Astronoomia, satelliit, kosmos

Maad läbivad asteroidid



Kuidas saaksime neid tuvastada, mõõta ja kõrvale juhtida?

Autor David K. Lynch,

Maui peal on ehitamisel Pan-STARRS teleskoop. Pilt autor: Pan-STARRS. Kasutatakse loal.

Kas me saame midagi teha asteroidi suhtes, mis on määratud Maale lööma? Vastus on jah, eeldusel, et see on piisavalt väike ja et meil on piisavalt aega kosmoselaeva saatmiseks, et seda suunata. Nagu näeme, mida pikem on hoiatusaeg, seda suuremat asteroidi saame hallata. Paljud asteroidide mõju leevendamise aspektid võeti kokku kosmosevalvuri aruandes. Hiljuti lõpetas NASA ka uuringu ja seda kasutab kongress, et otsustada, milliseid samme USA ja teised riigid saavad ja peaksid astuma.

Astronoomid on veetnud palju aega, et välja mõelda, kuidas päästa Maa asteroidi löögi eest. Kõigepealt peate leidma kõik asteroidid, arvutama nende orbiidid ja vaatama, millised neist tulevad ohtlikult Maa lähedale. Kui olete orbiidi tundnud, saate aru saada, millal see lööb. See näitab teile, kui palju hoiatusaega teil on. Ja lõpuks, kui suudate asteroidi massi välja mõelda, saate arvutada, kui kõvasti peate te seda suruma, et muuta selle orbiiti just Maakerast puudumiseks. Hollywoodi idee saata pomm seda õhkima on ebareaalne, kuna tänapäeva kanderaketid ei saa piisavalt suurt pommi kanda. Pealegi võib ühe suure keha asemel lõppeda paljude väikeste kildudega, mis suunatakse Maa poole.

Nende leidmine

Asteroidide leidmine on suhteliselt lihtne. Esimese leidis Giuseppe Piazzi 1801. aastal. Mitmed observatooriumid on praegu pühendatud asteroidide leidmisele ja nende jälgimisele (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS ja teised). Praegu on leitud umbes 80% asteroididest, mille läbimõõt on suurem kui 1 km. Ühelgi neist pole orbiite, mis viiksid nad maapealsele härjasilmale. 2004. aastal avastati 250 m suurune asteroid, mis peaks Maa lähedale minema 13. aprillil 2029 (reedel 13. päeval!). Nimega Apophis on asteroidi kokkupõrke tõenäosus 1 45000-st ja see väheneb eeldatavasti orbiidi viimistlemisel lähiaastatel. Asteroid 1950 DA jõuab Maale väga lähedale aastal 2880. Arvestades selle orbiidi ebakindlust, on mõju endiselt võimalik.

Asteroidi mõjude puhul on oluline suurus. Asteroidid, mille läbimõõt on väiksem kui umbes 10 meetrit, on vähe ohtu, kuna need võivad atmosfääris laguneda või põletada. Need, mille läbimõõt on suurem kui umbes 5 km, on meie jaoks liiga suured, et midagi ette võtta. Need on ainult hinnangud, kuna oluline on mass, mitte läbimõõt. Mõned asteroidid on killustikuvaiad, väiksemate kehade lõdvalt koondatud kogumid, mida hoiab koos asteroidi nõrk raskusjõud. Teised on karmid, tihedad kivimid nagu chondritid ja triikrauad. Kuid laias laastus võib öelda, et oluline suurusvahemik on vahemikus 10–5000 meetrit. Nii et mõelge kivide osas, mis jäävad teie maja ja Mt. Rushmore.

Kui leitakse asteroid, millele on kirjutatud Maa nimi, on palju teha. Orbiididel pole teada lõpmatut täpsust, alati on väikesi ebakindlusi. Kas see tabab tõesti maad või tõmbub see ohutult meist mööda, jättes paar tuhat km vabaks? (mõni tuhat km on väga-väga lähedal!) Kuigi mõned astronoomid pingutavad orbiidi täpsuse parandamise nimel, proovivad teised mõõta asteroidi massi.

Pilt asteroidist.

Nende mõõtmine

See on keeruline. Isegi kõige suuremas teleskoobis pole enamus asteroide midagi muud kui öised taevas valguse näpunäited. Me ei näe nende tegelikku suurust ja ülesehitust, ainult nende värvi ja heledust. Nendest ja asteroidi tiheduse oletusest saame hinnata massi. Kuid ebakindlus on usaldusväärse läbipaindeülesande täitmiseks liiga suur. Järgmine samm on kosmoselaeva saatmine asteroidile, et mõõta selle mass ja muud omadused, nagu kuju, tihedus, koostis, pöörlemiskiirus ja sidusus. See võib olla kas lend või maandumine. Selline missioon annaks ka äärmiselt täpset teavet orbiidi kohta, kuna kosmoselaev võis tegutseda majakas või istutada asteroidile raadiosaatja.

Asteroidi läbipaine on raske osa, kuigi füüsika on üsna lihtne. Idee on asteroidi nügida ja muuta selle orbiiti pisikese summa võrra. Tavaliselt tabaks see Maad kiirusega umbes 30 km / s, kuigi see sõltub sellest, kas see tuleb küljele, peaga või taha. Kuid võtame näiteks 30 km / s.

Me teame Maa raadiust: 6375 km. Kui me teame, kui palju hoiatusaega - näiteks 10 aastat - mõju avaldada, peame vaid asteroidi kiirendama või aeglustama 6375 km / 10 aastat ehk umbes 2 cm / sek. 1 km läbimõõduga asteroid kaalub umbes 1,6 miljonit tonni. Kiiruse muutmiseks 2 cm / s on vaja rohkem kui 3 megatonni energiat.

Ohutus sõltub asteroidide võimalikult varakult leidmisest. Ilmselt on nii, et mida rohkem hoiatusaega on, seda lihtsam on muudatust teha, kuna te ei pea nii kõvasti pingutama. Või võite orbiidi täpsustamisel või tehnoloogia arendamisel edasi lükata. Teise võimalusena tähendab lühike hoiatusaeg, et peate olema hõivatud ja suruma nii kõvasti kui võimalik. Parim lähenemisviis on varajane hoiatamine. Nagu öeldakse: "Õmblemine säästab üheksa."

Komeedid on maapealse löögimängu looduskaart. Need avastatakse tavaliselt alles mõni kuu enne sisemise Päikesesüsteemi lähenemist. Mõne kilomeetri läbimõõduga ja kiirusega kuni 72 km / s kujutavad need potentsiaalselt käsitamatut ohtu. Vähem kui mõne aasta pikkuse hoiatuse korral poleks tõenäoliselt piisavalt aega läbipaindeülesande täitmiseks.

NASA sügava mõjuga missioon:
Kosmoseaparaat kukkus tahtlikult komeedi Tempel 1 tuuma kiirusega umbes 10 km / s. See oli tulemus. 4. juuli 2005. NASA pilt.

Nende suunamine

Asteroidide kõrvalekaldumiseks on mitu viisi, kuid ühtegi neist pole kunagi proovitud. Lähenemisviisid jagunevad kahte kategooriasse - impulssdeflektorid, mis suruvad asteroidi silmapilkselt või mõne sekundi jooksul, ja “aeglase tõuke” deflektorid, mis avaldavad asteroidile nõrka jõudu paljude aastate jooksul.

Impulsiivseid deflektoreid on kahes variandis: pommid ja kuulid. Mõlemad jäävad praeguste tehnoloogiliste võimaluste piiresse. Pommi asteroidil või selle läheduses maha pannes puhutakse materjal pinnalt. Asteroid kerib vastupidises suunas. Kui asteroidi mass on teada, on lihtne aru saada, kui suurt pommi kasutada. Suurimad plahvatusohtlikud seadmed, mis meil on, on tuumapommid. Need on energia tarnimiseks kõige energilisemad ja usaldusväärsemad vahendid ning seetõttu on eelistatud lähenemisviis tuumade kõrvalekalle. Tuumapommid on sadu tuhandeid kordi tugevamad kui järgmine parim lähenemisviis; kuulid.

Samuti on bullet-lähenemine lihtne. Kiire mürsk kallatakse asteroidi. Praegu on meil olemas tehnoloogia mõne tonni kaaluva kuuli saatmiseks asteroidi. Kui kiirus oleks piisavalt suur, võiks see lähenemisviis anda mitu korda suuremaid tõukeid, kui ainuüksi löök tekitaks, sest materjal puhutakse asteroidilt ära samamoodi nagu pomm. Bullet-lähenemist - kineetilist läbipainet, nagu seda nimetatakse - on tegelikult kaudselt proovitud. 2005. aastal manööverdati NASA kosmoselaev Deep Impact tahtlikult komeedi Tempel 1 teele. Eesmärk oli torgata komeedisse auk ja vaadata, mis välja tuli. Ja see töötas. Kuigi komeedi kiiruse muutus oli mõõtmiseks liiga väike, tõestas tehnika, et suudame asteroidi jälgida ja selle edukalt sihtida.

Aeglased tõukurid on sel ajal suuresti kontseptuaalsed. Nende hulka kuuluvad: ioonmootorid, gravitatsioonitraktorid ja massijuhid. Idee on transportida seade asteroidi, maanduda ja kinnitada selle külge ning seejärel mitu aastat pidevalt suruda või tõmmata. Ioonmootorid ja massijuhid tulistasid pinnalt materjali suure kiirusega. Nagu varemgi, asteroid taastub. Gravitatsioonitraktor on kontrollitav mass, mis seisab asteroidi küljest lahti, kasutades midagi ioontraktorit. Traktori mass tõmbab asteroidi enda raskust kasutades. Kõigi aeglaste tõukurite eeliseks on see, et asteroidi liikumisel saab selle asukohta ja kiirust pidevalt jälgida ning seega vajadusel ka parandusi teha.

Iterootor, mis on kinnitatud asteroidi pinnale.
NASA pilt koos illustreerivate muudatustega.

Midagi asteroidi külge kinnitada on keeruline, kuna gravitatsioon on äärmiselt nõrk ja pinna omadused ei pruugi olla teada. Kuidas kinnitaksite masina liivahunniku külge? Enamik asteroide pöörleb ja seetõttu lükkab tõukur ringi ja harva osutatakse õiges suunas. Samuti peaks see asteroidiga pöörlema ​​ja see võtab palju energiat. Ehkki gravitatsioonitraktoril ei ole neid puudusi, vajab ta püsivat jõuallikat. Kõik need seadmed on keerulised. Neil peab olema toide, juhitavus ja need peavad toimima kosmoses pidevalt kaugjuhitavalt aastaid, see on väga pikk järjekord.

Oleme näidanud, et ioonmootorid võivad kosmoses töötada vähemalt paar aastat, kuid seni pole ioonmootoritel piisavalt ohtu ähvardava asteroidi kaldumiseks, välja arvatud juhul, kui on erakordselt pikk hoiatusaeg. Pika hoiatusaja alumine külg on see, et ebakindlus asteroidi orbiidil muudab võimatuks olla kindel, et see Maale tabab. On olemas mõned kaugel olevad aeglase tõuke kontseptsioonid: värvida asteroid valgeks ja lasta päikesevalgusel avaldada kiirgusrõhku; laseri laskmine orbiidile ja selle mitu korda ühendamine; lükates väiksemat asteroidi piisavalt lähedale, et seda gravitatsiooniliselt suunata. Kui astronoomid numbreid juhivad, jäävad ideed praktiliselt kasutamata.

Astronoomid pole ainsad inimesed, kes muretsevad asteroidide mõju pärast. Poliitikud, hädaolukordadele reageerimise organisatsioonid ja ÜRO on kõik mures. Kui peame asteroidi kõrvale kalduma, kes selle eest maksab? Kes kosmoselaeva tegelikult käivitab? Kui tuumapommid on kindlaim viis asteroidi kõrvale kalduda, kas peame tuumapomme käepärast hoidma? Kas teised rahvad usaldavad USA-d, Iisraeli, Venemaad või Indiat tuumarelvade kosmosesse viimiseks isegi humanitaarmissiooni jaoks? Mis siis, kui asteroid suunatakse Genfi poole ja meil on ainult vahendeid löögikoha nihutamiseks 1000 km võrra. Millise suuna valime ja kes otsustab? Kas võime olla kindlad, et katsetamata läbipainde tehnoloogiaga täpse nihke teostame?

Mida me teeme, kui asteroidi löök on vältimatu? Kui teame, kuhu see tabab, kas evakueerime inimesi piirkonnast? Kui kaugele me neid liigutame? Kui löögijäätmed jäävad atmosfääri, võib tekkida globaalne jahtumine. Kes vastutab maailma toiduvarude eest? Kui see tabab ookeani, kui suur on tsunami? Kuidas saame olla kindlad, et meie ennustatud laastamine on õige või et me pole midagi kahe silma vahele jätnud? Võib-olla kõige murettekitavam on asteroidide mõju täiesti uut laadi katastroof: kuidas valmistuda USA idaosa (ütleme) hävitamiseks, kui meil on 20 aastat hoiatusi?

Neid ja muid küsimusi arutatakse täna teaduslikel kohtumistel üle kogu maailma. Õnneks on tõenäosus, et lähiajal isegi väike asteroid Maale tabab, väga väikesed.

Lisateave: Maa lähedal asteroidid: mis need on ja kust nad pärinevad?

David K. Lynch, PhD, on astronoom ja planeediteadlane, kes elab Californias Topangas. Kui ta ei roni San Andrease rikke ümber ega kasuta Mauna Kea peal suuri teleskoope, mängib ta viiulit, kogub kõristükke, peab avalikke loenguid vikerkaare kohta ja kirjutab raamatuid (Värv ja valgus looduses, Cambridge University Press) ja esseesid. Dr Lynchi uusim raamat on San Andrease tõrke välijuhend. Raamat sisaldab kaksteist ühepäevast sõidureisi mööda rikke eri osasid ning sisaldab miili-miili teekonna logisid ja sadade rikkefunktsioonide GPS-koordinaate. Nagu juhtub, hävis Dave'i maja 1994. aastal 6,3-magnituudises Northridge'i maavärinas.