В девять раз быстрее пули: как NASA планирует сбивать опасные астероиды

Предупрежден, значит вооружен

Разговоры о том, что Земля фактически беззащитна перед возможной астероидной угрозой, поднимаются уже давно. Кто-то говорит о том, что опасность сильно преувеличена, ведь только в 2016 году была зарегистрирована первая за 200 лет смерть человека от падения метеорита, которую, впрочем, опровергли в NASA, а кто-то — что мы до сих пор не можем точно предсказывать падение небесных тел на поверхность Земли. Подтверждение — знаменитый Челябинский метеорит, наделавший много шуму и принесший огромные убытки. И мы не можем не только предсказывать, но и тем более предотвращать.

В рамках решения первой проблемы ученые считают необходимым вводить в эксплуатацию новые обсерватории — как космические, так и наземные. Одним из примеров может служить Мобильная астрономическая система телескопов-роботов (МАСТЕР), созданная на базе Московского государственного университета. Главная цель проекта — получение актуальной информации всего видимого неба в течение одной ночи. Помимо поиска темной материи, новых экзопланет и открытия малых тел Солнечной системы, данные помогут отслеживать и потенциально опасные астероиды, движущиеся к планете. У NASA также есть свои обсерватории, цель которых — обнаружение потенциально опасных объектов для Земли. Одним из главных таких центров считается обсерватория Аресибо (Arecibo), расположенная в Пуэрто-Рико, на высоте 497 метров над уровнем моря, и имеющая один из крупнейших в мире радиотелескопов, использующих лишь одну апертуру. 

Вместе с тем ни один из современных радаров не имеет достаточной мощности, чтобы охватить столь обширное пространство даже относительно близко к Земле и обеспечить возвращение сигнала для обнаружения неизвестных околоземных объектов. С помощью оптических телескопов легче обнаружить свет от Солнца, который отражается объектом, а наземный радар может применяться для более точного отслеживания и определения орбит объектов, обнаруженных этими телескопами, их физических характеристик и динамики тела при приближении к Земле.

Радарные наблюдения могут скорректировать наши данные о положении астероида с нескольких тысяч километров, обеспечиваемых оптическими наблюдениями, до нескольких метров. Риск воздействия, создаваемый потенциально опасным астероидом, можно относительно быстро разрешить с помощью радиолокационных наблюдений, в то время как, пользуясь лишь оптическими наблюдениями, мы можем не подозревать о его положении многие годы.

Именно так было в случае с астероидом (99942) Апофис, который обнаружили в 2004 году. Первоначально предполагалось, что в апреле 2029-го он может столкнуться с Землей, однако радиолокационные наблюдения, проведенные обсерваторией Аресибо в 2005 году, практически исключили такую ​​возможность. После того как астероид 9 января 2013 года сблизился с Землей на расстояние почти в 14,5 миллиона километров, что меньше десятой части расстояния до Солнца, ученые выяснили, что объем и масса этого астероида на 75 процентов больше, чем предполагалось.

Исследования показывают, что лучший способ защититься от астероида, изменяя его траекторию, зависит от каждого конкретного сценария. Выбор метода смягчения воздействия зависит от орбиты объекта, его состава, относительной скорости, а также от вероятности воздействия и предполагаемого места удара. Некоторые околоземные объекты могут иметь такую орбиту, с которой весьма непросто работать, если не обнаружить их за несколько десятилетий. Другие астероиды — по сути, скопление мелких обломков, из-за чего трудно скорректировать их траекторию, не уничтожив их. Некоторые объекты слишком малы или хрупки, чтобы достичь поверхности Земли: как, например, метеорит, разрушившийся над Челябинском в 2013 году. Они требуют скорее оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации. Поэтому каждый конкретный случай предполагает особые меры планетарной защиты.  

Планетарная защита — термин, используемый астрономами для описания всех возможностей, необходимых для обнаружения и предупреждения о вероятных столкновениях астероидов или комет с Землей, а затем либо для их предотвращения, либо смягчения последствий. Необходимо точно охарактеризовать эти объекты, определив траектории их орбиты, размер, форму, массу, состав, динамику вращения и другие параметры. Эти данные помогут специалистам определить степень опасности потенциального воздействия.

Игра в дартс

С проектами активного воздействия на потенциально опасные астероиды, которые могли бы заранее минимизировать ущерб от их удара, все чуть сложнее. Предлагались разные идеи: от отправки к астероиду компактного ядерного или традиционного химического заряда с целью его разрушения до использования гравитационного буксира и ракетных двигателей, способных отклонить курс астероида от Земли. Однако большинство этих задумок пока не ушли дальше теоретических разработок: эти проекты слишком дорогостоящие и имеют довольно много спорных моментов — вплоть до неурегулированности вопроса использования ядерных зарядов в космическом пространстве. Однако в NASA придумали еще один способ активного воздействия на угрожающий Земле объект.

Речь идет о космической миссии Double Asteroid Redirection Test (DART) — это первая реальная попытка активного воздействия на астероид. Цель — разработать способы защиты планеты от ударов объектов из космоса. Проект создается совместно с Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса при поддержке центров NASA: Лаборатории реактивного движения (JPL), Центра космических полетов Годдарда (GSFC) и Космического центра Джонсона (JSC).  

«У нас есть множество научных миссий, нацеленных на понимание прошлого Солнечной системы и ее формирования. Проект по планетарной защите же относится к настоящему Солнечной системы и нашим ближайшим непосредственным планам и действиям. Чтобы осуществить задуманное и физически подкорректировать траекторию объекта, потребуется много времени в запасе. Идея кинетического тарана — конечно, совсем не то, что показано в фильме «Армагеддон», где люди всполошились в последний момент и спасли Землю. Нам нужно будет позаботиться об этом за 10 и даже 20 лет до удара: слегка толкнуть астероид, чтобы он спокойно пролетел мимо и не задел планету», — объясняет планетолог Нэнси Чабот (Nancy Chabot) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса.

Целью миссии DART выбрана двойная система астероидов, которая получила имя (65803) Didymos, что с греческого переводится как «близнец». Didymos A размером в 780 метров, а его «младший брат» Didymos B — всего 160 метров. Он и станет главной целью миссии. Систему Didymos тщательно изучали с 2003 года: первичное тело представляет собой скалистый объект S-типа, состав которого аналогичен составу многих астероидов, а состав Didymos B пока не известен. Сам двойной астероид не представляет опасности для Земли: в 2003-м он пролетел на расстоянии более семи миллионов километров, а в следующий раз приблизится к нашей планете в 2123 году. Однако эта миссия поможет ученым получить важную информацию, которая в будущем будет бесценна для защиты от опасных объектов.

Сбить и проследить

Подготовка к запуску космического корабля DART начнется в конце декабря 2020 года и продлится до мая 2021-го. Запуск планируют провести в июне 2022 года, а в начале октября космический таран столкнется с объектом на расстоянии 11 миллионов километров от Земли.   Околоземный астероид (185851) 2000 DP107 во многом считается аналогом Didymos.

Предполагается, что DART использует бортовую автономную систему прицеливания, чтобы нацелиться на Didymos B, а затем вонзится в астероид на скорости шесть километров в секунду — это примерно в девять раз быстрее пули. Наземные обсерватории смогут зафиксировать это воздействие и изменение орбиты Didymos B, что позволит ученым лучше определить возможности кинетического воздействия в качестве стратегии смягчения астероидов. Техника кинетического удара работает, изменяя скорость угрожающего астероида на небольшую долю от его общей скорости, но делая это задолго до предсказанного удара, чтобы этот небольшой толчок со временем суммировался с большим смещением траектории астероида.

При этом важной частью миссии будет наблюдение за астероидом как до, так и после удара. Следить за ним будет небольшой искусственный спутник Light Italian Cubesat, который Итальянское космическое агентство запустит одновременно с DART. Европейская миссия Hera, в свою очередь, достигнет двойного астероида к 2026-му и зафиксирует размеры и особенности разрушения, которые сделал DART.

Несмотря на то что Didymos не угрожает нашей планете, человечеству важно научиться предотвращать столкновения с потенциально опасными космическими телами, ведь если мы планируем и дальше жить на Земле, заботясь о климате и сохранности ее ресурсов, то должны подумать и о внешних угрозах, которые способны в одночасье поставить крест на всем живом.