УДК 523
МЕТОД ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ МАЛЫХ АСТЕРОИДОВ С ЗЕМЛЕЙ
© 2013 г. Дэвид У. Данхэм1, 2, Хэрольд Дж. Рейтсема3, Эд Лу3, Роберт Арентц4, Роджер Линфилд4, Кларк Чапмэн5, Роберт Фаркуар1, Антон Ледков2, 6, Натан Эйсмонт2, 6, Евгений Чумаченко2
1KinetX, Inc.
2Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики"
3B612 Foundation 4Ball Aerospace 5Юго -восточный исследовательский институт 6Институт космических исследований РАН Поступила в редакцию 01.04.2013 г.
Взрыв 17-метрового астероида в атмосфере над Челябинском в России 15 февраля 2013 г. показал, что даже небольшие астероиды могут вызвать существенные повреждения. Наземные телескопы могут обнаружить меньшие, более безопасные объекты, такие как 2008 TC3 — 4-м астероид, открытый за 20 часов до того, как он взорвался над северо-востоком Судана (Jenniskens и др., 2009). 2008 TC3 остается единственным астероидом, открытым до падения на Землю, потому что он приближался к Земле с ночной стороны, где его наблюдали большие телескопы в рамках поиска околоземных объектов (Near Earth Object, NEO). Более крупный объект, взорвавшийся над Челябинском, приближался к Земле с дневной стороны по направлению, слишком близкому к направлению на Солнце, чтобы быть замеченным с Земли. Телескоп достаточного размера, помещенный на орбиту вокруг точки либрации L1 системы Солнце—Земля (SE-L1), сможет обнаруживать объекты, похожие на "челябинский" астероид, приближающиеся примерно вдоль линии, направленной на Солнце, с опережением около одних суток перед максимальным сближением с Землей. Такая система будет обладать астрометрической точностью, необходимой для определения времени и зоны падения NEO, траектория которого предполагает столкновение. Это обеспечит как минимум несколько часов (обычно 2—4 дня) для принятия защитных мер, в противоположность интервалу порядка двух минут между вспышкой и приходом ударной волны в Челябинске. Не менее важной причиной предупреждения о таких событиях, в том числе маломощных и безвредных, происходящих высоко в атмосфере с энергией атомной бомбы, является исключение ошибочной регистрации такого события как ядерной атаки, что может спровоцировать разрушительную ядерную войну. Проект использования космического телескопа, похожего на наблюдательный спутник в точке SE-L1, уже разработан компанией B612 Foundation и включает космический телескоп Sentinel на орбите, близкой к Венере, способный обнаружить почти все NEO размером от 140 м, в том числе с орбитами внутри земной, которые трудно найти с наземных телескопов (Lu и др., 2013). Для работы телескопа Sentinel на орбите вокруг SE-L1 на расстоянии 0.01 а. е. от Земли к Солнцу и обнаружения большинства астероидов крупнее 5 м, приближающихся со стороны Солнца, потребуются лишь незначительные изменения конструкции. Такой космический аппарат будет просматривать 165 кв. градусов неба вокруг Земли раз в час и находить астероиды, когда они обладают максимальной яркостью при приближении к Земле. Будут предприняты исследования методом Монте-Карло для определения доли астероидов размером не менее 5 м, приближающихся со стороны Солнца, которые могут быть обнаружены в такой миссии, и ожидаемого запаса времени предупреждения. Кроме того, будет проанализирован охват всех NEO, приближающихся к Земле, включая наблюдения с Земли и с недавно запущенного аппарата NEOSSat, который может заполнить пробелы между данными телескопа в SE-L1 и данными наземных обзоров. Многие крупные объекты размером до 50 м, как, например, объект, образовавший Аризонский кратер, не могут быть найдены современными обзорами NEO, но могут наблюдаться описанной возможной миссией, даже если они приближаются по направлению от Солнца. Мы должны быть лучше предупреждены о возможных случаях "грома среди ясного неба" в будущем.
DOI: 10.7868/S0320930X13040117
1. ВВЕДЕНИЕ
Вспышка взорвавшегося метеора, которая была ярче солнца, предоставила жителям Челябинска всего около одной минуты перед тем, как ударная волна достигла их города, вызвала обрушение на цинковом заводе и повредила крыши других зданий. Наибольший ущерб был нанесен из-за разбитых примерно в 4000 зданий окон, причем осколками стекла было ранено около 1500 человек. Окна, выбитые во многих постройках, оказались серьезной угрозой здоровью людей, так как температура воздуха составляла—15°С. Для остекления окон была вызвана помощь, в том числе из Москвы, что позволило починить окна в большинстве государственных зданий, включая школы, в течение выходных дней. Ущерб был оценен в 1 млрд. рублей (около 30 млн. долл. США), что, учитывая более высокий уровень дохода в США, составило бы там в несколько раз большую сумму для сравнимых повреждений. Очевидно, что население Челябинска и многие другие люди были недовольны тем, что они не были предупреждены о такой большой катастрофе. Поначалу существовало много неверных толкований природы произошедшего явления. Так, лидер ЛДПР Владимир Жириновский посчитал это результатом испытаний оружия США (Stewart и др., 2013). Многие в России до сих пор верят, что это были неудачные военные испытания России. Местный православный священник Сергей Сек-стон сказал: "Возможно, Бог послал своего рода знак" (Stewart и др., 2013). Совершенно верно; и этот знак гласил: "Вам надо серьезнее воспринимать угрозу падений околоземных астероидов, или вас может постигнуть участь динозавров".
2. ПЕРИОДИЧНОСТЬ РАЗРУШИТЕЛЬНЫХ ПАДЕНИЙ АСТЕРОИДОВ
Вероятно, за историю человечества немало людей пострадало или было убито в результате метеорных взрывов в воздухе. Об этом существует несколько свидетельств ранее 1954 г., но ни одно из них не может быть однозначно подтверждено.
Считается, что событие, подобное Челябинскому, происходит в среднем раз в столетие (см. рис. 1). Если бы это было настоящей частотой разрушительных событий, экономически более целесообразным может оказаться не предотвращать столкновение, а просто устранить ущерб от него, вместо того, чтобы запускать системы обзора и обнаружения NEO. С другой стороны, в других случаях метеоры вызывали или могли вызвать разрушения более чем местного масштаба; например, предполагается, что взрывы масштаба Тунгусского метеорита 17 (30) июня 1908 г. с силой 10—15 мегатонн тротила происходят примерно
раз в 300 лет (Wikipedia, List of Meteor Air Bursts, 2013).
За последние 100 лет сохранилось несколько сообщений о выбитых окнах и других повреждениях от метеоров, большинство из которых были меньше Челябинского метеора и не были достаточно исследованы или задокументированы. Вместе с тем, в 1930-х годах в Южной Америке произошли два случая такого же или даже более крупного масштаба, чем в Челябинске. Список некоторых случаев приведен в таблице.
Можно заметить, что случаи 1993 и 2009 гг. хотя и были мощными, но не принесли ущерба. Ме-теороид 1993 г., состоявший, вероятно, из вещества низкой плотности, произвел взрыв на большой высоте, из-за чего ударная волна была заметно ослаблена к моменту достижения поверхности. Несмотря на то, что случай 2009 года хорошо наблюдался многими людьми, основной удар пришелся на поверхность океана.
Следует отдельно отметить Сихотэ-Алиньский метеор 1947 г. — падение крупнейшего наблюдавшегося железно-никелевого NEA, размером всего около 4—5 м. В отличие от случая в Челябинске, его разрушение со взрывом, "ярким как Солнце", произошло на высоте всего лишь 5 км. К счастью, ближайшие постройки находились в десятках километров от области взрыва, благодаря чему сообщений об ущербе или ранениях не поступало. В области падения площадью 2 км2 было образовано более 100 кратеров, крупнейший из которых имел размер 26 м, и были обнаружены 23 т метеоритов. Если бы такой объект упал на крупный город, были бы убиты сотни или даже тысячи людей.
В таблице не приводятся случаи повреждения автомобилей или строений небольшими метеорами; это происходит достаточно часто, около раза в год. До события в Челябинске был известен (и хорошо описан) только один случай ранения при падении метеора. Он произошел 28 ноября 1954 г. в городе Силакога, шт. Алабама, США, когда Энни Ходжез была ранена 4-килограммовым метеоритом, который пробил крышу ее дома, разбил радиоприемник и серьезно травмировал ее, пока она отдыхала на диване. Этот дневной метеорит, который наблюдали в 3 штатах, двигался к Земле по направлению от Солнца (Swindel, Jones, 1954).
Кроме того, таблица содержит только падения над сушей (либо близко к ней), в то время как 70% Земли покрыто океанами, где, если только рядом случайно не находится корабль, случаи, аналогичные перечисленным в таблице, остаются незамеченными. Несмотря на то, что крупные города покрывают только 2% площади суши, с ростом населения Земли сельская и пригородная местность также становятся все более густонаселенными. Также, необходимая современной цивилизации инфраструктура (линии электропередач,
10
10
108
Энергия удара, Мт
10-1 102 105 108 —гп-1—г"п-1—mi-1—mi-1—n-|-1—го-1—гш-1—г"п-1—гп-1—mi-1—г"п-1—гтп-1—m
106 -
104 .
102 '
Оценка, 2012 г. Ежегодные события Степенная функция Открыто на август 2012 ]
100
' 100
л д
т о 102 ^ =К
и н е
аде
с
104 Й
о
н
^
и
д
о
и р
е
106 С
i 108
31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9
_1_I_I_I I I I I I_I_I_I_I_I_I I I I_I_I_I_I_I_I I I I_I_I_I_I_I_I I I I_I_I_I_I_
0.01
0.1 1 Диаметр, км
10
Рис. 1. Текущая оценка числа потенциально опасных NEA (N) в зависимости от их абсолютной величины H(в 1 а. е. от Земли и Солнца). Существуют некоторые различия по спектральным классам, но H приблизительно связана с диаметром астероида (показан внизу серым цветом) и энергией удара в мегатоннах (Мт) тротилового эквивалента (наверху рисунка; приведено для каменистых астероидов, более редкие, но плотные железно-никелевые астероиды дают более высокие энергии). Число N связано со средним интервалом падений где-либо на земле, показанным справа. Стрелками показаны Челябинское, Тунгусское и K-T события, последнее являющееся примерно 10-км астероидом (либо меньшей, но бол
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.