Александр Розов (alex_rozoff) wrote,
Александр Розов
alex_rozoff

Category:

Конец света или звездный автобус

1. Шутки с космическими убийцами.
2. Астероиды, вулканы и кузькина мать.
3. Если не хотим стать трилобитами…
4. О девушках и дырявых астероидах.
5. Прогнозы и «фактор Брюса Уиллиса».
6. Непременная интрига с инопланетянами.


1. Шутки с астероидами-убийцами.

Сюжет суперкатастрофы, вызванной столкновением астероида с Землей, уже заюзан Голливудом до дыр. Астероиды - убийцы вытеснили из этой киноэкологической ниши термоядерную войну - overkill, господствовавшую в сценариях «новых апокалипсисов».
Оно и понятно: гонка стратегических вооружений между сверхдержавами ушла в прошлое вместе с одной из сверхдержав, а террористы (на взгляд зрителя, потребляющего триллеры и гамбургеры) слишком мелко плавают, чтобы устраивать всемирные катастрофы с концом света. При этом, если ядерная «третья мировая» всегда была футурологическим мифом, то астероиды-убийцы как раз вполне реальны. 65 миллионов лет назад падение астероида диаметром от 6 до 12 км, встряхнуло биосферу планеты и поставило жирную точку в конце затянувшейся карьеры динозавров. Впечатляющего размера воронка от этого удара сохранилась на Юкатане (Мексика): 180 километров в диаметре и 900 метров в глубину.

Когда в 1998 году наука занялась оценкой астероидной угрозы и стала публиковать данные об опасных малых космических объектах, то в начале это вызвало шок. Как оказалось, околоземное пространство пронизано орбитами этих объектов. Кто-то из остроумных журналистов сравнил нас (землян) с пассажирами экскурсионного автобуса, который катается по шоссе, обстреливаемому из стрелкового оружия и минометов.

В ноябре 2004 школьный учитель в Манчестере (Великобритания), желая «объяснить детям, что каждый день необходимо проживать ярко», сообщил: «к Земле приближается астероид, который убьет всех. Придя домой, не забудьте попрощаться с родителями». 230 подростков поверили и впали в истерику, так что администрация школы вынуждена была успокаивать их, а потом объясняться с их родителями по поводу «ярко прожитого дня».

В том же 2004 году, астроном Линдли Джонсон на вопрос «Когда ждать столкновения с астероидом?», ответил: «При нынешнем уровне наших знаний это может случиться как на следующей неделе, так и на любой другой неделе в ближайшие тысячелетия».
По данным NASA, существует около 1100 космических тел диаметром более километра, которые могут достичь Земли, из них на 2004 год было обнаружено более 700, а остальные планируется обнаружить не позднее 2008 года.

Всплеск интереса к проблеме в 2004 году был связан с приближением к Земле астероида Тутатис (Toutatis). Этот объект с габаритами 4,6 х 2,4 километра, открыт французскими астрономами в 1989 году и назван в честь одного из кельтских богов. Тутатис совершает оборот вокруг Солнца за 4 года, двигаясь по хаотичной орбите, и сближается с Землей примерно раз в 600 лет. В 2004 он прошел в полутора миллионах километров от Земли.

В том же году другой, маленький астероид 2004 FH, диаметром в 30 метров прошел на расстоянии всего 43 тысячи километров от Земли. Тротиловый эквивалент взрыва при его столкновении с Землей составил бы около 10 мегатонн. Для сравнения: тротиловый эквивалент мощнейшей из испытанных термоядерных бомб (знаменитая «кузькина мать», взорванная в Арктике 30 октября 1961) составлял около 50 мегатонн, а бомбы, сброшенной на Хиросиму 6 августа 1945 – «всего» 0,02 мегатонны.

В 2003 году исследовался другой, гораздо более крупный астероид - 2003 QQ47, с габаритами 1,5 х 1,2 километра, который, по предварительным расчетам должен был столкнуться с Землей 21 марта 2014 года. Уточненные расчеты показали, что этого не произойдет, однако энтузиасты успели опубликовать предположительный тротиловый эквивалент взрыва при столкновении: 400.000 мегатонн. Расчеты, показавшие, что астероиды таких размеров падают на Землю в среднем раз в полмиллиона лет, не очень успокоили публику. Понятно, что оговорка «в среднем» означает, в частности: «а может быть, и завтра». Не очень оптимистичным показался и другой прогноз: если будет обнаружен опасный астероид, то на предотвращение катастрофы потребуется 30 лет работы. В случае с Тутатисом, от момента обнаружения до момента максимального сближения с Землей прошло всего 15 лет.


2. Астероиды, вулканы и кузькина мать.

2006 год обрадовал публику тремя опасными астероидами. Знакомьтесь:
Кандидат по имени 2006 HZ51. Средний диаметр 800 метров. Год возможного столкновения с Землей - 2008. Вероятность столкновения: 1/6.000.000. Тротиловый эквивалент взрыва при столкновении: ориентировочно 20.000 мегатонн.
Кандидат по имени 2004 MN4 «Apophis». Средний диаметр 320 метров. Год возможного столкновения с Землей - 2036. Вероятность столкновения: 1/5000. Тротиловый эквивалент взрыва при столкновении: ориентировочно 1600 мегатонн.
Кандидат по имени 2004 VD17 «NEA». Средний диаметр 580 метров. Год возможного столкновения с Землей - 2102. Вероятность столкновения: 1/1000. Тротиловый эквивалент взрыва при столкновении: ориентировочно 10.000 мегатонн.

Наибольший интерес у публики вызывает Apophis (названный в честь древнеегипетского божества хаоса – змея Апофиса, или Апопа). Это понятно: HZ51 имеет очень низкую вероятность столкновения, до встречи с NEA почти 100 лет, а вот Апоп – это проблема ныне живущего поколения. Уже в 2013 Апоп пройдет довольно близко от нашей планеты, а 13 апреля 2029 окажется совсем рядом – на расстоянии 36.350 км от поверхности Земли (в начале предполагалось, что он столкнется с Землей в 2029, но уточненные расчеты показали, что наше непосредственное знакомство с Апопом более вероятно в 2036).
В прессе публикуются статьи с пугающими заголовками: «никто не доживет до зимы 2036», возможное падение Апопа представляют, как полный конец света.
Какие-то народные умельцы уже успели в очередной раз истолковать предсказания Нострадамуса в том смысле, что конец света должен произойти именно в 2036 году.

Публику завораживают сравнения с 50-мегатонной водородной бомбой «кузькина мать» и с трагедией Хиросимы (1 Апоп = 32 кузькиных матери = 80.000 Хиросим). Но давайте сравним падение этого астероида с более прозаичным явлением – с извержениями вулканов. Оказывается, что взрыв вулкана Кракатау в 1883 году имел тротиловый эквивалент около 20.000 мегатонн, а взрыв вулкана Тамбора в 1815 – более 200.000 мегатонн (1 Тамбора = 125 Апопов). Можно сказать, что взрыв Тамбора сопоставим с падением астероида диаметром 1 километр. И каковы же были последствия?

Вулкан Тамбора высотой около 4 километров, взорвался и разлетелся на куски 12 апреля 1815 года. Остров Сумбава, на котором находился вулкан, просто исчез вместе с 12000 жителей. Еще 37.000 жителей соседних островов погибли мгновенно, а общее число жертв достигло 100.000. Параметры цунами после этого взрыва точно не известны, но, вероятно, высота волны достигала 100 метров (при в 10 раз менее мощном взрыве Кракатау наблюдалась 35-метровая волна). 150 кубических километров мельчайшей пыли оказалось в верхних слоях атмосферы, что привело к росту коэффициента отражения солнечных лучей, и падению средней температуры на планете. Позже, в эпоху первой холодной войны это назовут «эффектом ядерной зимы». 1815 стал «годом без лета». В Европе лето напоминало позднюю осень с холодными затяжными дождями...

Еще более разрушительные последствия имел взрыв вулкана Санторин (ныне – остров Фира) примерно в 1400 году до н.э. Мощность взрыва была та же, что у Тамбора, но произошел он сравнительно недалеко от густонаселенных побережий. В результате были уничтожены почти все прибрежные города на Средиземном море…
Конечно, вулканические взрывы такой мощности – это колоссальные катастрофы, но никак не конец света. Большая часть населения Земли пострадала только от неурожая, вызванного похолоданием, длившимся 1 - 2 сезона.


3. Если не хотим стать трилобитами…

Человечество существует около 2 миллионов лет. Расчеты показывают, что за это время астероиды размером около 1 километра падали на Землю 7 – 8 раз, а астероиды размером с Апоп – сотни раз. Легко заметить, что человечество от этого не вымерло. А что будет при падении астероида размером порядка 10 километров (такое событие происходит в среднем 1 раз за 70 миллионов лет)?

В общих чертах прогнозы на этот случай таковы:
Падение астероида 10 километров в диаметре (тротиловый эквивалент – до 100 миллионов мегатонн), может привести к непосредственному поражению территории до нескольких процентов от площади всей суши.

В случае падения в океан (что вдвое более вероятно, чем падение на сушу) возникнет волна высотой более 500 метров, аналогичная цунами, но, возможно, более короткая, так что катастрофическому удару подвергнутся только побережья в радиусе порядка 1000 км от эпицентра. На больших расстояниях волны такого типа затухают.

В случае падения на сушу, в эпицентре образуется кратер диаметром до 200 км и глубиной до 1 км. Сейсмический толчок и ударная волна приведут к полному разрушению наземных объектов в радиусе более 500 км, зона частичного разрушения может иметь до 1500 км в диаметре. В атмосферу будет выброшено до 10.000 кубических километров пыли. Первые 3 года после этого могут стать крайне неблагоприятными (из-за эффекта светоотражения возможно падение средней температуры на планете на несколько градусов). Но динамика осаждения пыли такова, что ее количество в атмосфере снижается за год примерно в 10 раз, и через 2 года ее останется меньше, чем после взрыва Тамбора, а еще через год климат в общих чертах восстановится.

Такой прогноз косвенно подтвержден палеонтологическими данными: падение астероида 65 миллионов лет назад лишь ускорило смену преобладающих биологических видов на планете (в частности, вымирание динозавров и других узкоспециализированных крупных животных), но не привело к деградации биосферы.
Столкновение с более крупными космическими телами (диаметром 20 км и более) может иметь действительно катастрофические последствия для биосферы. Согласно одной из гипотез, это произошло на Земле примерно 250 миллионов лет назад (пермский период - конец палеозойской эры). Тогда исчезло более 88% всех существовавших родов живых существ (в частности – полностью вымерли трилобиты).

Возможно, человечество никогда не будет иметь дело с угрозой 20-километрового астероида, но вот падение 300-метрового астероида вроде Апопа не выглядит чем-то маловероятным. Хоть это и не похоже на конец света, но пахнет очень крупными неприятностями (представьте себе взрыв вулкана Кракатау в густонаселенной части Европы, Америки или Юго-Восточной Азии). Так что фильм-катастрофа «Армагеддон» (с неподражаемым Брюсом Уиллисом в главной роли) в значительной степени актуален.

Техническая идея фильма (пробурить скважины, заложить в них ядерные заряды и с помощью «бумс» мощностью в несколько мегатонн, разрушить астероид), имеет в себе некое разумное зерно. Только задача - не разрушить астероид (какая разница, получит Земля удар цельного «ядра» или «шрапнели» с той же массой). Задача - отклонить его в сторону (хоть целиком, хоть по частям). При трезвом размышлении оказывается, что проще отклонить целиком. В первом приближении это выглядит так: в астероиде бурят скважину и закладывают ядерный заряд (почти по Брюсу Уиллису). При подрыве малая часть массы астероида со значительной скоростью вылетает в расчетном направлении в открытый космос, а основная часть получает импульс в противоположном направлении. По сути, скважины с ядерными зарядами срабатывают, как одноразовые реактивные двигатели. В итоге все хорошо: Земля аплодирует Брюсу Уиллису, все довольны, и даже отклоненный астероид остался почти целым, только слегка продырявленным. Когда мы имеем дело с относительно небольшим объектом вроде Апопа (масса 100 миллионов тонн – примерно как тысяча наших земных супертанкеров) этот план представляется реальным.
Есть и менее экстремальные проекты, в которых реактивная тяга создается за счет выбрасывания материала, извлеченного бурильной машиной, проделывающей в астероиде отверстия и полости требуемой формы…


4. О девушках и дырявых астероидах.

Вот здесь хочется перейти от рассказов о неприятностях, связанных с астероидами, к тем полезным свойствам, которые можно найти у этих космических скал и гор, в изобилии летающих в ближайшем космическом пространстве. На первый взгляд, от них не может последовать ничего, кроме головной боли для населения Земли, но это совсем не так.
Еще Константин Циолковский предполагал, что астероиды нам пригодятся: «Мы, исследователи мировых пространств, находимся недалеко от Земли. Посетили и насколько возможно изучили пространство между орбитами Земли и Марса. В нем нашли более сотни крохотных планет с диаметром от 5000 метров и менее. Но это только малая часть того, что мы предполагаем... Замеченные астероиды представляют богатый и неистощимый материал для устройства колоний за орбитой Земли» (Вне Земли).
Астероид, а особенно – продырявленный астероид, может оказаться исключительно полезной штукой для исследования космоса. Первым об этом написал Гарри Гаррисон (Harry Harrison). В его фантастическом романе «Плененная вселенная» (Captive Universe, 1969 год) выдолбленный наподобие тыквы астероид становится большим и надежным космическим кораблем-колонией для полета к ближайшим звездам…

Проект, предложенный Даниэллой Делла-Жюстин (Daniella Della-Guistina), студенткой университета Аризоны, менее амбициозен, но более реален. Речь идет об использовании собственной траектории астероида для полетов к ближайшим планетам солнечной системы (конкретно – к Марсу). Концепт-идея называется «The Martian Bus Schedule: An Innovative Technique for Protecting Humans on a Journey to Mars» (Марсианское расписание автобусов: инновационная техника для защиты людей в путешествии к Марсу). Девушка получила грант на этот проект, а работы по нему ведутся в Институте передовых концепций NASA - Institute for Advanced Concepts (NIAC).

В чем основной смысл проекта: Множество малых небесных тел (астероидов и комет) обращаются вокруг Солнца по более или менее вытянутым орбитам, приближаясь к орбитам то одной, то другой планеты, а в некоторых случаях – последовательно пересекая орбиты нескольких планет. Кометы вообще пересекают почти всю солнечную систему, от орбиты Венеры до облака Оорта, находящегося далеко за Плутоном. Если удается во время сближения малого небесного тела с Землей, сделать несколько челночных рейсов и доставить на него соответствующее оборудование, то можно построить мобильную космическую колонию, движущуюся на этом бесплатном транспортном средстве к другой планете. Скорости у малых небесных тел очень приличные (до 50 км/сек), а условия на них можно создать на порядок более комфортные и безопасные, чем в космическом корабле. Площадь поверхности даже такого небольшого астероида, как Апоп, составляет около 50 гектар (пол квадратного километра). Экипажам обычных космических аппаратов такой простор даже и не снился. На более крупных астероидах есть даже такая роскошь, как чувствительная сила тяжести. Так, на Эросе (похожем на изящную 30-километровую туфельку) человек в скафандре будет весить около 80 граммов. Казалось бы, мелочь, но этого достаточно, чтобы создать чувство «верха», «низа» и «твердой земли под ногами». Добавьте к этому наличие реального природного ландшафта (довольно разнообразного, несмотря на безжизненность) и получите психологически гораздо более приемлемое для человека место, чем внутренность металлической колбы (обычной космической станции).

Конечно, использовать внешнюю поверхность и внутренние полости астероида не так-то просто, но это – технически выполнимая задача (в отличие от задачи построения больших космических станций в открытом космосе). Тут есть и готовый корпус, и материалы, и даже (на некоторых малых небесных телах) значительные запасы воды в виде льда и кислорода в виде минеральных оксидов. При наличии источника энергии (например, мобильного ядерного реактора) обеспечение водой и кислородом возможно из местных источников – все это не придется везти с Земли.
И не забудем о главном - у этих объектов есть «бесплатная» скорость движения по вытянутой орбите с известными параметрами.
Так или иначе, в списке Делла-Жюстин в настоящее время уже около 40 «астероидов-автобусов», имеющих орбиты, подходящие для «марсианского проекта».


5. Прогнозы и «фактор Брюса Уиллиса».

Если пойти дальше, чем нынешний проект «The Martian Bus Schedule», то ключевой момент будет состоять в продырявленности астероида (или кометы). При использовании одноразового ядерного реактивного двигателя (или с помощью буровой машины, выбрасывающей в космос извлеченный грунт) одновременно корректируется орбита будущего «звездного автобуса» и создается пещера, которая может впоследствии быть оборудована, как основное помещение для экипажа (или пассажиров) этого автобуса.

Насколько реальной является организация челночных рейсов между Землей и «звездным автобусом»? Космонавтика уже располагает опытом успешных рейсов с посадкой беспилотных аппаратов на малые небесные тела: посадка на астероид Эрос в 2001 году (американский аппарат NEAR-Shoemaker) и посадка на астероид Итокава в 2005 году (японский аппарат «Хиябуса»). В 2006 году был выполнен американский проект Deep Impact – исследование ядра кометы Темпеля с помощью болванки-тарана. Сейчас в стадии исполнения находится проект посадки на ядро кометы Виртанена (европейский аппарат «Rosetta - Roland»). В этом проекте, кстати, предусмотрены операции по бурению (снова вспомним Брюса Уиллиса), правда, только с целью взятия образцов.
Кроме того, в ноябре 2006 появилось официальное сообщение о том, что несколько научных коллективов NASA работают над проектом пилотируемого полета на один из околоземных астероидов. Одна из задач экспедиции – отработка действий и сбор данных, необходимых для изменения траектории астероида.

В NASA не отрицают, что «фактор Брюса Уиллиса» (психологическое воздействие фильма «Армагеддон») существенно стимулирует развитие этого проекта…

«Необычность ландшафта еще более усиливалась из-за почти полного отсутствия гравитации. Повсюду виднелись тончайшие паутинообразные формации, напоминающие фантазии художника-сюрреалиста, и неправдоподобно наклоненные груды скал, которым не удалось бы продержаться дольше нескольких минут даже на Луне. Несмотря на то что капитан Смит решил посадить "Юниверс" в глубине полярной ночи - на расстоянии добрых пяти километров от обжигающего жара Солнца, вокруг было светло…».

Это был фрагмент из романа Артура Кларка (Arthur C. Clarke) «Одиссея Три» о высадке на комету Галлея в 2061 году. Пока это фантастика, но по оценке одного из ведущих специалистов NASA, астронавта Рассела Швайкарта (Russell Schweickart), первый эксперимент по целенаправленному изменению орбиты астероида может быть проведен к 2015 году. Так что, возможно, развитие исследований малых космических объектов сильно опередит прогнозы Кларка…


6. Непременная интрига с инопланетянами.

Было бы неправильно закончить статью без интриги. А, поскольку разговор о идет космических проблемах, то в интриге должны участвовать инопланетяне (хотя бы вымышленные). Если идея использовать астероиды в качестве космических кораблей могла прийти в голову нам, то логично предположить, что она могла прийти также и в думающий орган каких-нибудь братьев по разуму.

Все началось с розыгрыша. Академик Иосиф Шкловский в 1959 году опубликовал статью, в которой убедительно доказывал, что спутники Марса - Фобос и Деймос - полые внутри и, видимо, имеют искусственное происхождение. Естественно, статья вызвала бурю энтузиазма среди любителей гипотез о палеовизите «братьев по разуму», но потом выяснилось, что Шкловский написал эту статью на спор (можно ли такое опубликовать в научном журнале). Оказалось: можно.

Но вообще-то Фобос действительно объект странный. Он представляет собой скалу в форме картофелины с габаритами 28 х 20 х 18 км и массой около 11.000 миллиардов тонн. Фактическая средняя плотность Фобоса составляет около 1,9 тонн на кубометр против расчетной 2,3, что позволяет предположить наличие полостей, занимающих около 15 процентов его объема. Кроме того, он обращается вокруг Марса на очень малой высоте - 9400 км. Наконец, самое таинственное: поверхность Фобоса покрыта параллельными прямыми бороздами наподобие траншей или дорожных трасс…
Розыгрыш – розыгрышем, но, как сказал по этому поводу Лев Зеленый, директор Институт космических исследований РАН (ИКИ) «слово было сказано, «осадок остался», и выяснилось, что у Фобоса много своих, невымышленных загадок».
Как бы то ни было, астероид, превращенный в космическую станцию, должен был бы выглядеть (и по размерам, и по свойствам) примерно так, как выглядит Фобос…

Есть в солнечной системе еще более странное небесное тело. Это – Энцелад, спутник Сатурна. Он давно вызывал интерес астрономов своей необыкновенно высокой отражающей способностью – лед, покрывающий его поверхность, чист, как зеркало.
При исследовании беспилотным аппаратом «Кассини» (Cassini) выяснилась, что это небольшое небесное тело (диаметром около 500 километров) ведет себя совершенно неправильно. Вместо того, чтобы быть ледяным шаром с температурой – 200 Цельсия, Энцелад оказался довольно горячим телом с ледяной корой, сквозь огромные трещины в которой бьют мощные гейзеры – «ледяные вулканы». Дэйл Круикшанк (Dale Cruikshank) из Исследовательского центра NASA, высказался так: «Мы были поражены, увидев ледяные гейзеры в этом мире, который давно уже должен был стать холодным и мертвым.
Какой-то неизвестный процесс интенсивно разогревает внутренности Энцелада, особенно район его южного полюса, и вызывает выбросы факелов из ледяных частиц».

Под ледяной корой Энцелада есть жидкая вода, а над корой – разреженная атмосфера из водяного пара, азота и углекислого газа.
Тепловая активность Энцелада локализована в основном в одной области: вблизи южного полюса. Там ледяная поверхность изрезана регулярными трещинами с интервалом 40 км и длиной 130 км. (их назвали «тигриные полосы»). Помимо прочего, в районе «тигриных полос» обнаружены следы органических соединений...

Интересно, что при возрасте Энцелада 4,5 миллиардов лет (как и у большинства планет солнечной системы), «ледяные вулканы» и «тигриные полосы» функционируют по некоторым данным только последнюю тысячу лет.
Это, конечно, не дает оснований говорить, будто Энцелиад подвергся искусственному преобразованию (утеплению) тысячу лет назад, но я ведь обещал в конце интригу с инопланетянами (хотя бы вымышленными). И, в любом случае, знания об эффектах, способных так разогреть ледяной спутник, человечеству пригодятся. Когда начнут реализовываться проекты использования малых небесных тел в качестве космических автобусов, нам, видимо, захочется, чтобы в салоне этих транспортных средств была более-менее комфортная температура…
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 2 comments