 2010, 384 с.
2. Угроза с неба: рок или случайность / под ред. Боярчука А.А. - С., Космоинформ, 1999, 220 с.
3. Н. Веденеева. Звёздные войны: Россия начинает и выигрывает? МК от 8 ноября 2010 г. № 246 (25493).
