Может ли Земля столкнуться с астероидом?

Наука не берется предсказывать все подряд и в большинстве случаев делает свои прогнозы на основании анализа темпов, т. е. скорости развития процессов во времени. Физики и математики называют это анализом производных.

Иногда можно говорить о вероятности наступления того или иного ожидаемого события. В этом случае событие в указанный момент или промежуток времени может наступить, а может и не наступить, и можно говорить только о шансах за или против.

Мы рассмотрим здесь только некоторые «неприятности», угрожающие роду людскому и с которыми он может встретиться в обозримом будущем, не фантазируя о том, что может произойти через тысячу или миллион лет. Для таких фантазий у нас сейчас слишком мало исходной информации, и пусть этим занимаются писатели-фантасты. Поэтому дальше речь пойдет только о тех «неприятностях», контуры которых уже наметились сейчас и в связи с которыми специалисты начинают бить тревогу и призывать человечество одуматься и прекратить разрушение среды его обитания, которую Вернадский называл Ноосферой, т. е. сферой разума. В противном случае биологический вид Homo sapiens ждет просто самоубийство.

Весной 1999 г. в американских средствах массовой информации промелькнули два «сенсационных» сообщения. Первое, что американские ученые заявили: через 29 лет Земля столкнется с астероидом диаметром около километра, а через несколько часов НАСА объявило, что он промахнется всего на какой-то миллион километров. Возможно, имелся в виду астероид Икар, открытый в 1949 г.

Второе сообщение было сделано, по-видимому, просто для того, чтобы погасить сенсацию.

Длина его орбиты — около 6 • 108 км. За 30 лет он сделает 27 оборотов вокруг Солнца и пролетит 16 млрд км. Его орбита будет возмущаться более сотни раз гравитационными полями Земли, Марса, Венеры,

Меркурия и Юпитера. Для того чтобы определить, столкнется он с Землей через 30 лет или нет, его орбиту нужно рассчитать с точностью до 6000 км (радиус Земли 6300 км), т. е. с относительной погрешностью порядка 10-7. Это соответствует точности измерения угловых координат с погрешностью в несколько сотых угловой секунды и такие измерения находятся на пределе возможностей самых больших современных телескопов. Для точных расчетов траектории надо знать не только угловые координаты астероида в данный момент, но и его вектор скорости. Астрономы вектор скорости измеряют гораздо хуже, чем угловые координаты, так как точно не знают расстояния до удаленного объекта. Расстояния они вычисляют по параллаксам, т. е., опять же, по угловым координатам, измеренным в разное время.

Точные измерения траектории можно получить только методами радио- или лазерной локации. Так, с помощью радиолокации Венеры, проведенной в СССР под руководством академика В. А. Котельникова в 1961 г., удалось впервые получить целый ряд параметров ее движения: период вращения вокруг оси, ориентацию оси в пространстве и даже температуру ее поверхности.

Так что пока, по-видимому, преждевременно говорить о том, столкнется ли Земля с Икаром через 30 лет или нет. Поэтому в НАСА и решили: надо подождать лет 20 и померить поточнее, а сенсацию пока не раздувать. И, наверное, это правильно.

Ну а вообще какова вероятность столкновения Земли с большими космическими камнями? Так уж ли она мала? И что будет, если все же такое случится?

За последние 100 лет таких столкновений было по крайней мере два — знаменитое Тунгусское диво 30 июня 1908 г. и большой Сихоте-Алиньский метеорит, упавший на Землю 2 февраля 1947 г., массой около 70 т. По современным оценкам астрофизиков, масса Тунгусского метеорита превышала миллион тонн и, скорее всего, он был головой небольшой ледяной кометы. Поэтому все экспедиции, работавшие на месте его падения, не нашли никаких его осколков. Они просто растаяли и испарились. Но ударная волна, возникшая при его движении в атмосфере со скоростью около 60 км/с, привела к катастрофическим последствиям на поверхности Земли на площади 2000 км2. Нетрудно подсчитать, что начальная кинетическая энергия, выделившаяся при падении этого метеорита, была около 2 • 1018 Дж, что эквивалентно мощности взрыва водородной бомбы в 500 Мт.

Сихоте-Алиньский метеорит имел массу около 70 т и кинетическую энергию 1,4 • 1014 Дж, что эквивалентно энергии атомной бомбы, уничтожившей Хиросиму.

В обоих случаях землянам крупно повезло, так как все произошло на безлюдных просторах Азии.

А что бы было, если бы столкновение с Землей произошло на несколько часов позже? Удар пришелся бы по Европе, так как Земля, как известно, вертится с запада на восток. Для того чтобы представить себе, какая энергия выделяется при столкновении с крупными космическими камнями, можно сравнить лунные кратеры с кратером, образовавшимся после наземного испытания американской водородной бомбы на атолле Бикини.

График рис. 10.2 построен на основе данных, взятых из справочника «Астрофизические величины» очень авторитетного астрофизика, профессора Лондонского университета К. Аллена.

По оси абсцисс отложен диаметр метеорита в метрах.

По левой оси ординат отложен диаметр кратера, возникающего при его ударе о поверхность, а по правой оси ординат — выделившаяся энергия в мегатоннах тринитротолуола.

Из рис. 10.2 видно, что в результате столкновения даже с не очень большим астероидом диаметром около 10 м, возникает кратер диаметром в несколько сот метров

Рис. 10.2. Данные по выделению энергии при образовании лунных или земных кратеров ударного происхождения

Рис. 10.3. Кратер Аризонского метеорита

и выделяется энергия, эквивалентная взрыву водородной бомбы мощностью более мегатонны.

Такой кратер изображен на рис. 10.3.

Вся поверхность Луны и Марса испещрена гигантскими кратерами явно ударного происхождения.

Американские межпланетные автоматические станции произвели точное картографирование поверхности

Рис. 10.4. Изображение поверхности Венеры, полученное американской космической станцией «Магеллан» в августе 1990 г. На картинке четко видны гигантские кратеры ударного происхождения

Венеры с помощью радиовысотомеров. Плотная атмосфера Венеры, непрозрачная в оптическом диапазоне, оказалась прозрачной для радиоволн сантиметрового диапазона. Изображение поверхности Венеры, полученное таким образом, показано на рис. 10.4. На этом рисунке четко видны огромные кратеры явно ударного происхождения.

Может возникает вопрос: «А при чем тут Луна, Марс или Венера?»

А при том, что на Луне и Марсе практически нет атмосферы и вся «история» космических катастроф, вернее результаты этих катастроф за все 4,5 млрд лет существования планет Солнечной системы там сохранилась в целостности, тогда как на Земле и Венере, возраст которых примерно такой же, как и у других планет Солнечной системы, атмосфера и океан уничтожили практически все следы прошлых космических катастроф.

Тем не менее следы столкновений с очень большими небесными скитальцами на Земле все же остались и хорошо видны с искусственных спутников Земли. Так, например, в Восточной Сибири в бассейне реки Попигай видны следы гигантского метеорного кратера диаметром около 100 км. Его возраст около 40 млн лет. Не так то уж и много, по геологическим масштабам. Еще один кратер диаметром 80 км находится в Ивановской области. Ему около 180 млн лет.

В разных местах планеты обнаружены следы и более молодых кратеров весьма внушительных размеров. Один из них диаметром 2 км находится в Индии. Ему 50 тыс. лет. Есть кратеры диаметром около 1 км в Австралии, Канаде и Западной Европе. А сколько метеоритов упало в океаны и не оставило никаких видимых следов? Ведь около 3/4 всей поверхности Земли покрыто водой.

Расположение некоторых крупных кратеров, найденных на Земле, приведено в табл. 10.1.

Вполне вероятно, что и библейский потоп можно объяснить падением крупного метеорита где-нибудь в районе Средиземного моря или атлантического побережья Европы или Африки.

На рис. 10.5 приведено распределение числа кратеров на Луне и Марсе в зависимости от их размеров.

Эти данные взяты из книги «Elementary astronomy» известного американского астронома, директора Луш-

Таблица 10.1

нерской астрономической обсерватории профессора Отто Струве, правнука Василия Яковлевича Струве — основателя Пулковской астрофизической обсерватории под Санкт-Петербургом.

А так как и на Луне и на Марсе плотность кратеров оказывается примерно одинаковой, то можно предположить, что и Земля сталкивалась с крупными метеоритами за всю свою историю не реже, чем Луна и Марс, только атмосфера уничтожила почти все следы. Надо сказать, что в последнюю четверть прошедшего века с помощью спутников на Земле было открыто довольно большое число кратеров явно ударного происхождения, табл. 10.1. Один из довольно молодых кратеров метеоритного происхождения находится в пустыне штата Аризона, США, рис. 10.3. Его диаметр 1200 м, а глубина — 175 м. Полагают, что он возник около 30 000 лет назад. По другим данным, его возраст не более 5000 лет, т. е. он возник во времена египетских фараонов. Вал кратера поднимается на 30 м над уровнем окружающей местности.

Рис. 10.5. Распределение кратеров на Луне и Марсе по их размерам

На рис. 10.6 приведено изображение поверхности Венеры, полученное радиолокатором бокового обзора с американской космической станции «Магеллан». На горизонте перед горой виден гигантский кратер ударного происхождения диаметром более 100 км, а на переднем плане справа — еще один кратер диаметром 50 км.

В своей книге профессор О. Струве дает оценку количества метеоритов, сталкивающихся с Землей каждый год. По его оценкам каждый год на Землю падает около 2000 метеоритов со средней массой 100 кг. Большинство из них не долетает до поверхности Земли, сгорая в атмосфере, или падает в океаны и не регистрируется.

Значительно лучше других планет Солнечной системы изучена Луна, поверхность которой составляет 37 млн км2 и на которой насчитывается около 1,5 млн крупных кратеров. Если возраст Луны разделить на это

Рис. 10.6. Поверхность Венеры

число, то получается, что примерно раз в 3000 лет на Луну падал крупный метеорит с энергией соударения, сравнимой со взрывом атомной бомбы.

Так как площадь диска Земли в 13 раз больше, чем площадь диска Луны, то и число столкновений было в 13 раз больше. Земля встречалась с крупными метеоритами примерно раз в 250 лет, а так как суша составляет только около четверти всей поверхности Земли, то крупные метеориты оставляли следы только 1 раз в тысячу лет. Это только средняя цифра, усредненная за всю геологическую историю Земли. На самом деле промежутки времени между двумя столкновениями с крупными метеоритами могут быть и больше и меньше этой величины. Кроме того, число блуждающих камней вблизи орбиты Земли за почти 5 млрд лет существования Солнечной системы могло существенно меняться со временем. Часть из них двигалась по орбитам, пересекавшимся с орбитами планет и их спутников, и уже прекратила свое существование. Но, с другой стороны, мы не очень представляем себе, когда и откуда взялся пояс астероидов. Известный астроном Б.А. Воронцов-Вельяминов считал, что из-за того, что многие метеориты явно носят следы воздействия высоких температур и давлений, возможно, они представляют мелкие осколки разрушившихся по каким-то причинам планет, например при столкновении с ядром большой кометы. Есть предположение, что это остатки еще одной планеты Солнечной системы, орбита которой была такой, что она проходила слишком близко от гиганта Юпитера, и в один прекрасный момент она была разорвана на куски его могучим гравитационным полем, как это произошло с одним из спутников Сатурна.

В отличие от частиц, образующих кольца Сатурна и двигающихся по круговым орбитам, некоторые астероиды движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, заходящим за орбиту Меркурия. Суммарная масс всех малых планет не превосходит 0,1 массы Земли, хотя, как это видно из рис. 10.7, пока неизвестно, сколько этих осколков существует на самом деле.

Большие осколки диаметром в несколько сот километров называются малыми планетами и некоторые из них имеют имена собственные. Например, Церера (D = = 760 км), Паллада (D = 480 км) и т. д. Теперь есть даже Велихов.

Число таких планет с более или менее определенными орбитами достигает порядка 2000. Среди них есть и такие, орбиты которых очень близки к земной. Например, уже упоминавшийся выше Икар, Гермес, № 1976 АА, № 1976 UA. Эти два последних пока имеют только номера и не имеют имени собственного. Их орбитальные радиусы отличаются от земного не более чем на 10-15 %, а диаметры — не достаточно велики, чтобы их можно было

наблюдать в телескопы. Астрономы уже давно пытаются пересчитать все «камни». Вот что из этого получается.

На рис. 10.7 приведено распределение астероидов по их размерам (левая ось ординат).

Всего в 1977 г. (год выхода справочника «Астрофизические величины» К. У. Аллена) их было зарегистрировано 1779.

Рис. 10.7. Число зарегистрированных астероидов и их реальное число в Солнечной системе

На правой оси ординат указана их абсолютная звездная величина в зависимости от размера. В самые большие телескопы удается надежно наблюдать космические объекты, имеющие звездную величину не выше 17-18.

У астрономов принята логарифмическая шкала яркости космических объектов, в которой все наоборот: чем ярче объект, тем меньше его звездная величина.

Самые яркие звезды и планеты имеют отрицательные звездные величины.

На рис. 10.7 приведены две кривые. Одна — число зарегистрированных астероидов (включая малые планеты), другая — оценка реального числа астероидов в Солнечной системе. Большие астероиды, или те, что близко подходят к Земле, — все пересчитаны, а мелкие, число которых растет с уменьшением их размеров почти экспоненциально, пока живут сами по себе и ни в какие астрономические каталоги не входят. Поэтому на графике число известных астероидов размером менее 1 км уменьшается с уменьшением их размеров, а реальное же число их растет. Их просто не видно. Большинство из них вращается по почти круговым орбитам где-то между Марсом и Юпитером и никогда не подходит к орбите Земли. А сколько из них, временами сталкиваясь друг с другом, меняет свои траектории и подходят после этого к орбите Земли, мы просто не знаем. И когда «незнакомец» диаметром с полкилометра пожалует к нам в гости, никто точно сказать пока не может.

В последние годы с помощью космической техники получены изображения поверхности планеты Венера, которая скрыта под толстым слоем облаков и ранее не могла наблюдаться с помощью оптических телескопов. Атмосфера Венеры химически очень агрессивна. Вместо дождей из воды там идут дожди из свободной серной кислоты, что приводит к сильной эрозии поверхности. Поэтому там, в условиях плотной агрессивной атмосферы, вряд ли могли сохраниться очень древние кратеры.

Американская автоматическая станция «Магеллан» обнаружила на поверхности Венеры 930 явно ударных кратеров размером от 2 до 280 (!) км. Обнаружение на Венере кратеров ударного происхождения говорит о том, что эти катастрофы происходили не так уж и давно по геологическим масштабам, и крупные космические камни все еще блуждают в пространстве между Марсом и Венерой. Вероятность встречи с ними старушки-Земли вовсе не пренебрежимо мала.

К сообщениям американской прессы о том, что Земля может через 29 лет столкнуться с астероидом, не следует относится как к назойливой сенсации. Необходимо провести точные траекторные измерения движения этого астероида для того чтобы вовремя столкнуть его с опасной орбиты. Теоретически это нашей цивилизации вполне по силам, но для этого нужно действовать всем сообща и взорвать на его поверхности в нужное время 1-2 водородные бомбы. Однако до этого мы еще не доросли.

Лучшими методами траекторных измерений космических объектов являются локационные, как радио-, так и оптические или, другими словами, лазерные. Однако самый мощный в мире лазерный локатор ЛЭ1 (лазерный экспериментальный первый), специально предназначенный для траекторных измерений космических объектов, построенный в СССР, в Казахстане, недалеко от города Балхаш, лежит в руинах.

Так уж случилось, что в середине 70-х гг. мне пришлось быть официальным оппонентом при защите докторской диссертации Николаем Дмитриевичем Устиновым — генеральным конструктором этой машины. Параметры ее были уникальны. В качестве генераторов передатчика было использовано 250 рубиновых лазеров с управлением от самой мощной по тем временам ЭВМ. Лазеры располагались в виде амфитеатра в несколько рядов, как посадочные места в кинотеатре. Излучение всех этих лазеров с помощью сложнейшей оптической системы сводилось в один луч и дальше направлялось в телескоп с зеркалом диаметром метра 1,5 в космос. Дальность действия локатора по целям площадью порядка 0,15 м2 была около 1000 км, а разрешающая способность позволяла измерять расстояние до космических целей с точностью, недоступной для радиолокаторов. Это был самый мощный в мире лазерный локатор. При работе по таким большим целям, как астероид, его дальность действия была бы больше миллиона километров.

Лет 10 назад, когда я был в Штатах, мои знакомые из Национальной Линкольнской лаборатории показывали мне фотографию их аналога ЛЭ1. Это было жалкое подобие в масштабе примерно 1:10 того, что было разворовано и разрушено в Казахстане, около Балхаша.

Если такой камень увидеть хотя бы за несколько суток до его подлета к Земле, то можно направленным атомным взрывом на его поверхности столкнуть его с орбиты. Но поскольку поперечная скорость, полученная им при взрыве средней водородной бомбы, будет всего около ста метров в секунду, то для того чтобы отвести его от орбиты Земли хотя бы на расстояние 6300 км (равное ее радиусу) потребуется время порядка 6 300 000/100 = 63 000 с = = 17 ч. За это время, двигаясь по кеплеровской орбите со скоростью 30 км/с, он пролетит 63 000 • 30 = 1,89 х х 106 км. Как видно, времени на принятие решения не так уж и много.

В этой ситуации такие локационные станции дальнего обнаружения и траекторных измерений, как те, что были разрушены в Казахстане, около Балхаша, и в Скрунде, в Латвии, по указке заправил НАТО и в угоду мелкотравчатому «патриотизму», очень бы пригодились. Для того чтобы построить их заново понадобятся сотни миллиардов долларов.

Никто у Латвии Скрунде не отнимал, так же, как и лазерную станцию в Балхаше у Казахстана. Конечно, эксплуатировать такую станцию одной маленькой Латвии дороговато. Но ведь там можно было бы организовать прекрасную международную радиоастрономическую обсерваторию, за которую потомки тех, кто взрывал, могли бы сказать спасибо. Но президент Урманис оказался большим патриотом, а наш?

Должен заметить, что только оставшимся американским станциям (а больше пока ни у кого ничего подходящего нет) эту задачу решать трудновато, так как с любой точки Земли видна только половина всей небесной сферы, а смотреть надо во все стороны. Времени ждать, пока Земля повернется в нужную сторону, в обрез мало. Вот и получается, что проблема-то опять в сущности этическая, а не политическая, прямо по русской пословице: «ломать — не строить, думать не надо».

Небольшой постскриптум. Когда я уже заканчивал работу над этой лекцией в первых числах января 2001 г. в Интернете на сайте km.ru/magazin/view/asp7id я нашел сообщение, которое решил привести здесь полностью.

«На этот раз пронесло...

В буквальном смысле этого слова: на днях мимо Земли пронесло астероид. 50-метровый «небесный камешек» со скоростью около 40 км /с пронесся на расстоянии 900 000 км от нашей планеты. Это всего лишь вдвое дальше, чем Луна. Но Луна — планета известная и предсказуемая, со своей орбиты она никуда не денется (во всяком случае, внезапно). А вот астероид...

По астрономическим меркам 900 000 км — это пустяк, очень маленькое расстояние.

Земле крупно повезло, что астероид все же промахнулся. Особенно повезло лондонцам — именно над британской столицей пролегал путь звездного странника. Если бы астероид не промахнулся — Лондона бы не стало.

Энергия, высвободившаяся бы при ударе метеорита о Землю, была бы эквивалента взрыву 20 Мт тринитротолуола.

Астероид появился совершенно неожиданно — астрономы не могут заранее предсказывать появление таких маленьких метеоритов; надежно определяются «камушки» диаметром не менее километра.

Более того, недавно астрономы вообще не заметили бы прохождения астероида такого размера — слишком уж он мал. Однако по мере развития астрономической техники — собственно телескопов и датчиков, регистрирующих прохождение космических объектов, — человечество начинает осознавать, что пространство вокруг родной планеты далеко не такое пустое, как принято считать. Это событие, вероятно, ускорит разработку и строительство в южном полушарии трехметрового телескопа-часо- вого, который сможет обнаруживать астероиды диаметром в несколько сотен метров. Возможно, что после широкого обнародования этой новости правительства многих стран забеспокоятся о безопасности своих граждан. Во всяком случае, один из депутатов британского парламента уже внес предложение о выделении 98 млн долл, на финансирование 10-летней программы по разработке технологий, пригодных для предупреждения о метеоритной опасности».

Что к этому можно еще добавить? Господи! Если Ты все-таки есть. Пронеси и помилуй. Больше я ничего не сумел придумать.