Astronomija, satelit, vesolje

Asteroidi, ki križajo zemljo



Kako jih lahko zaznamo, izmerimo in odklonimo?

Avtor David K. Lynch,

Teleskop Pan-STARRS v gradnji na Mauiju. Slika Pan-STARRS Uporablja se z dovoljenjem.

Ali lahko naredimo karkoli o asteroidu, ki je usojen zadeti Zemljo? Odgovor je, da, če je dovolj majhen in da imamo dovolj časa, da pošljemo vesoljsko plovilo, da ga odklonimo. Kot bomo videli, dlje kot bomo imeli opozorilo, večji asteroid bomo lahko upravljali. Številni vidiki blaženja udarcev asteroida so bili povzeti v poročilu o vesoljski straži. Pred kratkim je tudi NASA končala študijo in kongres ga uporablja za odločanje o tem, katere korake lahko ZDA in druge države sprejmejo.

Astronomi so porabili veliko časa, da bi ugotovili, kako Zemljo rešiti pred udarcem asteroida. Najprej morate najti vse asteroide, izračunati njihove orbite in videti, kateri se nevarno približajo Zemlji. Ko poznate orbito, lahko ugotovite, kdaj bo udarila. To vam pove, koliko časa imate opozorila. In končno, če lahko ugotovite maso asteroida, lahko izračunate, kako močno ga morate potisniti, da spremenite njegovo orbito ravno toliko, da zgrešite Zemljo. Pojem Hollywooda o pošiljanju bombe, da bi ga "razstrelili", je nerealno, saj današnja lansirna vozila ne morejo nositi dovolj velike bombe. Poleg tega bi namesto enega velikega telesa lahko na koncu prišli številni drobci, usmerjeni proti Zemlji.

Iskanje njih

Iskanje asteroidov je razmeroma enostavno. Prvega je našel Giuseppe Piazzi leta 1801. Več opazovalnic je trenutno posvečenih iskanju asteroidov in sledenju po njih (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS in drugi). Trenutno so našli približno 80% asteroidov s premerom več kot 1 km. Nobena od teh nima orbitov, ki bi jih pripeljale do zemeljskih bikov. Leta 2004 so odkrili asteroid v velikosti 250 m, ki naj bi 13. aprila 2029 prešel blizu Zemlje (petek, 13.!). Z imenom Apophis je verjetnost udarca asteroida 1 od 45000 in naj bi se zmanjšala, ko se bo orbita v prihodnjih letih izpopolnila. Asteroid 1950 DA se bo leta 2880 zelo približal Zemlji. Glede na negotovosti v svoji orbiti ostaja vpliv še vedno možen.

Ko gre za udarce asteroida, je velikost pomembna. Asteroidi, manjši od premera 10 metrov, so majhna grožnja, ker se bodo v atmosferi razbili ali izgoreli. Tisti s premerom približno 5 km so preveliki, da bi lahko kaj naredili. To so le ocene, ker je pomembna masa, ne premer. Nekateri asteroidi so "ruševinski kupi", ohlapne zbirke manjših teles, ki jih združuje slaba težnost asteroida. Druge so žilave, goste skale kot hondriti in likalniki. V grobem gledano je obseg velikosti v premeru med 10 m in 5000 metri. Zato razmislite o skalah med velikostjo vaše hiše in Mt. Rushmore.

Če najdemo asteroid, na katerem je napisano ime Zemlje, je treba še veliko storiti. Orbite niso znane do neskončne natančnosti, vedno obstajajo majhne negotovosti. Ali bo res zadel Zemljo ali bo varno zapeljal mimo nas z nekaj tisoč kilometri rezerv? (nekaj tisoč km je zelo, zelo blizu!) Medtem ko nekateri astronomi delajo za zaostritev natančnosti orbite, bodo drugi poskušali izmeriti maso asteroida.

Slika asteroida.

Merjenje z njimi

To je težavno. Tudi v največjem teleskopu večina asteroidov ni nič drugega kot pin točke svetlobe na nočnem nebu. Ne vidimo njihove dejanske velikosti in strukture, le njihovo barvo in svetlost. Iz teh in ugibanja glede gostote asteroida lahko ocenimo maso. Toda negotovosti so prevelike, da bi lahko postavili zanesljivo misijo odklona. Naslednji korak bo pošiljanje vesoljskega plovila na asteroid, da bi izmeril njegovo maso in druge lastnosti, kot so oblika, gostota, sestava, hitrost vrtenja in kohezivnost. To je lahko letenje ali pristanek. Takšna misija bi zagotovila tudi izredno natančne informacije o orbiti, ker bi lahko vesoljsko plovilo delovalo kot svetilnik ali postavilo radijski odzivnik na asteroid.

Težki del je odkritje asteroida, čeprav je fizika precej preprosta. Ideja je, da asteroid potisnemo in mu za majhno količino spremenimo orbito. Običajno bi Zemljo zadel s hitrostjo približno 30 km / s, čeprav bi bilo to odvisno od tega, ali je prišel v bok, z glavo ali od zadaj. Vzemimo pa za primer 30 km / s.

Poznamo polmer Zemlje: 6375 km. Če vemo, koliko časa za opozorilo na vpliv - recimo 10 let -, moramo samo pospešiti ali upočasniti asteroid za 6375 km / 10 let ali približno 2 cm / sek. Asteroid premera 1 km tehta približno 1,6 milijona ton. Če želite spremeniti svojo hitrost za 2 cm / s, potrebujete več kot 3 megatone energije.

Varnost je odvisna od tega, da bi asteroide našli čim prej. Očitno je, da imaš več časa za opozorilo, lažje boš spremenil, ker ti ni treba potiskati tako močno. Lahko pa odložite potiskanje med izpopolnjevanjem orbite ali razvojem tehnologije. Kratek čas opozorila pa pomeni, da se morate zaposliti in potiskati kar se da močno. Zgodnje opozorilo je najboljši pristop. Kot pravi, "šiv v času prihrani devet."

Kometi so vroča karta zemeljske udarne igre. Običajno jih odkrijejo le nekaj mesecev, preden se približajo notranjemu osončju. Z premerom nekaj kilometrov in hitrostjo do 72 km / s predstavljajo potencialno neobvladljivo grožnjo. Z manj kot nekaj leti opozorila verjetno ne bi bilo dovolj časa za izvedbo misije odklona.

NASAJEVOJOČO POSLEDSTVO GLEDE:
Vesoljsko plovilo je namerno strmoglavilo v jedro kometa Tempel 1 s hitrostjo okoli 10 km / s. To je bil rezultat. 4. julij 2005. NASA Image.

Preusmerjanje njih

Obstaja več načinov, kako odvrniti asteroide, čeprav še nikoli niso bili preizkušeni. Pristopi spadajo v dve kategoriji - impulzni deflektorji, ki asteroid stisnejo v trenutku ali v nekaj sekundah, in deflektorji, ki počasi pritiskajo, ki na asteroid uporabljajo več let.

Impulzivni deflektorji so na voljo v dveh sortah: bombe in naboji. Oboje je v okviru trenutnih tehnoloških zmogljivosti. Z nastavitvijo bombe na asteroid ali blizu njega se material odnese s površine. Asteroid se odvrne v nasprotni smeri. Ko je znana masa asteroida, je enostavno ugotoviti, kako veliko bombo uporabiti. Največje eksplozivne naprave, ki jih imamo, so jedrske bombe. So najbolj energijsko in zanesljivo sredstvo za zagotavljanje energije, zato je najprimernejši jedrski odklon. Jedrske bombe so sto tisočkrat močnejše od naslednjega najboljšega pristopa; naboji.

Tudi pristop "bullet" je preprost. V asteroid se zatakne izstrelk visoke hitrosti. Trenutno imamo tehnologijo za pošiljanje metka, ki tehta nekaj ton, v asteroid. Če bi bila hitrost dovolj visoka, bi ta pristop lahko povzročil nekajkrat večje pritiske, kot bi bil sam vpliv, ker bi material odpihnil asteroid na podobne načine kot bomba. Pravzaprav je bil poskus krogle - „kinetični odklon“, kot se imenuje, dejansko preizkušen posredno. Leta 2005 je bilo Nasino vesoljsko plovilo Deep Impact namerno manevrirano na pot kometa Tempel 1. Namen je bil prebiti luknjo v kometu in videti, kaj se je izteklo. In je delovalo. Medtem ko je bila sprememba hitrosti kometa premajhna za merjenje, je tehnika dokazala, da lahko sledimo in uspešno ciljamo na asteroid.

Počasi potiski so v veliki meri konceptualni. Vključujejo: ionske motorje, gravitacijske traktorje in množične gonilnike. Ideja je, da napravo prepeljete na asteroid, pristanete in se pritrdite nanjo ter nato neprekinjeno pritiskate ali vlečete več let. Ionski motorji in množični vozniki so s hitrostjo streljali material s površine. Kot prej se tudi asteroid odpove. Gravitacijski traktor je nadzorovana masa, ki stoji od asteroida in uporablja nekaj podobnega ionskemu potisniku. Masa traktorja vleče asteroid z lastno težo. Prednost vseh počasnih potiskov je, da lahko med premikanjem asteroida njegovo lokacijo in hitrost nenehno spremljate in s tem popravite, če je to potrebno.

Ionski motor, pritrjen na površino asteroida.
NASA Image z ilustrativnimi popravki.

Nekaj ​​je pritrditi na asteroid, ker je gravitacija izjemno šibka in površinske lastnosti morda niso znane. Kako bi stroj pritrdili na peščen kup? Večina asteroidov se vrti in tako bi potisnik bičal okoli in redko bi ga usmerjal v pravo smer. Prav tako bi se moral vrteti z asteroidom in za to je potrebno veliko energije. Medtem ko gravitacijski traktor ne trpi zaradi teh pomanjkljivosti, potrebuje enakomeren vir energije. Vse te naprave so zapletene. Morajo jih napajati, nadzorovati in omogočati, da v vesolju neprekinjeno delujejo več let, kar je zelo veliko.

Dokazali smo, da ionski motorji lahko delujejo vsaj nekaj let v vesolju, vendar doslej ionski motorji nimajo dovolj sile, da bi odklonili grozeči asteroid, razen če je izredno dolg čas opozorila. Spodnja stran dolgih opozorilnih časov je, da negotovosti v orbiti asteroida onemogočajo prepričanje, da bo prizadel Zemljo. Obstaja nekaj daljnih pojmov: pobarvanje asteroida v beli barvi in ​​prepuščanje sončni svetlobi pritiska sevanja; vstaviti laser v orbito in ga večkrat zaskočiti; potisnite manjši asteroid dovolj blizu, da ga gravitacijsko odkloni. Ko pa astronomi vodijo številke, ideje ne ustrezajo nobenemu praktičnemu sistemu.

Astronomi niso edini, ki jih skrbi udarce asteroida. Politiki, organizacije za ukrepanje ob nesrečah in Združeni narodi so zaskrbljeni. Če moramo odvrniti asteroid, kdo bo to plačal? Kdo bo dejansko izstrelil vesoljsko plovilo? Če so jedrske bombe najprimernejši način za odvrnitev asteroida, moramo imeti jedrske bombe pri roki? Ali bodo drugi narodi zaupali ZDA, Izraelu, Rusiji ali Indiji, da bodo jedrsko orožje postavili v vesolje, tudi za humanitarno misijo? Kaj pa, če se asteroid napoti proti Ženevi in ​​imamo samo sredstva, da mesto udarca premaknemo za 1000 km. V katero smer izberemo in kdo se odloči? Ali smo prepričani, da bomo izvedli natančen premik z nepreverjenimi tehnologijami odklona?

Če udarca asteroida neizogibno, kaj storimo? Če vemo, kje bo udarila, ali evakuiramo ljudi z območja? Kako daleč jih premaknemo? Če udarne naplavine ostanejo v ozračju, bi lahko prišlo do globalnega hlajenja. Kdo je zadolžen za svetovno oskrbo s hrano? Če bo zadel v ocean, kako velik bo cunami? Kako smo lahko prepričani, da je razdejanje, ki ga napovedujemo, pravilno ali da nismo kaj spregledali? Mogoče nas najbolj muči, da so udarci asteroida povsem nova vrsta katastrofe: kako se pripravimo na uničenje (recimo) vzhodne ZDA, ko imamo 20 let opozorila?

O teh in drugih vprašanjih danes razpravljajo na znanstvenih srečanjih po vsem svetu. Na srečo so možnosti, da bi majhen asteroid v bližnji prihodnosti zadel Zemljo, zelo majhen.

Nauči se več: Bližnji zemeljski asteroidi: Kaj so in od kod prihajajo?

David K. Lynch, astronom in planetarni znanstvenik, ki živi v Topangi v Kaliforniji. Ko ne visi okoli napake San Andreas ali uporablja velike teleskope na Mauna Kea, igra hudournike, zbira klopoteče, predava javna dežja in piše knjige (Color and Light in Nature, Cambridge University Press) in eseje. Najnovejša knjiga dr. Lyncha je terenski vodnik po krivdi San Andreas. Knjiga vsebuje dvanajst enodnevnih voženj vožnje po različnih delih okvare in vključuje cestne dnevnike iz kilometrov in GPS koordinate za stotine napak. Daveva hiša je bila leta 1994 uničena z magnitudo 6,7 v Northridgeu.