ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2014, № 6, с. 66-78
ОБЗОРЫ
КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ: АСТЕРОИДНО-КОМЕТНАЯ ОПАСНОСТЬ
© 2014 г. Н. П. Лаверов1, А. А. Медведев2*
1Член Президиума РАН, академик РАН, Москва 2Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут", Москва
*Е-таП: Л1вк$ап&. Medvedev@irkut.com Поступила в редакцию 06.06.2014 г.
Показаны возможности ракетно-космической техники (РКТ) как уникального инструмента для фундаментальных исследований окружающего мира, в частности, изучения таких малых тел Солнечной системы, как астероиды и кометы. В основу статьи положены результаты работы, изложенные авторами в изданиях (Лаверов, Медведев, 2011; Лаверов, Медведев, 2012), и дополнительные сведения о мировых достижениях в этой области, начиная с 2011г. по настоящее время. Основная цель статьи — сформировать условия комплексного, более глубокого понимания обществом задач, стоящих перед создателями новой РКТ и специалистами, занятыми изучением природных процессов, в том числе вопросами астероидно-кометной опасности.
Ключевые слова: малые тела Солнечной системы, астероиды, кометы, астероидно-кометная опасность
Б01: 10.7868/80205961414060037
Фундаментальные исследования Солнечной системы (СС), включая исследования комет и астероидов, необходимы для понимания природы возникновения и эволюции Земли, в том числе для определения путей решения глобальных проблем человечества.
Малые тела СС — астероиды и кометы — представляют собой остатки роя промежуточных тел, послуживших "кирпичиками" при образовании планет. Астероиды — это каменные тела внутренней зоны, а кометы — ледяные тела внешней зоны СС.
АСТЕРОИДЫ
Считается, что астероиды — это остатки вещества, не сумевшего превратиться в каменные планеты примерно 4.5 млрд лет назад, когда формировались планеты СС. Знание структуры геологических и физико-химических свойств астероидов позволяет понять условия, при которых проходил этот процесс. Астероиды сохранились благодаря тому, что их подавляющее большинство движется в широком промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Аналогичные тела, когда-то существовавшие во всей зоне планет земной группы, давно присоединились к этим планетам или были разрушены при взаимных столкновениях. Чаще всего астероиды — это бесформенные куски камня и металла разных размеров: от сопоставимых с пылинками, галькой, булыжниками до тел диамет-
ром ~1 км. Например, самый крупный в СС астероид Церера, сфотографированный космическим телескопом "Хаббл" в 2004 г., имеет протяженность 950 км (рис. 1). Как правило, круглыми являются только те астероиды, поперечный размер которых превышает 320 км. Более ста известных сегодня астероидов имеют поперечный размер свыше 200 км. Иногда считается, что астероид — это объект СС размером более 50 м, который может уцелеть при входе в атмосферу Земли и достигнуть ее поверхности, в то время как метеоры, имеющие диаметр менее 50 м, как правило, сгорают полностью. Свыше 90% всех астероидов расположены в главном поясе, находящемся между Марсом и Юпитером. По оценкам, этот пояс насчитывает около 200 млн объектов длиной более 100 м. Раньше астероиды не являлись приоритетными предметами исследования, и первые встречи с ними космических аппаратов происходили попутно — в процессе полета к более важным объектам. Однако, чем больше мы узнаем о них, тем более загадочными они оказываются. Кроме того, некоторые астероиды могут представлять серьезную опасность для Земли.
Первой автоматической станцией, в программе полета которой было запланировано изучение астероидов, стал КА "Галилео", который в 1991— 1993 гг. смог пройти около астероидов Гаспра и Ида. Неожиданно выяснилось, что эти объекты имеют удлиненную форму, а у Иды есть неболь-
Рис. 1. Фотография астероида Церера, полученная космическим телескопом "Хаббл" в 2004 г. Источник: http//www.astronet.ru/db/msg/1222481.
Рис. 2. Изображения астероидов (а) Гаспра (длина 18 км) и (б) Ида (60 км) с его спутником Дактилем (1.6 км), полученные с помощью КА "Галилео" в 1991 и 1993 гг. соответственно во время полета к системе Юпитера. Дактиль — первый спутник, открытый у астероида.
Источник: http//www.astronet.ru/db/msg/1161940 (1198438).
шой спутник (рис. 2). По гравитационному воздействию, оказанному Идой на траекторию полета КА, были определены масса и плотность астероида. При этом установили, что он состоит из твердой каменной породы и небольшой примеси металлов. Несколько позже американский КА NEAR (Near Earth Asteroid Randezvous) провел исследование астероидов Матильда (1997 г.) и Эрос (2000 г.), которые входят в группу астероидов, сближающихся с Землей. Астероид Матильда неожиданно оказался скоплением обломков горных пород, слабо связанных взаимным притяжением, а недра его в значительной степени пусты (рис. 3). Затем, достигнув Эроса, NEAR стал первым в истории искусственным спутником астероида. В течение года он вел исследования с помощью
лазерного высотомера, наблюдения в видимом, инфракрасном, рентгеновском и др. диапазонах спектра, а в феврале 2001 г. впервые совершил мягкую посадку на астероид. Было установлено, что Эрос — каменная глыба длиной 31 км, похожая на картофелину (рис. 4), имеющая сильное гравитационное поле, которое было определено в том числе помощью радиоосциллятора, установленного на борту КА. К счастью, после посадки NEAR некоторое время оставался работоспособным. Это позволило определить состав грунта Эроса на глубине до 10 см с помощью прибора измерения гамма-излучения атомных ядер. Оказалось, что в поверхностном слое на месте посадки содержатся железо, кислород, кремний и калий.
Рис. 3. Изображение астероида Матильда (размер ~60 км), полученное с помощью КА NEAR в 1997 г. Большие кратеры неправильной формы астероида говорят о том, что в прошлом он подвергался большому количеству столкновений с другими огромными космическими телами (диаметр кратера на переднем плане равен 20 км). Источник: http//www.astronet.ru/db/msg/1163805.
Рис. 4. Изображение астероида Эрос, составленное из снимков, полученных с помощью KA NEAR с различных расстояний: а — общий вид астероида Эрос; б — фотография, полученная с высоты ~50 км, самый яркий валун на краю большого кратера имеет поперечный размер около 30 м; в — изображение поверхности астероида, полученное с расстояния 128 м перед посадкой KA NEAR. На фотографии видны детали размером в несколько сантиметров. Источник: http//www.astronet.ru/db/msg/1235023, (1166711), (1170506).
Наиболее странным из известных астероидов является Веста — третий по величине астероид (диаметр ~560 км). С помощью космического телескопа "Хаббл" в 2007 г. на Весте был обнаружен след от удара массивного тела (рис. 5). Уникальность же Весты состоит в том, что на ней обнаружены светлые вулканические породы — признак ее активности в прошлом.
Продолжил изучение астероида Веста американский КА "Доун". Аппарат достиг Весты в 2011 г. и в сентябре 2012 г. закончил работу на орбите этого небесного тела, после чего был направлен на изучение астероида Церера, к которому должен при-
близиться в 2015 г. Наблюдения Весты в различных длинах волн электромагнитного спектра показали, что Южное полушарие имеет одну из самых больших гор на телах Солнечной системы, а поверхность имеет удивительное разнообразие состава, особенно в районе кратеров. Оказалось, что в области Южного полушария находятся кратеры, образованные на 1—2 млрд лет раньше, чем на Севере. Кроме того, изображения, полученные с помощью КА "Доун" (рис. 6), показали наличие огромных округлых борозд вдоль диаметра астероида, происхождение которых ученые еще не понимают.
Рис. 5. Фотография астероида Веста, сделанная космическим телескопом "Хаббл" в 2007 г. На снимке виден кратер протяженностью почти во всю длину астероида (нижняя часть изображения). Источник: http//www.astronet.ru/db/msg/1163795.
Рис. 6. Изображение астероида Веста, полученное КА "Доун" в 2011 г. Изображение NASA.
В 2005 г. с помощью японского КА "Хайябуса" (НауаЬша, запуск — 2003 г.) были составлена карта астероида Итокава (рис. 7), собраны образцы по-
роды Итокавы после посадки на ее поверхность. С помощью рентгеновского спектрометра "Хайя-бусы" удалось исследовать состав астероида и об-
Рис. 7. Фотография астероида Итокава (длина ~540 м), полученная с помощью КА "Хайябуса". Главная его особенность — наличие очень большого количества камней и валунов, максимальный размер некоторых из них достигает ~50 м. Источник: http//www.astronet.ru/db/msg/1209609.
наружить в поверхностном слое наличие магния, кремния, алюминия, а также значительного количества минералов, в том числе оливина*, образование которого требует температуры не менее 1000...1200oC.
Первая в истории космонавтики доставка на Землю частиц вещества с астероида состоялась 13 июня 2010 г., когда КА "Хайябуса" после проведения специальных маневров успешно вошел в атмосферу Земли и сбросил возвращаемую капсулу. После 5-месячного детального анализа ее содержимого сотрудниками Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) было официально объявлено, что частицы доставленного вещества имеют внеземное происхождение, т.е. являются образцами грунта астероида Итокава.
Следует отметить, что существует немало астероидов, которые движутся вне главного пояса, в т.ч. по траекториям, пересекающимся с орбитой Земли.
В 2010 г. с помощью европейского КА "Розетта", запущенного ESA в 2004 г., были получены снимки и сделаны уникальные измерения крупного астероида главного пояса — Лютеция (рис. 8). Масса астероида оказалась значительно меньше первоначальных оценок, сделанных по измерениям с Земли. Измерения состава Лютеции вызвали некоторое недоумение астрономов, так как для этого астероида оказались нетипичными для его класса крайне малое содержание металлов в по-
* Оливин — типичный глубинный высокотемпературный минерал зеленоватого цвета, содержит железо и магний, является самым распространенным минералом мантии Земли до глубины 400 км.
верхности, высокая концентрация углеродистых хондритов, практически не были обнаружены признаки при
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.