В сиянии Солнца неизвестное количество околоземных астероидов движется по невидимым орбитам. Новое поколение космических телескопов может стать нашей лучшей защитой от потенциальной катастрофы.
Содержание
Челябинский метеорит
Утром 15 февраля 2013 года метеорит размером с полуприцеп неожиданно появился в лучах восходящего Солнца и взорвался огненным шаром над городом Челябинском, Россия. Метеорит, ненадолго вспыхнувший ярче нашего светила, взорвался с энергией, в 30 раз превышающей энергию бомбы, уничтожившей Хиросиму, на высоте около 22 километров над поверхностью Земли. В результате взрыва были выбиты стекла более чем в 7 000 зданиях, прохожие временно ослепли, получили мгновенные ультрафиолетовые ожоги и другие травмы более 1 600 человек. К счастью, о погибших ничего не известно.
Челябинский метеорит считается самым крупным природным космическим объектом, вошедшим в атмосферу Земли за последние 100 лет. При этом ни одна обсерватория на Земле не заметила его появления. Прибыв со стороны Солнца, камень оставался скрытым в нашей самой большой слепой зоне, пока не стало слишком поздно.
Подобные события, к счастью, редкость. По оценкам Европейского космического агентства (ЕКА), камни размером с челябинский – примерно 20 метров в диаметре – входят в атмосферу Земли раз в 50-100 лет. Более крупные астероиды падают еще реже. На сегодняшний день астрономы составили карту орбит более 33 000 околоземных астероидов и обнаружили, что ни один из них не представляет опасности столкновения с нашей планетой по крайней мере в течение следующего столетия.
Но они не могут просчитать риск от астероида, которого не видят, а таких несметные тысячи, в том числе достаточно крупные, чтобы разрушить города и вызвать массовое вымирание. Они движутся по неизвестным орбитам вокруг нашей звезды. Это суровая реальность, которая заставляет астрономов одновременно беспокоиться о возможных последствиях и стремиться найти как можно больше скрытых астероидов нашей Солнечной системы. Узнав о них, можно будет следить за опасными астероидами и при необходимости отклонять их, а если ничего не получится, то предупредить население о необходимости переселиться, чтобы избежать массовых жертв.
“Самый проблемный объект – тот, о котором вы не знаете”, – говорит Эми Майнцер, профессор планетарных наук из Университета Аризоны и главный исследователь двух миссий НАСА по поиску астероидов. “Если мы будем знать, что там находится, то сможем гораздо лучше оценить истинный риск”.
Убийцы со стороны Солнца
Каждую секунду в свете Солнца скрывается от глаз бесчисленное множество астероидов. К ним относятся постоянно вращающиеся астероиды Аполлона – околоземные объекты, которые большую часть времени проводят далеко от орбиты Земли, но иногда пересекают траекторию нашей планеты, когда направляются они ближе к Солнцу. И есть еще загадочный класс астероидов под названием Атоны, которые вращаются почти полностью внутри земной орбиты, всегда находясь между Солнцем и дневной стороной планеты.
“Атоны – самые опасные, потому что они пересекают орбиту Земли едва ли не в самой удаленной точке”, – рассказал Скотт Шеппард, научный сотрудник Института науки Карнеги. “В какой-то степени вы никогда не увидите их приближения, потому что они никогда не находятся в темноте ночного неба”.
Как и все астероиды, большинство этих скрытых космических камней, скорее всего, достаточно малы и полностью сгорают в атмосфере Земли при контакте. Но, по оценкам специалистов, существует множество неоткрытых астероидов диаметром более 140 м – достаточно крупных, чтобы пережить вход в атмосферу и вызвать катастрофические локальные разрушения при столкновении, говорит Майнцер. Астероиды с таким разрушительным потенциалом иногда называют “убийцами городов”.
“Мы считаем, что нашли примерно 40 % таких астероидов, – говорит Майнцер. “По оценкам НАСА, осталось найти еще около 14 000”.
Возможно, в солнечных лучах нас ждут и гораздо более крупные объекты. По словам Шеппарда, там может скрываться несколько астероидов-“убийц планет”, размер которых превышает 1 км и которые способны поднять достаточно пыли от удара, чтобы вызвать глобальное вымирание.
В 2022 году Шеппард и его коллеги обнаружили одного такого убийцу планет, заслонившего Солнце (поэтом его и смогли засечь), о чем они рассказали в статье в журнале The Astronomical Journal. Исследователи охотились за астероидами вблизи Венеры, арендуя время нескольких больших телескопов для сканирования горизонта в течение 5-10 минут каждый вечер в сумерках, когда они неожиданно обнаружили 2022 AP7 – бегемота размером 1,5 км с причудливой пятилетней орбитой, которая делает гигантский космический камень почти постоянно невидимым для наземных телескопов.
“Когда он появляется в ночном небе, он находится в самой удаленной от Солнца точке и очень тусклый”, – говорит Шеппард. “Единственное время, когда он немного ярче, – это когда он движется внутри орбиты Земли, вблизи Солнца”.
В настоящее время 2022 AP7 пересекает орбиту Земли только тогда, когда наша планета и астероид находятся по разные стороны от Солнца, что делает его безвредным. Однако в течение тысяч лет этот промежуток будет медленно сокращаться, приближая два объекта к потенциально катастрофическому столкновению. И, скорее всего, не единственному.
“В результате проведенного нами исследования мы пришли к выводу, что определенно существует еще несколько Атонов размером с километр”, – добавил Шеппард.
Ослепительная загадка
Наблюдение за астероидами вблизи Солнца представляет собой уникальную задачу для астрономов. Даже большинство космических телескопов смотрят в сторону ночной стороны планеты, чтобы избежать солнечных бликов и радиации. Наземные же телескопы сталкиваются с еще большими ограничениями.
“Проблема не только в солнечном сиянии, но и во времени”, – говорит Шеппард. “Солнце должно занять определенное положение у горизонта, прежде чем вам разрешат открыть телескоп, а небо должно быть достаточно темным, чтобы вы могли делать снимки и не пересвечивать их”.
Как только Солнце достигает этого мимолетного положения, у наземных телескопов есть менее 30 минут, чтобы обследовать область у края светила, прежде чем оно опустится за горизонт и полностью исчезнет из виду, добавил Шеппард.
В этот короткий промежуток времени наземные телескопы сталкиваются с дополнительными трудностями: им приходится смотреть прямо сквозь земную атмосферу, которая кажется самой плотной у горизонта и заставляет свет от далеких объектов мерцать и рассеиваться. Газы в атмосфере также поглощают многие длины волн инфракрасного света – теплового излучения, которое астрономы используют для обнаружения самых слабых и холодных объектов во Вселенной.
Вряд ли это идеальный сценарий для обнаружения маленьких, темных, быстро движущихся камней.
“Вот почему вам нужно лететь в космос”, – сказал Лука Конверси, руководитель Координационного центра ЕКА по объектам, сближающимся с Землей (NEO).
Спасение в космосе
Находясь на орбите в сотнях километрах над Землей и далеко за ее пределами, космические телескопы свободны от искажающего влияния атмосферы планеты. Это позволяет задействовать мощный инструмент в их арсенале: инфракрасную съемку, или способность обнаруживать тепло, исходящее от космических объектов, а не только отраженный солнечный свет, благодаря которому объекты можно обнаружить с помощью телескопов видимого света.
“Лишь небольшая часть поверхности астероида освещается Солнцем, даже в космосе”, – говорит Конверси. “Поэтому вместо того, чтобы смотреть на отраженный от поверхности солнечный свет, инфракрасные телескопы смотрят на тепловое излучение самого астероида, что и позволяет нам его обнаружить”.
“Это означает, что даже такие визуально темные астероиды, как недавно посещенный зондом астероид Бенну, при наблюдении в инфракрасном диапазоне они светятся как раскаленные угли”, говорит Майнцер.
В настоящее время только один инфракрасный космический телескоп активно ищет околоземные астероиды – Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer (Широкоугольный инфракрасный обзор объектов, сближающихся с Землей), или NEOWISE. Запущенный в 2009 году как просто WISE, телескоп был предназначен для обнаружения объектов, находящихся далеко от Земли. Но в 2013 году, после челябинского инцидента, WISE был выведен из двухлетней спячки уже под названием NEOWISE, с новым программным обеспечением и новой миссией по обнаружению потенциально опасных околоземных астероидов.
Но NEOWISE даже после обновления не может смотреть в сторону Солнца, и, по словам Майнцер, к июлю 2024 года его миссия должна завершиться навсегда. Таким образом, обнаружение новых астероидов останется исключительно в руках исследователей на Земле, пока в конце этого десятилетия не будет запущено следующее поколение космических телескопов.
“Посмотрите вверх”.
Два планируемых космических аппарата должны помочь значительно уменьшить опасность слепой зоны Солнца: NEO Surveyor от НАСА, запуск которого запланирован на 2027 год, и NEOMIR от ЕКА, который пока находится на ранней стадии планирования и будет запущен не ранее 2030 года.
Оба космических аппарата будут оснащены инфракрасными детекторами и высокими солнечными шторками, которые позволят им искать астероиды вблизи солнечного сияния, и оба будут двигаться по орбите в первой точке Лагранжа (L1) между Землей и Солнцем, где гравитационное притяжение двух объектов сбалансировано. По словам Майнцер, главного исследователя NEOWISE и NEO Surveyor, каждые две недели NEO Surveyor будет проводить полное сканирование неба, равномерно распределяя фокус между рассветной и сумеречной сторонами Солнца. Ожидается, что телескоп будет в первую очередь обнаруживать околоземные объекты размером от 50 до 100 м.
NEOMIR же будет дополнять NEO Surveyor, сканируя кольцеобразную область вокруг Солнца каждые шесть часов или около того. По словам исследователей, даже такие маленькие астероиды, как Челябинский метеор, будут обнаружены на орбите задолго до столкновения.
“Согласно нашим расчетам, NEOMIR мог бы увидеть увидеть Челябинский метеор примерно за неделю до столкновения”, – сказал Конверси. “Этого времени более чем достаточно, чтобы предупредить население и принять какие-то меры”.
В случае небольшого метеора, размером с Челябинский, который взорвется, не долетев до земли, эти меры могут включать предупреждение людей в зоне падения о необходимости укрыться и держаться подальше от окон. Более крупные объекты, как можно надеяться, будут обнаружены задолго до даты их падения, что позволит людям при необходимости эвакуироваться из района падения. “Убийцы планет” требуют многолетнего планирования для безопасного отклонения, но их и легче всего обнаружить заблаговременно.
Но поскольку NEO Surveyor и NEOMIR еще много лет не увидят свет, астрономы будут по-прежнему полагаться на лучшие наземные методы разгадки тайн Солнца. Даже если эти космические аппараты будут работать, небольшой процент околосолнечных астероидов, скорее всего, останется необнаруженным. К счастью, риск смертельного столкновения остается низким и, надо надеяться, будет только снижаться по мере того, как астрономы будут собирать все больше и больше информации.
“Посмотрите вверх”, – сказала Майнцер. “Проведите более качественное исследование, и вы сможете значительно уменьшить неопределенность”.
Читайте также: За пределами периодической таблицы: сверхтяжелые элементы и сверхплотные астероиды