Физики предлагают новый метод защиты Земли от космических ударов

Вряд ли они осознавали, готовясь к событию, которое случится раз в несколько десятилетий, что еще один кусок небесного мусора мчится к Земле более прямым курсом. 15 февраля 2013 года Челябинский метеор, астероид диаметром примерно 62 фута (19 метров) взорвался над городом Челябинск, Россия, когда он вошел в атмосферу Земли под небольшим углом. В результате взрыва были выбиты окна и повреждены здания, почти две тысячи человек пострадали, хотя, к счастью, никто не погиб.

«Оказалось, что к тому дню приближались два совершенно независимых астероида», — сказал Филип Любин, профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и один из многих ученых, ожидающих сближения DA14 2012 года с Землей. «Один из них, как мы знали, будет скучать по Земле. Другой, мы даже не знали, что он придет ».

Для Любина и подобных ему ученых подобные инциденты подчеркивают важность надежной планетарной защиты — обнаружения, отслеживания, определения характеристик и, в конечном итоге, защиты от потенциально опасных астероидов и комет. Такие угрожающие городу события, как Челябинск, случаются редко, примерно раз в 50–100 лет, но они потенциально разрушительны. Самым последним из этих событий было Тунгусское событие, взрыв в воздухе над Восточной Сибирью в 1908 году, в результате которого были снесены леса на сотни квадратных миль. Еще более редкими, но тем не менее возможными являются объекты, угрожающие массовому вымиранию, такие как ударный элемент Чиксулуб, уничтоживший динозавров около 66 миллионов лет назад, или более недавний (12800 лет назад) взрыв в воздухе, который вызвал широкое возгорание и начало «ударная зима», называемая младшим дриасом.

Однако нельзя сбрасывать со счетов возможность того, что в ближайшем будущем более крупные объекты приблизятся к Земле слишком близко: Апофис с его диаметром 1214 футов (370 метров) должен совершить близкий пролет в пятницу 13 апреля 2029 года, в то время как Бенну , диаметром 1608 футов (490 м), как ожидается, совершат аналогичный проход в 2036 году. Хотя они не ожидают столкновения с Землей, даже относительно небольшие изменения их орбиты могут привести к их попаданию в гравитационные карманы, называемые «замочными скважинами», которые могут поместите их на более прямую траекторию к Земле.

«Если он пройдет через гравитационную замочную скважину, он, как правило, столкнется с Землей в следующем раунде», — сказал Любин.

Стратегии планетарной защиты перешли от исследования лучших методов понимания угроз к усилиям по отражению потенциальных опасностей и изменению их орбит, включая стратегию, разработанную группой Любина, в которой предлагалось использовать лазеры для отталкивания угрожающих объектов с пути Земли.

В двух статьях по теме терминальной планетарной защиты, присланных в журнал Успехи в космических исследованиях, сопровождаемый обзором, опубликованным в Scientific American, Любин и соавтор Александр Коэн предлагают более активный метод борьбы с опасным внеземным космическим мусором. Проект называется PI, что ласково расшифровывается как Pulverize It.

Подготовка к неизбежному: делать или не делать?

«Хотя мы часто говорим, что в жизни нет ничего определенного, кроме смерти и налогов, мы, безусловно, можем добавить в этот список вымирание людей», — сказал Любин. «В нашей солнечной системе скрывается большой астероид или комета с надписью« Земля ». Мы просто не знаем, где он и когда он ударит ».

За последние 113 лет на Землю обрушились два больших астероида, которые могли бы угрожать жизни миллионов людей, если бы они упали над крупным городом. Однако человечеству повезло. Исследователи говорят, что в свете этой вполне реальной угрозы пришло время серьезно спланировать и реализовать программу планетарной защиты. PI позволяет использовать логичный и экономичный подход к окончательной программе защиты окружающей среды.

Разделяй и властвуй

Ключом к стратегии PI является развертывание множества стержней-пенетраторов, возможно заполненных взрывчаткой, уложенных на пути астероида, чтобы «разрезать и разрезать» угрожающий объект. Стержни-пенетраторы — диаметром около 4–12 дюймов (10–30 см) и длиной от шести до десяти футов — фрагментируют астероид или ядро ​​кометы, когда оно врезается в них на экстремальной скорости.

Принципиально важно, что вместо того, чтобы отклонять объект, стратегия состоит в том, чтобы позволить Земле принять удар, сказали исследователи, но сначала разобрать астероид на более мелкие части — обычно размером с дом — и позволить фрагментам войти в атмосферу Земли. Затем атмосфера может поглощать энергию и превращать части размером с дом в мелкий мусор, который не ударяется о землю.

Поскольку исходный астероид теперь входит в атмосферу в виде большого распределенного облака мелких фрагментов, они пространственно и временно распределяют энергию удара, которая декоррелирует взрывные волны, создаваемые каждым фрагментом. Это значительно снижает опасность от катастрофической до более «фейерверк-шоу» со светом и звуком.

«Если вы можете свести большие события, которые опасны, к кучке мелких событий, которые безвредны, вы в конечном итоге уменьшите угрозу», — сказал Коэн.

«Уникальность этого метода в том, что у вас невероятно короткое время отклика», — добавил Любин. «Проблема, с которой сталкиваются другие методы, такие как методы отражения астероидов, заключается в том, что они сильно ограничены по времени отклика. Другими словами, они полагаются на то, что у них есть возможность отразить угрозу на всем пути к астероиду задолго до того, как он приблизится к Земле ».

Вместо этого метод PI «нарезать и нарезать» перехватывает астероиды или кометы, когда они приближаются к Земле, и может быть запущен ракетами-носителями, которые уже существуют сегодня, такими как Falcon 9 SpaceX и SLS НАСА для более крупных целей. По расчетам физиков, более мелкие цели, такие как Челябинский метеор, можно было перехватить всего за несколько минут до столкновения с помощью гораздо меньших пусковых установок, подобных перехватчикам межконтинентальных баллистических ракет, в то время как цели, представляющие более серьезную угрозу, такие как Апофис, могли быть перехвачены всего за 10 дней до удара. . По словам исследователей, такое короткое время смягчения последствий является беспрецедентным.

Лучшая защита — это нападение

По словам исследователей, другая часть программы заключается в рассмотрении упреждающего подхода к защите нашей планеты.

«Как бы нам ни делали вакцинацию для предотвращения будущих болезней, о чем мы теперь так болезненно осознаем, мы могли бы вакцинировать планету, используя массивы пенетраторов, такие как иглы вакцины, чтобы предотвратить катастрофическую гибель людей в будущем», — сказал Любин. .

При таком подходе ту же систему можно использовать для упреждающего устранения угрожающих объектов, таких как Апофис и Бенну, для защиты будущих поколений.

«Не очень хорошо понимают, что большие и угрожающие объекты, такие как астероиды Апофис и Бенну, являются чрезвычайно серьезными», — продолжил он. «Если они нанесут удар, у каждого из них будет энергия удара, равная энергии всего ядерного оружия на Земле, вместе взятого. Представьте себе, что весь ядерный арсенал Земли взорвется за несколько секунд. С помощью PI мы можем предотвратить этот сценарий ».

Этот новый подход, по мнению Любина и Коэна, может сделать планетарную оборону вполне осуществимой и «простой, как PI», а также позволит создать логическую дорожную карту для создания надежной системы планетарной защиты.

«Возможен чрезвычайно быстрый ответ», — сказал Любин. «Мы не видим никаких технологических препятствий. Это синергетический эффект с ракетами-носителями текущего поколения и другими, которые только появляются ». Кроме того, добавил Любин, этот метод «будет хорошо взаимодействовать с будущими лунными операциями», поскольку Луна потенциально может выступать в качестве «передовой базы операций».

«Человечество могло, наконец, контролировать свою судьбу и предотвратить будущее массовое вымирание, подобное тому, что было у предыдущих обитателей Земли, которые не беспокоились о планетарной защите, динозавров».