Журнал «Компьютерра» № 46 от 12 декабря 2006 года

НАУКА: Пыль в пустоте: Cтоит ли бояться астероидов?

Автор: Александр Бумагин

По космическим меркам астероиды так малы, что даже крохотные планеты земной группы могут считать себя гигантами по сравнению с ними. Если придерживаться классических взглядов на рождение Солнечной системы, то астероиды — не что иное, как мусор, оставшийся после образования планет, своего рода пыль, которую некому вытереть. Несмотря на столь незавидную участь, внимание к ним год от года все возрастает. Именно от этих крох ждут конца света. Попробуем разобраться, насколько реальна эта угроза и как ее отвести. А началась история знакомства человечества с астероидами с… пустоты.

Нет, к моменту Большого взрыва возвращаться не будем. «Природа не терпит пустоты», — сказал Аристотель, имея в виду очень многое, что выходит за рамки статьи. Для нас же важно, что немало ученых эпохи Возрождения, на самой заре новейшей астрономии, принимали идею гармоничного мира древних греков и старались все видеть в этом свете. Там, где для полноты картины не хватало какого-то звена, его искали, находили или верили в то, что нашли. В нашем случае речь идет о той пустоте, которую астрономы наблюдали между орбитами Марса и Юпитера.

Пустота эта разительно отличалась от пустот между остальными планетами, так как не укладывалась в красивую закономерность, выведенную профессором Иоганном Даниэлем Тициусом фон Виттенбергом и опубликованную в 1766 году. Эта закономерность известна как правило Тициуса-Боде. Прусский профессор увидел в последовательности значений радиусов планетных орбит стройную геометрическую прогрессию, в которой зияла дыра, соответствующая расстоянию примерно в 2,8 а. е. Более того, когда в 1781 году Гершелю посчастливилось открыть Уран, средний радиус орбиты планеты (19,19 а. е.) оказался близок к значению восьмого члена прогрессии (19,6 а. е.). В каком-то смысле Уран обнаружил себя очень вовремя. По всей Европе заговорили о пятой неизвестной планете за Марсом. Одни считали, что скромные размеры тела не позволяют его рассмотреть, другие — что судьба планеты, которая была когда-то, но которой нет сейчас, так и останется неведомой. Третьи же, например Джузеппе Пиацци, занимались своим делом и поисками планет интересовались не особо. Как известно читателю, именно итальянский астроном открыл первый астероид в первую ночь девятнадцатого века, вопреки любым законам, то есть совершенно случайно.

Найденную, по мнению Пиацци, комету астроном тут же потерял из-за своей болезни. Ему помог математик Гаусс, рассчитав орбиту по немногим имевшимся наблюдениям. Вот только орбита мнимой кометы оказалась типичной для планеты. На следующий после открытия Новый год немецкий врач Генрих Ольберс обнаружил пропажу, и Пиацци назвал «свою» планету Церерой. Она двигалась как раз там, между Марсом и Юпитером. Приверженцы гармонии торжествовали, а сам Тициус не дожил до этого момента пять лет.

Ольберс на достигнутом не остановился и через год с небольшим нашел еще одну планету неподалеку от первой. Ее назвали Палладой. Оба небесных тела, как выяснилось, имели близкие орбиты. Это несколько подрывало стройность только что доказанной теории, но Ольберс сделал ровно два шага назад и вернулся к мысли о том, что планеты нет, но она была, и найденные тела — лишь ее обломки. Пропавшую планету назвали планетой Ольберса, а сам Ольберс нарек ее Фаэтоном, после чего был дан старт гонке за его осколками. Палладу и Цереру было уже не с руки называть планетами, и Гершель ввел термин «астероид» (что означает «подобный звезде»), подчеркивающий то обстоятельство, что даже в телескопе эти объекты из-за своей малости выглядели так же, как звезды, — точками.

Ольберс предложил искать осколки погибшей планеты исходя из того, что орбиты всех ее частей после предполагаемого взрыва должны пересекаться в одной точке. Гардинг в 1804 году и снова Ольберс в 1807-м открывают Юнону и Весту. Гипотеза, казалось, подтверждалась, но последовавшие за этим восемь лет без новых находок подвели черту: других астероидов нет.

Поиски почти прекратились, а пятый астероид был найден лишь в конце 1845-го, через полтора года — шестой. К тому времени открытие Нептуна окончательно «испортило» правило Тициуса-Боде: восьмая планета вращается по своим законам, вне названной геометрической прогрессии. Но именно с тех самых пор и до сего времени открывался хотя бы один астероид в год, за исключением 1945 года. В двадцатом веке астероиды начали вылавливать косяками благодаря фотографированию, и через какое-то время газеты уже перестали писать об открытии очередной малой планеты.

Романтика ушла, от Фаэтона остался лишь миф, в который большинство ученых не верит. В середине прошлого века московский астроном А. Н. Чибисов взял в рассмотрение большое количество астероидов и попытался повернуть их движение вспять, чтобы найти тот момент и то место, где Фаэтон прекратил существование. Этот эксперимент привел к выводу: астероиды не были когда-то единым целым. Примерно в те же годы, но чуть позднее азербайджанский ученый Г. Ф. Султанов попробовал в математическом смысле, то есть на бумаге, в условиях Солнечной системы взорвать планету и проследить за судьбой ее осколков. Результаты расчетов никак не отражали действительность.

В 1954 году известный ученый О. Ю. Шмидт опубликовал работу «О происхождении астероидов», главные выводы которой поддерживаются большинством астрономов и в наше время. Плотность вещества в изначальном протопланетном диске естественно уменьшалась с удалением от его центра. В основном это были водородосодержащие газы. В том месте, где зарождался Юпитер, температура была уже достаточно низка для того, чтобы конденсировались вещества, коих на ранних стадиях было особенно много: Н5О, СH4, NH3. Юпитер потому и велик, что его орбита находится на той самой границе конденсации, а плотность вещества здесь была много больше, чем на периферии. Орбиты нынешних астероидов лежат по другую сторону той же границы. Солнечными лучами газы выбрасывались отсюда вовне и, конденсируясь, «оседали» на орбите гиганта. Большое гравитационное воздействие на зародыши Фаэтона со стороны Юпитера не дало образоваться телам значительной массы. Многие планетезимали пояса астероида были выброшены из него, а остальные раздробились на мелкие фрагменты. По сути, астероиды — это и есть те самые мелкие тела, из которых миллиарды лет назад образовывались планеты, не исключая Землю. И то, что с тех пор их вещество сохранилось без особых изменений (большая часть материала планет земной группы неоднократно переплавлена-перемешана-метаморфизована различными геологическими процессами), дает уникальную возможность узнать, как формировалась Солнечная система — фрагменты астероидов попадают на Землю в виде метеоритов.

Впрочем, в наше время, как и раньше, люди больше падки на сенсации, и астероиды на слуху совсем в иной связи. Согласно теории Шмидта, Юпитер раскидал большую часть астероидов по всей Солнечной системе. Орбиты многих из них в разной степени вытянуты и наклонены к эклиптике. Именно Юпитеру мы обязаны образованием группы малых тел, потенциально опасных для Земли, из-за которых и начался нездоровый ажиотаж, когда в 1932 году обнаружили первых претендентов на Армагеддон. Так астероид из тайны пятой планеты превратился в угрозу жизни на третьей.

Все опасные астероиды отличаются от остальных тем, что периодически приближаются к Солнцу почти на то же расстояние, что и Земля, а некоторые и вовсе пересекают земную орбиту и оказываются даже ближе к центральному светилу. Более того, есть и такие, чьи орбиты почти целиком находятся внутри орбиты Земли. На движение этих малых планет оказывают значительное влияние не только Юпитер и другие гиганты, но и планеты земной группы. Движение этих астероидов сложно и плохо прогнозируемо. На десятки лет вперед для большинства из них можно делать лишь приблизительные расчеты, на столетия вперед уже никто не предскажет точные орбиты. Что скрывать: рано или поздно столкновение астероида с Землей неминуемо, но стоит ли этого так бояться?

Чем больше открывалось опасных астероидов, тем чаще нагнетались нездоровые страхи. Появились фантастические книжки, безумные статьи1 и фильмы на любителя. Австралийские ученые в свое время предсказывали падение астероида Икар в Индийский океан в 1968 году. Астероид пролетел в 16 млн. километров от планеты. Близко? Да, но только по космическим меркам, и совершенно безопасно. Каковы же наши шансы и возможности в связи с этой опасностью?

Скажем сразу: ни один из известных астероидов на нашем веку реально не угрожает Земле. Каждый год на планету выпадают тысячи тонн астероидного и кометного вещества — в основном в виде тончайшей пыли. Более крупные объекты (несколько миллиметров) известны большинству из нас как падающие звезды — метеоры, — они, как правило, практически полностью разрушаются в атмосфере. Большие метеориты, массой в десятки тонн, уже очень редки. Нашей стране в этом отношении повезло, в XX веке в Сибири упали два крупнейших объекта за последние пару веков астрономических наблюдений — Тунгусский (1908) и Сихоте-Алиньский метеориты (1947). Поскольку вещества первого объекта найти так и не удалось, считается, что это было ядро небольшой кометы, взорвавшееся от перегрева в воздухе, на высоте нескольких километров. Массу Сихоте-Алиня оценивают примерно в сто тонн, большая ее часть рассеялась на площади в несколько квадратных километров, породив десятки кратеров. Если бы что-то подобное попало прямиком в центр мегаполиса, без жертв, конечно, не обошлось бы. Но относительная площадь городов на поверхности планеты все же очень мала, до сих пор не известны случаи, чтобы метеорит кого-то убил.

Считается, что примерно раз в сто тысяч лет или еще реже Земля сталкивается с астероидом размером до километра. Это событие уже может вызвать глобальное изменение климата, но вовсе не факт, что изменения будут фатальны для цивилизации в целом.

Вероятность очевидно мала, но, к сожалению, статистика не всегда отражает реальность. Скажем, в среднем, на игровой кости выпадает три с половиной, чего никогда не случается в действительности. Наука на авось не полагается, поэтому за небом пристально следят. По разным оценкам, в настоящий момент обнаружено от 20 до 90 процентов всех опасных астероидов.

Раз уж небесные камни учтены не полностью, существует сразу несколько программ по их обнаружению, каталогизации и даже обезвреживанию. В России, скажем, в 2004 году была разработана система планетарной защиты «Цитадель», предусматривающая обнаружение и устранение угрозы столкновения с астероидами. Увы, как это часто случается, система существует пока на бумаге, хотя все ее элементы по отдельности, по мнению авторов проекта из НПО имени Лавочкина, существуют. В частности, в качестве метода воздействия на незваных пришельцев предложено имеющееся тактическое ядерное оружие.

Наши соседи европейцы в этом году начали осуществление программы «Дон Кихот», которая призвана изменить орбиту одного из астероидов размером около полукилометра. Это испытание даст знать, насколько реально отвести настоящую угрозу, если таковая возникнет. Планируется до 2015 года отправить к еще не выбранной жертве два аппарата: Sancho будет следить за тем, что происходит с астероидом, а Hidalgo врежется в небесное тело со скоростью около 10 км/с. Вот только не приравнивают ли европейские ученые борьбу с астероидами к битве с мельницами?

Обстоятельные американцы решили для начала каждый камень в небе взять на карандаш. Несколько телескопов по всему миру, в основном американские, постоянно сканируют звездную бездну и учитывают все, что движется. На слуху несколько названий подобных проектов: LINEAR, LONEOS, NEAT, Spacewatch. NASA курирует и объединяющую глобальную программу: Near-Earth Objects Program (NEOP). Ее частью являются полеты зондов Deep Impact, STARDUST, Rosetta, Hayabusa. Текущей задачей программы является обнаружение всех опасных астероидов диаметром в километр и более к началу следующего десятилетия. Пока результаты таковы: на конец ноября 2006 года обнаружено 4417 объектов, потенциально могущих сблизиться с Землей. Из них 835 обладают размерами километр и больше, и, наконец, 824 в принципе могут быть опасны. По мнению ученых из NASA, сейчас обнаружено около 90 процентов всех подобных объектов. В сотрудничестве с обсерваториями всего мира участники программы намерены по крайней мере снабдить жителей Земли полной информацией о возможной опасности или ее отсутствии. При этом, несмотря на то что ни план изменения орбиты астероида, ни план его разрушения ядерным оружием на сегодняшний день практически неосуществимы, дрожать перед неизвестностью вряд ли стоит.

Чтобы у читателя не возникло мысли, что его пытаются успокоить безосновательно, расскажем про две табели о рангах, куда заносят все потенциально опасные объекты. Эти шкалы получили названия двух итальянских городов, где они были впервые представлены научному сообществу. Палермская шкала в основном ориентирована на специалистов, но способна учитывать любые самые незначительные обстоятельства. Туринская 11-бальная целочисленная шкала (см. врезку) призвана сгруппировать все объекты, потенциально опасные только в текущем столетии, в зависимости от вероятности столкновения и их кинетической энергии. Шкала появилась в 1999 году как раз с целью успокоить мировую общественность. Почему успокоить? Дело в том, что нет ни единого астероида, который мог бы похвастаться двойкой или тройкой. Никто не удостоился даже единицы, все, абсолютно все известные объекты оцениваются в 0 баллов (см. neo.jpl.nasa.gov/risk). По указанной ссылке на сайте NEOP можно узнать подробности о каждом учтенном объекте и убедиться, что гораздо эффективнее смотреть под ноги, а не ждать беды с неба.

0. Вероятность столкновения равна нулю или ниже вероятности столкновения Земли с неизвестным небесным телом того же размера в течение нескольких десятилетий. Эту же оценку получает всякая мелочь (метеоры и метеориты).

1. Вероятность столкновения чрезвычайно низка или равна вероятности столкновения Земли с неизвестным небесным телом того же размера в течение нескольких десятилетий.

2. Небесное тело сблизится с Землей, однако столкновение при этом маловероятно (вероятность много меньше процента).

3. Тесное сближение с Землей с вероятностью столкновения 1% и более. В случае столкновения возможны локальные разрушения.

4. Тесное сближение с Землей с вероятностью столкновения 1% и более. В случае столкновения возможны региональные разрушения.

5. Тесное сближение с Землей с серьезной вероятностью столкновения, которое может вызвать региональные разрушения.

6. Тесное сближение с Землей с серьезной вероятностью столкновения, которое может вызвать глобальную катастрофу.

7. Тесное сближение с Землей с очень высокой вероятностью столкновения, которое может вызвать глобальную катастрофу.

8. Столкновение, способное вызвать местные разрушения.

9. Столкновение, способное вызвать глобальные разрушения.

10. Столкновение, способное вызвать глобальную катастрофу.