Смогут ли ученые предотвратить столкновение астероида с Землей?

Это классический сценарий научной фантастики: обнаруживается огромный астероид, несущийся к Земле, который при столкновении обязательно вызовет катастрофическое вымирание. У бесстрашных ученых есть всего год, чтобы нанести упреждающий удар по космической скале - сбить ее с курса или разнести вдребезги - при этом на карту поставлена судьба человечества. Смогут ли они это остановить?

С таким сценарием конца света, скорее всего, живущим сегодня людям никогда не придется сталкиваться. Астрономы нанесли на карту траектории более 33 000 астероидов, которые время от времени сближаются с Землей, и ни один из них не представляет опасности столкновения по крайней мере в ближайшие 100 лет.

Тем не менее, ученые понимают, что катастрофа может произойти без предупреждения; тысячи астероидов движутся, скрытые солнцем, включая множество камней, достаточно крупных, чтобы уничтожить целые города, и Европейское космическое агентство (ЕКА) предупреждает, что десятки астероидов - "убийц планет" - размером более 1 километра, все еще скрываются неоткрытыми в нашей Солнечной системе.

По этой причине космические агентства очень серьезно относятся к такому сценарию конца света, говорит Брент Барби, аэрокосмический инженер Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и профессор аэрокосмической инженерии Университета Мэриленда. И после многих лет исследований, включая первую в мире миссию по отклонению реального астероида в космосе, усилия международного сообщества привели к двум реальным способам изменения курса потенциально смертоносного астероида: ударить по нему высокоскоростным ударным элементом или сбросить на него ядерную взрывчатку.

В настоящее время единственным проверенным способом отклонения астероида является метод кинетического удара - по сути, игра в космический бильярд с очень, очень высокими ставками. 

"Кинетический импактор - это космический корабль, который, по сути, просто врезается в астероид на высокой скорости и передает ему свой импульс, очень похоже на игру в бильярд, - поясняет Барби. - Но тогда выброшенный материал, который оторвется от астероида в точке столкновения, может обеспечить дополнительный импульса для астероида и толкнуть его даже сильнее".

НАСА протестировало метод кинетического удара с помощью недавнего теста двойного перенаправления астероидов (DART) — миссией стоимостью 325 миллионов долларов, в ходе которой ускоряющийся космический корабль намеренно врезался в астероид Диморфос шириной 177 метров в сентябре 2022 года.

Диморфосс не представлял угрозы для Земли, но стал главной мишенью из-за своего размера и орбиты вокруг более крупного астероида-компаньона, Дидимоса. После успешного столкновения 26 сентября орбита Диморфоса вокруг Дидимоса замедлилась на целых 33 минуты — в результате как самого столкновения, так и массивного столба пыли, выброшенного с поверхности астероида. Миссия — первая и пока единственная попытка человечества изменить курс астероида — увенчалась ошеломляющим успехом.

Однако метод кинетического удара имеет свои недостатки, говорит Барби. В частности, чем больше целевой астероид, тем больше требуется кинетических ударов, чтобы отклонить его.

Например, чтобы отклонить астероид шириной примерно 610 м ученым потребуется запустить одновременно от 39 до 85 ракет Falcon Heavy с кинетическими ударниками, сказал Барби, ссылаясь на результаты исследования по отклонению астероида, проведенного на конференции по планетарной обороне Международной академии астронавтики в этом году.

Чтобы отклонить астероид шириной 1,5 км — настоящего "убийцу планет" - нам нужно было бы одновременно запустить от 565 до 1266 кинетических ударных элементов, в зависимости от того, в какую часть Земли астероид был готов ударить. (Для отражения скользящего удара требуется меньше массы, чем для попадания в мертвую точку). 

"В любом случае, эти цифры совершенно непрактичны", - заключает Барби.

Ядерный вариант

По словам Барби, в настоящее время "лучшим вариантом" для отклонения большого астероида является запуск в него ядерной бомбы.

"Согласно нашему анализу, было обнаружено, что одно ядерное взрывное устройство соответствующего размера способно отклонить даже астероид размером 1,5 километра", - добавил он.

Логистически процесс начнется как обычная межпланетной миссии, с ядерным оружием, закрепленным на стандартной ракете-носителе. Затем оно будет доставлено к астероиду на небольшом космическом корабле. Оттуда оружие может быть взорвано вблизи астероида во время высокоскоростного облета - или, в идеале, космический корабль с ядерным зарядом может врезаться в астероид-мишень, вращаясь вокруг него в течение месяцев или даже лет, чтобы найти идеальный угол сближения. По словам Барби, идеальное место для ядерного взрыва находилось бы в нескольких сотнях метрах от астероида.

Затем произойдет взрыв — взрыв, который не был бы похож ни на одну ядерную бомбу, когда-либо взорванную на Земле.

"Космос, конечно, - это вакуум… поэтому вы не получите большой волны давления или каких-либо тепловых эффектов, как от взрыва на земле", - говорит Барби. 

Зато образуется поток радиации, который проникнет сквозь тонкий внешний слой поверхности астероида и испарит его. Затем, подобно кинетическому удару на стероидах, испаряющийся материал начнет отстреливаться от астероида, придавая камню мощный толчок в сторону от места взрыва. При правильном расположении, взрыв сбил бы астероид-"убийцу планет" с курса столкновения с Землей.

По словам Барби, этот метод может быть столь же эффективен и при разрушении меньших астероидов-"убийц городов", тех, диаметр которых составляет не менее 50 м, что обычно считается минимальным размером астероида, достигающего поверхности Земли. В то время как кинетический удар по такой скале сопряжен с риском ее фрагментации, образования кусков неизвестных размеров, движущихся непредсказуемым образом, удачно размещенная ядерная бомба может просто "разнести астероид вдребезги", решив проблему сразу, добавил Барби.

Однако на данный момент метод "сбросить ядерную бомбу" существует только в симуляциях, основанных на данных о взрывах на земле. Многие факторы, включая размер и состав астероида, а также временные рамки и траектория его сближения с Землей, в конечном итоге повлияют на успех такой миссии.

Время решает все

Самая большая проблема при использовании обоих методов - это выбор времени. Во время учений Конференции по планетарной обороне астрономам было дано предупреждение за 15 лет до гипотетического столкновения астероида с Землей. Это дало им достаточно времени для планирования, запуска и сближения космического корабля с астероидом.

Если бы настоящий астероид-"убийца планет" был обнаружен всего за год или два до столкновения, ситуация стала бы рискованной.

"Типичный график разработки межпланетной миссии составляет около пяти лет", - отмечает Барби. 

Вот почему лучшая планетарная защита заключается в раннем обнаружении астероидов — нанесении их на карту, мониторинге и разработке плана атаки на случай непредвиденных обстоятельств.