Если Земле в обозримом будущем будет угрожать столкновение с крупным астероидом, как человечество сможет предотвратить космическую катастрофу? В новом исследовании, опубликованном в журнале Acta Astronautica, учёные предложили несколько способов и придумали алгоритм, который подскажет, какой из них будет лучшим.
Опасность, которую может нести для нашей планеты астероид, более чем реальна. Так, в апреле 2029 года с Землёй сблизится 300-метровый астероид Апофис. Он не столкнётся с планетой, но пересечёт орбиты геостационарных спутников. То есть пройдёт очень близко к Земле. Новое сближение с Апофисом предстоит уже в 2036 году. На сегодняшний день считается, что и оно не закончится падением гигантского небесного тела, хотя некоторое время эксперты не исключали такой возможности.
Напомним, что этот объект был открыт только в 2004 году. Объясняется это довольно просто: астероиды трудно наблюдать. По космическим меркам они невелики и к тому же обычно плохо отражают солнечный свет. Так что, несмотря на все усилия астрономов по пересчёту угрожающих Земле тел, в любой момент можно ждать новых неприятных сюрпризов.
К тому же не всегда легко понять, опасен ли тот или иной объект. Астероид может не нанести удара при очередном сближении, но попасть в гравитационную замочную скважину (gravitational keyhole). Это крошечная область пространства, в которой гравитация нашей планеты так меняет траекторию гостя, что это ведёт к столкновению при следующем рандеву.
"Замочная скважина похожа на дверь: как только она откроется, астероид ударит по Земле достаточно быстро и с высокой вероятностью", – объясняет первый автор статьи Сун Пэк (Sung Paek) из Массачусетского технологического института.
Неопределённость вокруг Апофиса была связана с тем, что астрономам трудно было вычислить, попадёт ли он в 2029 году в такую замочную скважину, ведущую к катастрофе в 2036 году. При этом для большинства потенциально опасных объектов местоположение этих "точек смерти" попросту неизвестно.
Что человечество станет делать, если станет ясно, что крупный астероид через некоторое время столкнётся с нашей планетой? В докладе, который NASA в 2007 году представило Конгрессу США, лучшим вариантом объявлялось уничтожение небесного тела с помощью ядерного взрыва. Но в этом случае на Землю всё равно выпадет град осколков "пришельца". Если они будут достаточно мелкими, то большей частью сгорят в атмосфере. Тем не менее ряд экспертов критикует этот сценарий, ведь никто точно не сможет предсказать, какими будут последствия такого взрыва и где упадут не сгоревшие в атмосфере части.
Пэк и его коллеги рассматривали другую возможность. Они предлагают ударить по астероиду тяжёлым и быстрым снарядом по принципу пушечного ядра. Предполагается, что такой "пинок" столкнёт объект с опасного курса.
"Основной физический принцип напоминает игру в бильярд", – говорит Пэк.
Однако, чтобы такая миссия увенчалась успехом, нужно как можно точнее знать массу "небесного камня", его скорость, траекторию и прочность слагающих его пород. В связи с этим может быть полезно сначала запустить исследовательский зонд, который изучит небесное тело, а уж затем приступать к активным действиям.
Если позволит время, то, по мысли экспертов, стоит провести своего рода генеральную репетицию. После того как зонд-"разведчик" соберёт все нужные данные и учёные вычислят необходимые характеристики снаряда, нужно будет запустить уменьшенную версию последнего. Маленькое ядро должно будет слегка изменить орбиту объекта, чтобы специалисты могли проверить, что тот откликается на воздействие именно так, как ожидалось. После этого можно будет начинать операцию по спасению Земли.
Какой из трёх сценариев предпочесть: бить по незваному гостю сразу, сначала запустить к нему исследовательский зонд или же запустить и зонд, и миниснаряд? В своей работе учёные предоставляют человечеству инструмент для принятия подобных решений.
Их программа использует методы математической статистики и генетические алгоритмы, чтобы выбрать оптимальную стратегию. Входными данными для неё служат известные параметры астероида (масса, скорость и так далее), местоположение его замочной скважины, запас времени до часа Х, а также точность, с которой измерены все эти величины.
Авторы особо подчёркивают, что их методика учитывает погрешности в исходных данных, ведь от них в конечном счёте зависит вероятность успеха миссии. Учёные заявляют, что до сих пор этот аспект ускользал от внимания специалистов.
При этом Пэк и коллеги считают, что воздействовать на астероид надо до того, как он пройдёт замочную скважину и возьмёт курс на столкновение с Землёй. Этим их подход отличается от большинства сценариев, в которых спасать планету предлагается уже после прохождения "точки смерти".
Авторы опробовали свой метод на данных об Апофисе и Бенну. Это одни из немногих астероидов, для которых известно положение замочной скважины.
Расчёты показали, что если до прихода Апофиса в замочную скважину остаётся пять и более лет, то оптимален сценарий с двумя предварительными пусками. Если до часа Х от двух до пяти лет, то на репетицию изменения орбиты нет времени, но лучше всё же отправить исследовательский зонд. Если Апофис войдёт в замочную скважину в ближайшие два года, то остаётся сразу отправить ему навстречу "пушечное ядро" и надеяться, что всё получится. Если же он пройдёт "точку смерти" в ближайший год, то даже ударный зонд не успеет до него добраться. Тогда придётся атаковать опасную глыбу уже после того, как она возьмёт курс на столкновение.
С Бенну всё примерно так же, однако о нём имеется гораздо больше данных благодаря тому, что на его орбите сейчас работает зонд OSIRIS-REx.
В дальнейшем авторы собираются применить свою методику для оценки других сценариев обороны. Например, воздействовать на астероид можно не одним большим ударным зондом, а несколькими малыми. В качестве таковых можно также попытаться использовать спутники, уже находящиеся на орбите.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали об испытаниях системы оповещения о приближении "небесного камня". Также мы рассказывали о первой миссии, призванной изменить орбиту астероида.
