научная статья по теме АСТРОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ: НОВЫЕ ЗАДАЧИ И ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ ПОСЛЕ ЧЕЛЯБИНСКОГО СОБЫТИЯ 15 ФЕВРАЛЯ 2013 Г Астрономия

Текст научной статьи на тему «АСТРОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ: НОВЫЕ ЗАДАЧИ И ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ ПОСЛЕ ЧЕЛЯБИНСКОГО СОБЫТИЯ 15 ФЕВРАЛЯ 2013 Г»

УДК 52,3.44+520.6

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ: НОВЫЕ ЗАДАЧИ И ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ ПОСЛЕ ЧЕЛЯБИНСКОГО

СОБЫТИЯ 15 ФЕВРАЛЯ 2013 г.

(©2015 г. Б. М. Шустов1*, А. С. Шугаров1, С. А. Нароенков1, М. Е. Прохоров2

1Институт астрономии Российской академии наук, Москва, Россия

2Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия Поступила в редакцию 08.04.2015 г.; принята в печать 13.05.2015 г.

Введено новое определение опасных небесных тел (ОНТ), в котором наиболее существенным является понижение нижнего предела размера ОНТ до 10 м. Введено новое определение угрожающих и столкновительных орбит ОНТ. Проанализированы основные астрономические аспекты, которые необходимо учитывать при создании систем обнаружения ОНТ. Наиболее существенными из них являются: равномерность распределения точек (областей) появления ОНТ на небесной сфере в околоземном пространстве, практический предел скорости сближения с ОНТ 20 км/с (для 90% тел). Показано, что для создания систем ближнего обнаружения астероидов и комет, приходящих с дневного неба, неизбежно использование систем космического базирования. Развита идея такой системы, заключающаяся в размещении одного или нескольких оптических телескопов в окрестности точки Ц системы Солнце—Земля. Кратко представлены результаты предварительного проектирования такой системы, названной СОДА (Система Обнаружения Дневных Астероидов).

DOI: 10.7868/80004629915100060

1. ВВЕДЕНИЕ

Развитие человеческой цивилизации означает прогресс в преодолении различных рисков, как естественных, так и созданных самим человеком. При этом выявляются новые, ранее неизвестные угрозы, например космические. Наиболее обсуждаемыми космическими угрозами считаются следующие:

• Космический мусор — катастрофическое техногенное засорение ближнего космоса, представляющее угрозу сокращения или даже прекращения космической деятельности человечества. Имеет большое и каждодневное практическое значение (см., например, [1]).

• Астероидно-кометная опасность

(АКО) — угроза столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы (астероидами и кометами) с причинением серьезного ущерба населению планеты вплоть до уничтожения цивилизации. В последние годы

E-mail: bshustov@inasan.ru

важность этой угрозы стала общепризнанной. Временна я шкала угрозы (характерное время между событиями) — десятки лет.

• Космическая погода — плохо прогнозируемые изменения активности Солнца, представляющие угрозу серьезных потерь, прежде всего в сфере производственной деятельности (в энергетике, связи, космической деятельности). Временна я шкала угрозы — десятки и сотни лет [2].

• Биологические — опасность занесения на Землю из космоса форм жизни, представляющих потенциальную опасность (в том числе возможный возврат организмов, ранее перенесенных в космос космическими аппаратами с Земли). Временна я шкала угрозы — от нескольких лет до столетий [3].

• Астрофизические угрозы — наиболее экзотический, но тем не мене реальный вид угроз. Его связывают с возможностью различных катаклизмов — прохождения Солнечной системы через межзвездные

облака, что может привести к "смятию" солнечной магнитосферы и усиленной бомбардировке Земли космическими лучами, а также существенно повлиять на химические процессы в верхней атмосфере, вспышками близких сверхновых и т.д. Временна я шкала угрозы — (многие) миллионы лет [4].

Изучение каждой из этих угроз имеет в той или иной степени астрономическую составляющую. Вниманию читателей "Астрономического журнала" предлагается новая для тематики журнала работа, посвященная проблеме астероидно-кометной опасности, точнее астрономическим аспектам в новых задачах и подходах к решению проблемы обнаружения опасных небесных тел, появившимся после Челябинского события 15 февраля 2013 г.

В последние годы важность проблемы АКО стала общепризнанной и ей посвящено много научных публикаций (см., например, [5—7]). Мы лишь кратко напомним ее суть. На Землю выпадает огромное количество тел естественного происхождения. Общая масса притока такого вещества оценивается во многие десятки тонн в сутки. Большую часть составляют очень мелкие тела, не представляющие никакой опасности. Еще недавно нижняя граница размеров опасного небесного тела была определена в 50 м (примерные размеры Тунгусского тела). Средняя оценка энергии, выделяющейся при столкновении такого тела с Землей, сравнима с энергией взрыва очень мощного термоядерного устройства. Падения крупных тел, вызывающих глобальные катастрофы, происходят гораздо реже (для тел размером около 1 км частота столкновений оценивается как одно событие примерно за миллион лет). Именно поэтому считается, что главное содержание проблемы АКО составляют столкновения с телами размером до 500 м, происходящие на временных масштабах существования биологического вида homo sapiens (около 100—200 тыс. лет).

Особенность проблемы АКО состоит в том, что усредненный на большом интервале времени (тысячелетия и более) уровень угрозы невелик, так как падения крупных тел случаются редко. Но любое конкретное событие (столкновение) или даже значимый риск такого события становится важнейшим для всего человечества. Так, вполне рядовое с астрономической точки зрения Челябинское событие привлекло всеобщее внимание.

Декаметровые тела ранее не рассматривались как реально опасные. Согласно таким представлениям метеороид, взорвавшийся над Челябинском 15 февраля 2013 г., не относился к числу опасных, поскольку его размер был оценен примерно в 16— 19 м [9]. Однако при более крутой траектории

входа метеороида в атмосферу последствия взрыва могли бы быть гораздо более катастрофичными. В дальнейшем мы будем называть все небесные тела размером более 10 м, входящие в околоземное космическое пространство (геоцентрическую сферу радиусом 0.005 а.е.), опасными небесными телами (ОНТ).

По своей структуре проблема АКО — комплексная. Выделяют три ее основные составляющие [8]:

1) проблема обнаружения (выявления) опасных тел и определения их свойств;

2) проблема оценки риска и принятия соответствующих решений;

3) проблема противодействия и уменьшения ущерба.

Первоочередной задачей является решение проблемы обнаружения ОНТ. В современной трактовке проблемы АКО задача обнаружения должна рассматриваться как задача оперативного и массового (т.е. не ниже некоторого порога полноты, обычно 90%) выявления опасных тел. Последующие регулярные наблюдения (мониторинг, подхват, в англоязычной литературе также используют термин "follow up") как найденных в программах обнаружения, так и известных ранее опасных объектов должны обеспечить уточнение их орбит и максимально полное исследование их физических свойств. Тем самым появляется возможность как можно надежнее оценить вероятность и последствия столкновения и дать необходимую информацию для того, чтобы заблаговременно принять соответствующие меры.

Несмотря на быстрый прогресс, проблема обнаружения опасных тел Солнечной системы остается очень далекой от решения, точнее:

• обнаружение и последующее отслеживание всех опасных тел размером более 1 км — задача, практически решенная;

• обнаружение опасных тел размером от 100 м — задача, решенная не более чем на 10%;

• обнаружение всех опасных тел Солнечной системы размером от 10 м — задача, невыполнимая даже в отдаленном будущем.

Челябинское событие, т.е. вход в атмосферу декаметрового небесного тела, подробно описано и проанализировано в [9, 10]. В контексте проблемы АКО основные уроки Челябинского события кратко можно сформулировать так.

1. Не только тела размером более 50 м, но и тела меньших размеров (10—50 м) следует рассматривать как опасные.

2. Предотвратить столкновения Земли с телами типа Челябинского на малой шкале времени практически невозможно. Основной упор нужно делать на уменьшение ущерба, например, средствами гражданской обороны. Для этого необходимо иметь возможность своевременного предупреждения (за несколько часов до столкновения).

3. Опасные небесные тела (ОНТ), приходящие с дневного неба, невозможно своевременно обнаружить с помощью любых наземных средств. Это означает необходимость космических инструментов для обнаружения и предупреждения.

В данной работе мы рассматриваем именно эту задачу обнаружения ОНТ размером от 10 м в околоземном пространстве в условиях, когда наземные средства наблюдений бессильны.

Для решения практической задачи выбора из имеющихся или создания новых эффективных инструментов, наземных или космических, а также методов обнаружения ОНТ весьма важно определить исходные требования к таким инструментам. Эти требования должны определяться свойствами обнаруживаемых и исследуемых объектов — астероидов и комет, — например размерами обнаруживаемых тел, фотометрическими характеристиками их поверхностей, характерными скоростями, расстояниями, особенностями орбит. Для оптимизации программы наблюдений важно также знать, какие области небесной сферы наиболее населены на момент проведения наблюдений опасными небесными телами. Важнейшее значение имеет выбор характерного времени обзора небесной сферы для поиска опасных объектов. Для конкретизации подобных ограничений и требований большое значение имеют специально направленные астрономические исследования.

В разделе 2 мы приводим результаты некоторых исследований, направленных на количественную конкретизацию астрономических ограничений, описывающих ансамбль ОНТ в околоземном космическом пространстве. В разделе 3 мы предлагаем наиболее оптимальное, с нашей точки зрения, решение проблемы обнаружения ОНТ, приходящих с дневного неба.

2. АСТРОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

2.1. Распределение ОНТ по небесной сфере

В работе [11] было показано, что распределение астероидов, сближающихся с Землей (АСЗ, т.е. астероиды с орбитами, характеризующимися пери-гелийными расстояниями q < 1.3 а.е.), по небесной сфере зависит от расстояния до Земли. На расстоянии 1 а.е. наблюдается сильная концентрация АСЗ к плоскости эклиптики, что естественно, а на более близких расстояниях (<0.05 а.е.) распределение по небесной сфе

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Астрономия»