Наука и техника: прошлое и настоящее

Астероидная опасность

Формируя список десяти наиболее важных идей современного мира, редакция журнала «New Scientist» включила в него тему рисков. И в этом нетрудно заметить определённое веяние времени. Ещё каких-нибудь пятьсот лет назад в несчастном случае человек был склонен видеть волю Бога или силу судьбы. Потом, в полном соответствии с названием, в нём не видели ничего, кроме игры случая. Но в современном мире хороший адвокат может объявить любой несчастный случай закономерным следствием чьей-то преступной халатности и доказать это в суде. Именно поэтому так интересуются оценками рисков страховые компании, и, скорее всего, именно этот интерес рождает многочисленные статистические исследования.

В техногенном обществе двадцать первого столетия тема рисков весьма актуальна. Средства массовой информации активно обсуждают риски, связанные с глобальным потеплением, с эксплуатацией атомных станций, с использованием мобильных телефонов. Проникает тема рисков и в образование. Так, в британском учебнике по естествознанию приводится таблица с численными оценками рисков для жителя Великобритании умереть в течение года от разных причин. Риск смерти от гриппа оценивается как 1 : 5000, риск же стать жертвой убийцы – как 1 : 100 000, риск погибнуть от удара молнии – как 1 : 10 000 000. С точки зрения психологии, обсуждая вероятности тех или иных опасностей, мы пытаемся рационализировать наш наполненный случайностями мир. Тема рисков заметно влияет на наше восприятие окружающего мира, и мы нередко пытаемся представить себе будущее, обращаясь к своей интуиции и своему жизненному опыту, пытаемся оценить субъективные вероятности позитивного и негативного развития событий.

Особое место среди разнообразных рисков занимают те, которые опасны не столько одному конкретному человеку, сколько человечеству в целом. Например, риски, которые условно называют «угрозой из космоса». В нашей газете уже были материалы о потенциальных опасностях, связанных с возвращением на Землю космических зондов после их путешествий к иным планетам. Но связанные с подобными экспедициями риски занести на Землю инопланетные микроорганизмы можно минимизировать, внося существенные коррективы в планы космических экспедиций. В то же время космос является источником и таких рисков, которые никоим образом не обусловлены действиями человека и практически неотвратимы. Самой, пожалуй, известной среди них является астероидная опасность. Риски, связанные с возможным столкновением Земли с астероидами, стали обсуждать в обществе и в СМИ сравнительно недавно, т. к. только после запуска космических телескопов наблюдатель на Земле получил возможность «видеть» те астероиды, которые раньше оказывались за пределами его инструментальных возможностей.

Практически единственной организацией, систематически изучающей угрожающие Земле астероиды, является NASА – Национальная ассоциация США по аэронавтике и исследованию космического пространства. Чуть более десяти лет назад, в 1998 г., конгресс США принял постановление, во исполнение которого начала реализовываться специальная программа поиска астероидов. К настоящему моменту благодаря ей обнаружено более тысячи объектов размером свыше 1 км в поперечнике. Расчёты показывают, что ни один из этих объектов не столкнётся с Землёй в нынешнем столетии. Проблема, однако, состоит в том, что в космосе имеется ещё около полумиллиона объектов размером около 50 м и более. При этом только в отношении 4 тысяч из них астрономы обладают достаточно подробной информацией. Столкновение же с Землёй такого астероида может вызвать разрушение большого города или возникновение мощного цунами. Согласно компьютерным моделям, наибольший ущерб от подобного цунами следует ожидать в США и Китае — странах с наиболее развитой инфраструктурой побережья.

Так, пристальное внимание астрономов вызвал астероид 2008ТС3 размерами со средний автомобиль. Он взорвался в земной атмосфере в октябре 2008 г., находясь над территорией Судана. В телескоп его заметили всего за 20 ч до вхождения в атмосферу Земли, когда он находился на расстоянии 50 000 км от нас. К счастью для нас, TC3 был достаточно мал и не представлял серьёзной угрозы.

Что же касается тех 4 тысяч астероидов,  параметры которых астрономам более или менее известны, то из них чаще всего упоминают 250-метровый Апофиз (Apophis), вероятность столкновения которого с Землёй определялась как весьма высокая. Иногда даже называли дату столкновения – 13 апреля 2029 г. Однако наблюдения за Апофизом при  помощи радиотелескопа в Пуэрто-Рико, а также оптических телескопов позволили уточнить информацию о его  орбите. В настоящее время астрономы уверенно говорят, что в 2029 г. он всё же пролетит мимо Земли. Совсем недавно высказывалось предположение, что Апофиз пролетит над земной поверхностью ниже орбит спутников связи.  Однако в начале октября 2009 г. в СМИ, со ссылкой на специалистов из лаборатории реактивного движения в Пасадене (CША), появились сообщения, что вероятность столкновения Апофиза с Землёй уменьшена с 1 : 45 000 до 1 : 250 000. По новым расчётам, Апофиз должен пролететь на расстоянии 39,3 тыс. км от Земли, примерно на расстоянии геостационарных орбит спутников связи.  

Четыре года назад американский конгресс выделил NASA очередной транш специально для разработки мер противодействия астероидной опасности. Предполагается, что до 2020 г. NASA соберёт исчерпывающую информацию о 90% астероидов поперечником не менее 140 м и представит соображения о том, что должно предпринять человечество перед угрозой столкновения  с астероидом – избежать его (если это возможно) или минимизировать последствия (если избежать столкновения не в наших силах). 

В рамках новой программы в США запланировано создание двух обсерваторий, ориентированных на мониторинг потенциально угрожающих Земле космических объектов. Одна из обсерваторий – Телескоп панорамного обзора (Panoramic Survey Telescope) – будет включать в себя четыре телескопа с зеркалами диаметром 1,8 м (один из них уже функционирует на Гавайях). К числу перспективных относится проект по сооружению телескопа с зеркалом диаметром 8,4 м в Чили к 2015 г., хотя вопрос о его финансировании до конца не решён. Реализация подобных проектов позволит увеличить до месяца время предупреждения о столкновении с Землёй 30-метровых астероидов и тем самым повысит шанс вовремя увидеть объекты, несущие потенциальную угрозу человечеству. При этом многие проблемы раннего обнаружения астероидов могли быть решены запуском на околоземную орбиту специального космического телескопа, однако его стоимость – свыше миллиарда долларов – превышает возможности даже NASA.

Астроном А. Харрис (США) оценил шанс на своевременное оповещение о приближении 30-метрового астероида как 25–35%. Ситуация с наблюдениями осложняется тем, что солнечный свет не позволяет увидеть почти половину угрожающих Земле объектов. Даже блеск Луны может стать помехой. Кроме того, две из трёх ведущих систем слежения за астероидами расположены в Аризоне, а этот район славится высоким уровнем облачности с июля по сентябрь. Представим себе, что астероид, прилетевший из «ниоткуда», внезапно взрывается над насыщенным оружием регионом нашей планеты, например над Юго-Восточной Азией. Нет никаких гарантий, что его не примут за начало ядерной атаки. Есть только один способ улучшить наши шансы избежать такого сценария – внимательнее вглядываться в небо. Именно по этой причине Европейское космическое агентство (ESA) приняло решение участвовать в программе поиска опасных астероидов и подключить к решению этой задачи телескопы Европейской южной обсерватории в Чили. Такой шаг существенно расширил бы возможности, поскольку службы слежения NASA расположены исключительно в Северном полушарии.

Какие же методы предлагает NASA для борьбы с опасными астероидами? сместить астероид с угрожающей Земле траектории – например, с помощью ядерного устройства. Предполагается, что после взрыва небольшой атомной бомбы вблизи астероид полностью или, по крайней мере, в значительной мере испарится. Однако в последнем случае не разрушенная взрывом часть астероида распадётся на отдельные фрагменты, но, обладая размерами более 35 м, они не сгорят полностью в атмосфере Земли и могут стать причиной катастрофы. В самом оптимистичном сценарии после разрушения астероида мелкие обломки могут вывести из строя многочисленные искусственные спутники Земли. Использование ядерного взрыва может быть оправдано только в двух случаях: когда астероид слишком велик по массе и по размерам и когда до вероятного столкновения с Землёй останется слишком мало времени. Но и в этом случае соответствующее решение должно обязательно приниматься на международном уровне, поскольку ядерные взрывы в космосе запрещены Договором по открытому космосу, подписанным в 1967 г. Россией, США и другими ядерными державами. Не следует забывать и о том, что ракете, которая понесёт на своём борту ядерный заряд, потребуется несколько лет для того, чтобы долететь до астероида, к тому же для гарантированного изменения его траектории мы должны взорвать его за несколько лет до возможного столкновения с Землёй. Всё это можно будет реализовать, лишь если нам удастся зафиксировать опасный объект за многие годы до возможного пересечения его траектории с земной орбитой.

Свыше 95% объектов, которые удастся обнаружить в ходе реализации программы борьбы с астероидной опасностью, вряд ли будут крупнее 200 м. А с такими угрозами мы можем справиться и без ядерных взрывов. Изменить траекторию астероида можно, направив к нему аппарат для прямого столкновения; именно такой проект с символичным названием «Дон Кихот» разрабатывается в ESA. Запуск зондов «Санчо» (выходят на околоастероидную орбиту) и «Идальго» (сталкиваются с астероидом) запланирован на 2011 г.

Есть и  совсем безобидный способ сместить астероид с опасной траектории, известный как гравитационный трактор. Для его реализации беспилотный космический аппарат достаточно большой массы должен продолжительное время двигаться в непосредственной близости от опасного астероида и, воздействуя на него силой тяготения, постепенно изменять его траекторию. 

А два года назад, на конференции в честь 50-летия запуска первого искусственного спутника Земли, был представлен ещё один способ отклонять астероиды с их траекторий. Методика напоминает легенду, связываемую с именем Архимеда: великий учёный уничтожил римскую флотилию, направив на корабли множество солнечных зайчиков от зеркал, которые определённым образом держали греческие солдаты. Формирование вблизи астероида «облака» небольших зеркал может оказаться весьма эффективным – отражая солнечный свет на поверхность астероида, они способны нагреть его до 2100 °С. В итоге астероид начнёт испаряться, испаряющиеся газы создадут реактивный эффект, и астероид начнёт медленно смещаться со своей траектории. Расчёты показывают, что для заметного изменения траектории 150-метрового астероида к нему необходимо направить десять космических аппаратов с 2-метровым зеркалом на борту у каждого. Если же таких аппаратов будет сто, то изменить орбиту удастся в течение нескольких дней.

Своё место в шеренге борцов с астероидной опасностью пытается найти и Россия. В  рамках Совета РАН по космосу в 2007 г. была создана экспертная рабочая группа и представлен проект «Федеральной программы борьбы с астероидной опасностью», разделы которой называются «Мониторинг», «Предотвращение», «Космические миссии». А в резолюции проходившей в марте 2009 г. всероссийской конференции «Астрономия и общество» специально отмечено, что «исследования астероидно-кометной опасности, которые имеют исключительное значение для самого выживания человечества, нуждаются в особой государственной поддержке через целевые программы».

У проблемы астероидной опасности есть ещё один аспект,  не связанный непосредственно с опасностью как таковой. Мы имеем в виду связь этой проблемы с проблемой статуса естественных наук в современном обществе. Умение предвидеть риски, подобные астероидной опасности, и предлагать обществу эффективные технологии борьбы с этими опасностями, безусловно, является эффективным способом убедить общество в необходимости развития науки. Обсуждаемые в СМИ последствия глобального потепления или деградации озонового слоя, безусловно, не менее катастрофичны, однако с астероидной опасностью дело обстоит несколько иначе.  Разница в следующем. Вокруг темы глобального потепления и  темы истощения озонового слоя экспертные группы ведут ожесточённые дискуссии, о ходе которых нас регулярно оповещают СМИ. Цель этих дискуссий – построить более или менее адекватную модель наблюдаемых процессов и выяснить причины происходящего. Что же касается астероидов, то ни один эксперт не будет ставить под сомнение правильность расчётов, выполненных на основе закона всемирного тяготения и законов Ньютона. Единственное, что может вызвать сомнения, так это точность расчётов и наблюдений. Но точность можно повысить: построить более мощные телескопы, создать более производительные компьютеры и разработать более совершенные и устойчивые вычислительные алгоритмы. В этом случае мы существенно повышаем шанс идентифицировать наиболее опасный астероид и рассчитать минимально необходимое воздействие на него. 

Разрабатывая методы обнаружения и способы борьбы с астероидами, астрономы и специалисты по небесной механике в некотором смысле возвращаются в эпоху расцвета своей науки – эпоху механистического детерминизма конца XVIII – начала XIX вв., когда расчёты Джона Адамса и Урбена Леверье позволили Иоганну Галле открыть Нептун – восьмую планету Солнечной системы. Что же касается программ NASA по борьбе с астероидной опасностью, то они демонстрируют к тому же и уровень развития современной космонавтики – он оказывается вполне достаточным для того, чтобы «в случае чего» минимизировать возможные риски. На фоне этих рисков даже взрыв атомной бомбы предстаёт как спасение от неминуемой гибели.

По материалам статей [1], [2].

1. Clark Chapman. How not to save the planet // New Scientist. 06Jul2007.
2. David Shiga. It’s behind you! // New Scientist, 26Sept2009.