269 (Астероїдна небезпека: міфи та реальність)

Зміст

Вступ

Астероїди поясу Койпера

Близькоземні астероїди

Астероїдна небезпека: міф чи реальність

Про метеоритні кратери та про інші наслідки падіння метеоритів

Концепція створення та застосування багато ешелонованої системи захисту землі від астероїдної небезпеки

Література

Вступ

Першого січня 1801 p. Джузеппе Піацці, директор обсерваторії ум. Палермо (о. Сицилія), виявив небесний об'єкт сьомої зоряної величини, невідомий раніше. Згодом з'ясувалося, що це — невелика планета, яка обертається навколо Сонця по практично коловій орбіті, розташованій між орбітами Марса та Юпітера. Згідно з традицією, що існувала тоді, називати нові небесні світила іменами міфологічних богів Дж. Піацці назвав планету Церерою (Ceres), на честь богині — покровительки острова Синилія. Німецький аматор астрономії Г. Ольберс із січня 1802 р. розпочав систематичні спостереження цього нового об'єкта Сонячної системи і вже 28 березня поруч із Церерою відкрив ще одне аналогічне небесне тіло приблизно дев'ятої зоряної величини. Воно дістало назву Паллада (Pallas). Орбіта нового об'єкта також перебувала між орбітами Марса та Юпітера, крім того, вона містилася дуже близько від орбіти Церери. На підставі таких фактів Г. Ольберс висунув гіпотезу, що ці малі планети є уламками однієї й тієї ж великої планети, яка колись існувала в Сонячній системі, проте з якоїсь причини розпалася. Тому він приступив до цілеспрямованого пошуку нових уламків, які мали б таку ж орбіту, і 1807 р. відкрив ще одну планету— Весту (Vesta). Узагалі-то це була четверта мала планета, бо 1804 р. німецький астроном К.Л. Гардінг виявив третю. її назвали Юнона (Juno). Усі чотири щойно відкриті планети, на відміну від семи відомих на той час великих планет, навіть у телескопи здавалися лише світлими точками, як зорі. Ось чому вони й дістали добре відому тепер назву "астероїд", що означає "зореподібний об'єкт".

Протягом наступних майже 40 років не був відкритий жоден астероїд! Лише в грудні 1845 р. поштовий чиновник з м. Дрезден К. Генке виявив п'яту малу планету (її зоряна величина була 9.5), яку названо Астрея (Astraea), a 1 червня 1847 р. він же відкрив шостий астероїд. К.Ф. Ґаусс назвав нововиявлений об'єкт Геба (Heba). Того ж 1847 р. американець Дж. Гемд виявив планети Іриду (Iris) і Флору (Flora), а потім уже практично щорічно відкривали по декілька астероїдів. До 1891 р. під час візуальних спостережень на невеликих телескопах були відкриті 322 астероїди. Але шукати їх ставало все важче, бо треба було виявляти дедалі слабші об'єкти, а для цього потрібні все потужніші телескопи. З 1890 р. для пошуку малих планет стали застосовувати фотографію, і вже в 1924 р. загальна кількість їх перевищила 1000. Тому наслідувати давні традиції, називаючи астероїди іменами давньоримських богинь, ставало все важче. Поступово "міфологічний запас" був вичер­паний, і 45-й астероїд назвали вже звичайним жіночим ім'ям — Євгенія. Після цього серед назв малих планет стали траплятися чоловічі імена, прізвища першовідкривачів, відомих політиків, знаменитих учених, географічні назви, а потім і прізвища добрих знайомих, клички улюблених собак, назви океанських пароплавів, кулінарних страв і т. ін. Багато астероїдів ще чекають своєї назви і поки що мають лише порядковий номер у загальному каталозі. Тепер стало традицією називати нововідкриті астероїди іменами видатних людей. Зокрема, 22 серпня 1977 р. астроном Кримської обсерваторії М. С. Черних відкрив астероїд № 4520. З ініціативи українських астрономів 25 квітня 1994 р. цьому небесному тілові надали ім'я видатного українського кіномитця й письменника Олександра Довженка. Крім того, навколо Сонця мандрують малі планети з такими іменами: Ціолковська (№ 1590), Україна (№ 1709), Корольов (№ 1855), Скіфія (№ 1906), Яцків (№ 2728), Жиляєв (№ 14346).

Найбільший з усіх відомих на сьогодні астероїдів Головного поясу — Церера. Вона має 932 км у діаметрі, а її маса становить приблизно 25% маси всіх астероїдів, розташованих в межах орбіти Плутона. Наступні за величиною астероїди — Паллада (Pallas), Веста та Гігія (Hygiea), які мають діаметри від 400 до 525 км. Діаметри всіх інших відомих астероїдів менші за 340 км (серед них тільки в 26 астероїдів діаметри перевищують 200 км). Можна вважати, що "перепис" найбільших із них практично завершений: ми напевно знаємо до 99% астероїдів, які мають діаметри більші, ніж 100 км. Із тих астероїдів, що мають розміри 10—100 км, вже описано половину. І виявлено дуже незначну частку астероїдів з діаметрами приблизно 1 км: можлива їхня кількість — до одного мільйона (!). За оцінками, загальна маса всіх астероїдів Сонячної системи менша за масу природного супутника Землі — Місяця.

Більша частина астероїдів складається із залізо-магнієвих силікатів, як і більша частина метеоритів. Проте деякі астероїди складаються із доволі чистих металів. Це, наприклад, (16) Психея (Psyche), (21) Лютеція (Lutetia) і (89) Юлія (Julia). Про існування "металевих" астероїдів говорять і залізні метеорити, які інколи падають на поверхню Землі. Таким був, наприклад, відомий Сіхоте-Алінський метеорит, який 12 лютого 1947 р. впав в уссурійській тайзі в Приморському краї Росії: металева брила діаметром декілька метрів і масою майже 1000 т влетіла в атмосферу Землі зі швидкістю приблизно 15 км/с.

Астероїди поділено на такі типи за їхніми спектрами (тобто за хімічним складом) і за альбедо.

С-тип. До нього належать понад 75% відомих астероїдів. Ці вуглецеві астероїди є надзвичайно темні (альбедо 0.03—0.09). Вони "населяють" зовнішні зони Головного поясу астероїдів.

S-тип. До нього належать майже 17% усіх астероїдів. Вони досить яскраві (альбедо 0.10—0.22), за складом — металеві (суміш залізонікелю, заліза та силікату магнію).

М-тип. До нього належить більша частина з 8% астероїдів. Вони яскраві (альбедо 0.10—0.18) і складаються практично з чистого залізонікелю.

Є ще близько десятка інших рідкісних типів астероїдів.

Астероїди поділяються також за своїм положенням у Сонячній системі.

Найбільша кількість астероїдів розташована в широкому Головному поясі астероїдів між орбітами Марса та Юпітера на відстанях 2—4 а.о. від Сонця. Ще є кілька підгруп, названих за іменем головних астероїдів у них (Hungarias, Floras, Phocaea, Koronis, Eos, Themis, Cybeles і Hildas).

На сайті Бі-Бі-Сі наведено вигляд Сонячної системи від Сонця до орбіти Юпітера (рис. 1): кола — це орбіти великих планет, розріджені кружечки ближче до центра — це так звані близькоземні астероїди, суцільно вкрита цятками частина рисунка — це астероїди Головного поясу, а квадратики — це комети. Існують й інші "пояси", астероїди яких заходять всередину орбіти Меркурія і виходять у зовнішню частину Сонячної системи. Розподіл астероїдних орбіт у просторі дуже нерівномірний, і пояси не є безперервними. Між ними є значні "просвіти", на існування яких уперше звернув увагу вчений Д. Кірквуд 1866 р. З того часу вони мають назву "люки Кірквуда".

АСТЕРОЇДИ ПОЯСУ КОЙПЕРА

30 серпня 1992 р. був відкритий перший астероїд із так званого поясу Койпера (рис. 2), розташованого на відстанях від 40 до приблизно 100 а. о., — 1992 QB1. У бе­резні 2000 р. в поясі Койпера був виявлений ще один об'єкт — 2000 ЕВ173, діаметр яко­го оцінювався в 600 км. 28 листопада 2000 р. Роберт Мак-Міллан зафіксував невідомий об'єкт 20-ї зоряної величини (його позначили 2000 WR106). Діаметр цього небесного тіла оцінюють у 750—1000 км. Потім практично щомісячно стали виявляти по кілька об'єктів, які належать до поясу Клипера, із розмірами понад 100 км. На сьогодні їх відкрито понад 600. На рис. З зображено найбільші з відомих об'єктів поясу Койпера (праворуч) і астероїдів (ліворуч). "Чорнота" об'єктів приблизно відповідає їхньому альбедо (для схеми використано як відомі, так і гадані значення цього параметра).

БЛИЗЬКОЗЕМНІ АСТЕРОЇДИ

13 серпня І898 р. вчений Вітт під час своїх спостережень в обсерваторії "Уранія" в Берліні відкрив 433-й астероїд, який пізніше назвали Ерос (Eros). Його орбіта не була схожа з жодною відомою тоді орбітою. Невелика за розмірами, сильно витягнута, лише своєю афелійною точкою (найдальша від Сонця точка еліптичної орбіти астероїда) вона "чіплялася" за пояс астероїдів. Протягом же більшої частини часу астероїд перебував на значній відстані від поясу, і в своєму перигелії (найближча до Сонця точка еліптичної орбіти астероїда) "торкався" земної орбіти. У 1932 р. Е.Ж. Дельпорт в Уккльській обсерваторії (Бельгія) відкрив другий астероїд з орбітою такого ж типу — Амур (Amour). Через декілька місяців був відкритий Аполлон (Apollos), орбіта якого заходить всередину орбіти Землі та навіть Венери. У 1976 р. були відомі вже понад 40 астероїдів, орбіти котрих дуже близько підходили до земної орбіти. Такі астероїди назвали близькоземними. Вони також поділені на підгрупи, кожна з них має назву за ім'ям найбільшого зі своїх членів. Ось ці підгрупи:

1. афіняни (Athens): головні півосі орбіт астероїдів — приблизно 1.0 а. о., і в перигелії ці об'єкти перебувають на відстані понад 0.983 а.о. Астероїди названої підгрупи під час свого руху перетинають орбіту Землі;

2. аполлонці (Apollos): головні півосі також біля 1.0 а.о., їхні перигелійні відстані менші від 1.017 а.о.;

3. амурці (Amours): перигелійні відстані астероїдів цієї підгрупи становлять від 1.017 до 1.3 а.о.;

4. троянці (Trojans): мають досить витягнуті орбіти. їхні перигелії містяться в так званих лагранжевих точках Юпітера (60 спереду та позаду Юпітера на його орбіті).

У наш час відомо декілька сотень таких астероїдів, а, за оцінками, їх може бути понад тисячу. 26 червня 1949 р. в обсерваторії Маунт-Паломар (США) був відкритий ще один дуже цікавий астероїд — Ікар (Ікаr). Розрахунки показують, що цей астероїд в афелії виходить за орбіту Марса, а в перигелії перетинає орбіту Меркурія, підходячи до Сонця на відстань, меншу за 28 млн./ км. У цей час його поверхня настільки нагрівається, що починає випромінювати власне світло. Орбіта астероїда Ікар нахилена під кутом 23 до площини орбіти Землі і має найбільший ексцентриситет — 0.83, тобто його орбіта є найвитягнутіша в Сонячній системі. Свій шлях навколо Сонця астероїд проходить протягом 409 земних діб. У 1949—1968 pp. Ікар настільки близько підійшов до Меркурія, що той своїм гравітаційним полем змінив орбіту астероїда, ще й так, що 1969 р. Ікар, за розрахунками австралійських учених, мав би впасти в Індійський океан. Його падіння було б еквівалентне підриву тисячі водневих бомб (!). На щастя, завбачення не справдилось — Ікар пронісся на відстані 6.36 млн. км від Землі!

НАСА оголосило про створення в Інтернеті системи моніторингу астероїдної небезпеки, яка має назву "Sentry" ("Вартовий"). Систему створено для того, щоб полегшити спілкування між ученими в разі виявлення небесних тіл, що мають потенційну загрозу для нашої планети. На сьогодні в такому списку налічується 44 небесні тіла. Лише одне з них — 2002 CU11 — має відмінну від нуля ймовірність (за Туринською шкалою) зіткнутися з Землею. Усі інші можуть нести небезпеку тільки за певних умов (таких, наприклад, як раптова зміна орбіти). Об'єкт 2002 CU11 був відкритий 7 лютого 2002 р. за допомогою автоматизованої системи спостереження LINEAR. Діаметр малої планети — 760 м. Протягом 2043—2096 pp. Земля матиме аж сім "рандеву" з названим астероїдом, при цьому відстань між двома небесними тілами буде варіюватися від 0.52 до 1.26 земного діаметра (6.5—16 тис. км). За попередніми розрахунками, найнебезпечнішою ситуація буде 31 серпня 2049 p., коли відстань стане мінімальною.

АСТЕРОЇДНА НЕБЕЗПЕКА: МІФ ЧИ РЕАЛЬНІСТЬ?

Тепер астрономам відомо близько 40 000 астероїдних і метеороїдних тіл. Головним чином їхні орбіти лежать між орбітами Марса та Юпітера, і тільки приблизно кілька десятків малих планет наближаються до Землі, а деякі проникають навіть усередину орбіти Меркурія. Звичайно, імовірність зіткнення з Землею того чи іншого космічного тіла малих розмірів існує, але вона здебільшого дуже мала.

Під час входу метеороїдного тіла в земну атмосферу відбувається багато цікавих явищ. Швидкість будь-якого космічного тіла завжди перевищує 11.2 км/с і може досягати в земних околицях 40 км/с (причому напрямок її довільний). Лінійна швидкість Землі під час руху навколо Сонця в середньому становить 30 км/с, тому максимальна швидкість зіткнення метеороїда з земною атмосферою може досягати приблизно 70 км/с (на зустрічних траєкторіях). Спочатку тіло вступає у взаємодію з дуже розрідженою верхньою атмосферою Землі, де відстані між молекулами газу більші від їхнього діаметpa. Очевидно, ця взаємодія практично не впливає на швидкість і стан досить масивного тіла. Але якщо маса метеороїда порівнянна з масою молекули чи на 2—3 порядки більша за масу молекули, то він може повністю загальмуватися вже у верхніх шарах атмосфери і буде повільно падати під дією ваги на земну поверхню. Виявляється, що таким чином, тобто у вигляді пилу, на Землю випадає левова пайка твердої космічної речовини. Підраховано, що на Землю щодня надходить від 100 до 1000 т позаземної речовини, але тільки 1% від цієї кількості — великі уламки, що змогли долетіти до земної поверхні. Таким чином, щодня на Землю падає від 1 до 10 т метеоритів (!). Але падають вони в різних місцях і здебільшого там, де людина їх не бачить (океан, тайга і т. п.). Якщо маса тіла не дуже велика, то його швидкість зменшується доти, доки сила опору повітря зрівняється з силою ваги і почнеться його майже вертикальне падіння зі швидкістю 50—150 м/с. З такими швидкостями на Землю впала більша частина метеоритів.

Якщо метеороїд має велику масу, то він не встигає ні згоріти, ні сильно загальмуватися і тому зіштовхується з поверхнею Землі, маючи космічну швидкість. У цьому разі відбувається вибух, викликаний переходом великої кінетичної енергії тіла в теплову, механічну й інші види енергії, а на земній поверхні утворюється вибуховий кратер. У результаті значна частина метеорита й земної поверхні плавиться і випаровується.

З-поміж усіх астероїдів спостерігачі виділили категорію міні-планет, які рано чи пізно можуть з'явитися дуже близько біля Землі. Згідно з розрахунками, серед них є приблизно 2100 тіл розміром понад 1 км і близько 400 тисяч — з поперечником понад 100 м. Перші в разі зіткнення можуть призвести до глобального катаклізму, другі — до локального, схожого з Тунгуським. На жаль, визначено орбіти лише для 7% великих астероїдів і для 0.1% (!) малих з цієї величезної кількості небезпечних міні-планет. Причому навіть відомі шляхи космічних "бомб" можуть цілком змінитися під дією тяжіння інших тіл.

Передбачається, що відносно великий астероїд, схожий на той, що винищив динозаврів, улучає в Землю один раз у мільйон років, а зіткнення з каменем завбільшки з десяток метрів буває один раз у сторіччя. Але слід визнати, що навіть у минулому столітті така закономірність порушувалася кілька разів! Так, 14 червня 1968 р. астероїд Ікар пройшов за 7 млн км від нас, це вже тривожне зближення. У 1937 р. астероїд Гермес "підкрався" на 800 тис. км — усього дві відстані від Землі до Місяця! На думку астронома Кейптаунської обсерваторії Г. Вуда, Гермес "спізнився" для прямого зіткнення всього на 5.5 год. Ще ближче пролетіла навесні 1989 р. безіменна стометрова брила, якої було б досить, щоб зробити глибоку западину на місці, наприклад, Нью-Йорка. Цей астероїд з'явиться знову 2015 р.