Почему вероятность столкновения с астероидом 2024 YR4 продолжает расти и куда он упадет

Вероятность столкновения с астероидом 2024 YR4, способным уничтожить целый город, выросла с 1.2% до 2.3%, затем до 2.6% и, наконец, до 3.1%. Вот почему.

27 декабря 2024 года вблизи Земли был обнаружен очень маленький и быстро движущийся астероид. Названный 2024 YR4 (или просто YR4), в диаметре он составляет около 50 метров, весит примерно 200 000 тонн и совсем недавно, 25 декабря 2024 года, пролетел на минимальном расстоянии от Земли. С момента его открытия многие обсерватории следили за его движением, что позволило с достаточной точностью реконструировать его орбиту.

Известно, что он обращается вокруг Солнца с периодом около 4 лет, достигая максимального расстояния от Солнца примерно в 4.18 астрономических единиц, то есть до самого внешнего края пояса астероидов. Следующее сближение с Землей (но на этот раз он точно пролетит мимо) состоится 17 декабря 2028 года, а затем, четыре года спустя, 22 декабря 2032 года, нас ждёт потенциально опасное сближение.

Наиболее точные данные показывают, что в 2032 году астероид разминётся с нами с небольшим отрывом: всего 160 000 километров, что меньше половины расстояния от Земли до Луны. Однако данные всё ещё очень неопределенны, и область (с 99.7% доверительной вероятностью) охватывает 1.28 миллиона километров: область, в которую, безусловно, входит и сама Земля, диаметром всего ~12 750 км. С момента открытия астероида прогнозируемая вероятность столкновения с нашей планетой неуклонно росла: с 1.2% вначале до 2.3%, затем до 2.6% и, наконец, по состоянию на 18 февраля, до 3.1%.

Значит ли это, что мы находимся в серьезной опасности? Вовсе нет. Можно ожидать, что вероятность какое-то время будет продолжать расти, а затем внезапно упадет до нуля. Далее мы объясним с научной точки зрения, почему такой исход наиболее вероятен, а также расскажем, что делать человечеству, если нам всё-таки не повезет и столкновение станет неизбежным.

То, что вы видите выше, известно как Туринская шкала: шкала для измерения потенциальной опасности космических объектов, которые могут столкнуться с Землей. Обратите внимание, что шкала разделена таким образом, что только некоторые объекты вообще имеют рейтинг опасности. Объект, который точно пролетит мимо нас, имеет уровень 0; объект диаметром менее 20 метров также имеет уровень 0, поскольку даже в случае столкновения максимальный ущерб, который он может нанести, будет сопоставим с Челябинским метеоритом 2013 года, который привел лишь к незначительным травмам, вызванным осколками разбитых стекол.

Более крупные тела уже представляют опасность: объекты размером от 20 до 100 метров попадают в категорию “убийц городов”, объекты размером от 100 метров до 1 километра – в категорию “регионального опустошения”, а объекты размером более 1 километра представляют собой угрозу “исчезновения видов”. Чем выше вероятность столкновения, тем больше поводов для беспокойства.

Однако, несмотря на всё внимание, уделяемое в последнее время астероиду YR4, на данный момент он имеет рейтинг всего “3” по этой шкале. Согласно NASA, объект с рейтингом 3 по Туринской шкале следует рассматривать следующим образом:

“Близкое сближение, заслуживающее внимания астрономов. Текущие расчеты дают вероятность столкновения 1% или более, способного вызвать локальные разрушения. Скорее всего, новые телескопические наблюдения приведут к переназначению на уровень 0. Внимание общественности и официальных лиц оправдано, если сближение произойдет менее чем через десять лет”.

Не будет преувеличением сказать, что YR4 – самый опасный объект, обнаруженный с момента изобретения Туринской шкалы, и тем не менее, он всё ещё очень маловероятно представляет какую-либо угрозу для Земли.

NASA знает об этом, что видно из утверждения: “Скорее всего, новые телескопические наблюдения приведут к переназначению на уровень 0”. Однако это не было чётко отражено в новостных сообщениях, и причины этого почти никогда не обсуждаются. Давайте исправим это прямо сейчас, рассмотрев научные основы расчета орбитальных траекторий и, наряду с этими расчетами, оценим неопределенности, которые с ними связаны.

Когда вы впервые идентифицируете объект с помощью телескопа, вы можете многое о нем узнать.

Вы можете определить, где он находится, по крайней мере, в двумерной проекции неба.
Вы можете отслеживать его движение во времени, получая серию точек во времени, которые позволяют определить его траекторию.
Вы можете использовать теоретические знания о законе гравитации, чтобы вывести его прошлую и будущую траекторию.
Вы можете учесть неопределенности, возникающие из-за несовершенства ваших инструментов и измерительных устройств, проецируя их на будущие неопределенности в его орбитальном пути.
И, предполагая, что вы достаточно знаете о положении и движении других гравитационно значимых тел на его пути или вблизи него, включая Солнце и главные планеты, вы можете рассчитать, как эти траектории могут отклоняться от чисто кеплеровской траектории в будущем.

Чем больше наблюдений за объектом вы сможете провести — в том числе с помощью более совершенных инструментов, с большей точностью и на более длительных промежутках времени, — тем меньше будут ваши неопределенности и тем больше вы будете уверены в своих прогнозах относительно будущей траектории объекта. С другой стороны, когда у вас мало наблюдений, включая наблюдения, полученные только за короткий период времени или на небольшом участке орбиты объекта, ваши неопределенности, как правило, будут большими.

В целом, лучшее время для наблюдения за объектом, по крайней мере, если ваша цель – полностью определить его орбитальную траекторию, – это когда он быстро движется по небу: то есть когда он близок к перигелию (к ближайшей точке к Солнцу). Для объекта, находящегося далеко в поясе Койпера, может потребоваться несколько лет наблюдений, чтобы определить надежную орбиту; для объекта, который находится гораздо ближе к нам, например, во внутренней части Солнечной системы, мы можем добиться гораздо большего всего за несколько недель или пару месяцев наблюдений.

Поскольку мы обнаружили 2024 YR4 только в конце декабря 2024 года, уже после его перигелия (22 ноября), в настоящее время мы можем спрогнозировать его траекторию только с определенной точностью. Хотя наиболее вероятная оценка его траектории указывает на то, что он пролетит мимо Земли на расстоянии ~160 000 км, существует неопределенность в этой траектории, в основном в одном конкретном пространственном измерении, равная ±213 811 км.

Задумайтесь на мгновение, что это значит. Это означает, что, основываясь на том, что мы знаем об этом объекте, наиболее точно реконструированная орбитальная траектория, которую мы можем вывести для него, подразумевает, что он пролетит мимо Земли на расстоянии ~160 000 километров: около 12.5 диаметров Земли. Если бы мы знали эту траекторию с точностью ±10 000 км, то могли бы быть абсолютно уверены, что он пролетит мимо; потребовалось бы экстраординарное событие, превышающее 15 сигма (15 односторонних стандартных отклонений), чтобы привести к столкновению, вероятность которого пренебрежимо мала (~0).

Однако, если бы мы знали эту траекторию только с точностью ±40 000 км, мы бы посчитали, что этот объект, скорее всего, пролетит мимо нас, но нам нужны были бы более точные данные, чтобы исключить столкновение с большей степенью уверенности. В физике и астрономии такая точность (примерно 3.8 сигма) исключает столкновение только на уровне около 99.98%; нам хотелось бы быть более точными.

Согласно лучшим на сегодняшний день данным — то есть по состоянию на 18 февраля 2025 года — наша неопределенность в отношении 2024 YR4 неприемлемо велика, поскольку эта траектория известна только с точностью ±213 811 км. Реалистично, нам нужно определить его орбиту с точностью примерно в семь раз большей, чтобы безопасно исключить возможность столкновения.

Однако сейчас мы находимся в затруднительном положении, по крайней мере, с точки зрения качества имеющихся у нас данных. Когда дело доходит до статистической значимости, всякий раз, когда вы видите символ “+”, за которым следует число, вам нужно задать себе вопрос: “Что это за тип неопределенности?”. Неопределенность в траектории 2024 YR4, как сообщается, составляет ±641 435 км, но это неопределенность 3 сигма, а не стандартная 1 сигма, которая соответствует ±213 811 км. Статистика работает так: если предположить, что ваши единственные погрешности измерений носят статистический характер, то это говорит нам о том, что:

существует ~68% вероятность того, что “истинное значение” лежит в пределах 1 сигма от наиболее вероятного значения,
~95% вероятность того, что “истинное значение” лежит в пределах 2 сигма от наиболее вероятного значения,
~99.7% вероятность того, что “истинное значение” лежит в пределах 3 сигма от наиболее вероятного значения,
~99.99% вероятность того, что “истинное значение” лежит в пределах 4 сигма от наиболее вероятного значения, и так далее.

Поскольку наиболее вероятное значение находится “всего” в 160 000 км от Земли, это означает, что снижение неопределенности ниже ее текущего значения ±213 811 км приведет к:

увеличению вероятности столкновения по мере уменьшения неопределенности, исключая сценарии “пролетает мимо Земли на большом расстоянии”,
до тех пор, пока неопределенность не станет значительно меньше, чем “наиболее вероятное значение”,
а затем вероятность столкновения упадет экспоненциально, поскольку мы сможем более надежно прогнозировать его траекторию с меньшими ошибками.

Именно такой сценарий возникал практически для каждого когда-либо обнаруженного и отслеживаемого астероида, и он очень, очень вероятно (с вероятностью более 96%) применим к 2024 YR4. Предыдущий “рекорд” по наиболее вероятному столкновению с Землей идентифицированного тела принадлежал астероиду Апофис, вероятность столкновения которого с Землей в 2004 году, когда он был впервые обнаружен, оценивалась в 2.7%.

Последующие измерения позволили лучше определить его траекторию, и в настоящее время риск столкновения считается гораздо ниже, чем 1 к миллиону. Однако, пока мы не сможем достичь такого уровня точности в наших измерениях для 2024 YR4 — что, вероятно, потребует наблюдений с самых мощных телескопов в мире, возможно, даже с JWST, — мы должны быть готовы к возможности того, что он все еще может столкнуться с нами.

Эта возможность делает измерение его траектории (а также других его свойств) с невероятно высокой точностью еще более важным. 2024 YR4, например:

все еще может столкнуться с Землей, или он может пролететь мимо нас на расстоянии сотен тысяч километров,
может быть размером всего 40 метров в поперечнике, или же достигать ~90 метров,
может иметь кинетическую энергию всего в несколько сотен килотонн в тротиловом эквиваленте, или же целых 15 мегатонн в тротиловом эквиваленте.

Последняя неопределенность, возникающая в основном из-за неопределенности в его общей массе (поскольку мы знаем, что он будет двигаться со скоростью около 17 км/с, если столкнется с Землей в 2032 году), – это разница между воздействием масштаба Челябинского метеорита, в результате которого никто не погиб, и типом воздействия, создавшим кратер Барринджера (также известный как Метеоритный кратер) в Аризоне, который может убить сотни тысяч или более человек, если он упадет на большой город.

На пути астероида 2024 YR4, если он вдруг решит “поздороваться” с Землей, стоят крупные города, и последствия такого “визита” могут быть катастрофическими. Богота (Колумбия), Лагос (Нигерия), Сана (Йемен), Мумбаи (Индия), Дакка (Бангладеш) – это лишь некоторые из них. Даже если астероид плюхнется в океан, угроза прибрежных наводнений и цунами остается, а это потенциальный ущерб на миллиарды, а то и триллионы долларов.

Если в ближайшие недели и месяцы ученые, получив точные данные, подтвердят, что 2024 YR4 действительно нацелился на нас (а это вполне реально выяснить), то лучшим вариантом будет вспомнить уроки миссии DART, где мы учились “переубеждать” астероиды, и начать готовить план по отклонению 2024 YR4.

Как это будет выглядеть?

Представьте, что вам нужно изменить курс огромной махины в космосе. Чем раньше вы начнете, тем лучше. Это как на шоссе: заметили, что машина чуть съезжает с полосы – слегка подправили руль заранее, и все в порядке. А если промедлите до последнего момента, придется резко крутить руль. Так и с астероидом: чтобы его сдвинуть, нужен взрыв или столкновение – передача кинетической энергии, которая изменит его траекторию. Чем дольше ждать, и чем ближе момент “перенаправления” к моменту потенциального удара, тем мощнее должен быть наш “пинок”. Другими словами, чем раньше начнем, тем “мягче” сможем действовать.

Чтобы понять, какой силы “пинок” нужен астероиду 2024 YR4, чтобы он пролетел мимо, нужно знать несколько вещей. Во-первых, сколько у нас времени до “свидания”. В нашем случае, дедлайн – 22 декабря 2032 года. Но есть шанс “подправить курс” и пораньше – 17 декабря 2028 года, когда 2024 YR4 снова пролетит относительно близко от Земли. Поскольку Земля у нас дама круглая, с радиусом в среднем 6371 км, то и астероид нужно отклонить как минимум на это расстояние. А чтобы сдвинуть с места такую громадину, нужен мощный (или очень энергичный) удар, который изменит его движение. А это уже зависит от массы самого астероида 2024 YR4.

Вот тут-то и начинаются сложности: массу астероида оценивают примерно в 220 000 тонн (2,2 × 10⁸ кг), но с погрешностью, внимание, в десять раз! Вспомним миссии NASA – DART или Deep Impact: их аппараты весили всего несколько сотен килограммов, но скорость относительно астероида у них была приличная – около 10 км/с, а то и больше.

Давайте прикинем, по-крупному, и предположим:

Масса нашего “снаряда”: 1000 кг.
Скорость столкновения: 20 км/с.
Масса 2024 YR4: те самые ожидаемые 2,2 × 10⁸ кг.
Попытка перенаправления: в 2028 году, за четыре года до потенциального удара.
И, допустим, столкновение будет идеально упругим (как бильярдные шары).

В таком случае, мы сможем изменить скорость астероида примерно на 18 сантиметров в секунду. За четыре года это “набежит” и изменит траекторию 2024 YR4 аж на 22 000 км – больше, чем диаметр Земли! То есть, промахнется мимо, и с запасом!

Да, если мы решим “подтолкнуть” астероид ударом, есть и свои подводные камни. Он может расколоться, и вместо одного большого “подарка” мы получим целый шлейф обломков, летящих на Землю. “Снаряд” может застрять в астероиде, чуть сдвинув его, но недостаточно, чтобы он промахнулся. Или, что еще хуже, мы можем выбрать стратегию пожестче, чем удар – например, взорвать ядерный заряд рядом с астероидом.

Это может не только не изменить его курс, но и сделать его радиоактивным, что, мягко говоря, не очень приятно. Так что самая оптимальная стратегия – это все-таки ударить по астероиду, в правильном направлении, с максимальной скоростью, максимально тяжелым аппаратом и как можно раньше до потенциального столкновения с Землей.

Но, скорее всего, все эти “космические маневры” нам не понадобятся.

Любой объект может представлять “угрозу столкновения”, если вы достаточно плохо его измерили. А сейчас, учитывая, что 2024 YR4 маленький, шустрый, и наблюдали мы его совсем недолго, наши измерения пока что “хромают”, и мы попросту не знаем, врежется он в нас или нет. Шансы, конечно, невелики, но нужны более точные наблюдения (которые, будем надеяться, скоро появятся), чтобы сказать наверняка.

По всей вероятности, “шансы на столкновение” скоро достигнут пика – примерно 5%, а потом резко упадут. Но пока мы не соберем все необходимые данные, мы не можем знать точно. Если мы действительно хотим знать, что нас ждет там, в глубинах Вселенной, то самые точные наблюдения с целью планетарной защиты – это лучшее, что мы можем сделать на данный момент. Другими словами – надо внимательнее смотреть в оба.