Способы защиты от метеоритов и комет

3. Способы защиты от метеоритов и комет

Исследователи занимающиеся изучением задач, связанных с защитой Земли от космогенных катастроф, сталкиваются с двумя фундаментальными проблемами, без решения которых разработка активных средств противодействия невозможна в принципе. Первая проблема связана с отсутствием твердых данных по физико-химическим и механическим свойствам околоземных объектов (ОЗО), несущих Земле потенциальную угрозу. В свою очередь решение первой проблемы невозможно без решения еще более фундаментальной проблемы – происхождения малых тел Солнечной системы. На сегодня неизвестно представляют ли ОЗО груду щебня или слабосвязанных обломков, сложены ли они твердыми скальными, осадочными или пористыми породами, являются ли ОЗО загрязненным льдом или замороженным комом грязи и т.д. Положение еще более усугубляется, если принять во внимание, что часть ОЗО, возможно, если не все, являются не астероидами, а представляют собой “спящие” или “выгоревшие кометные ядра”, т.е. потерявшие летучие компоненты (лед, смерзшиеся газы), “маскирующиеся” по внешним признакам под астероиды. Короче говоря, налицо полная неясность последствий применения к таким телам активных средств противодействия.

Причина такого положения кроется в недооценке наукой важности проведения космических исследований малых тел Солнечной системы. Все усилия космонавтики с самого ее рождения были направлены на изучение околоземного пространства, Луны, планет и их спутников, межпланетной среды, Солнца, звезд и галактик. И вот в результате такой научной политики мы сегодня оказались совершенно беззащитными перед лицом грозной опасности, исходящей из Космоса, несмотря на впечатляющие достижения космонавтики и наличия целого Монблана ракетно-ядерного оружия.

Однако, ученые в последнее время, по-видимому, прозрели. Если проанализировать программы НАСА и ЕКА по исследованию Солнечной системы, то явно наблюдается тенденция по наращиванию темпа изучения малых тел.

Неясность с природой комет, приведшая к полному параличу разработок средств активного воздействия на опасные кометы, еще ранее породила ряд проблем, над которыми давно и пока безуспешно ломают головы ученые[7]. Так какое же отношение все эти исследования имеют к защите Земли от космогенных катастроф? Самое, что ни на есть непосредственное и даже можно сказать - определяющее. Результаты исследования кометного вещества, дают возможность совершенно с иных позиций рассмотреть некоторые события в истории и Земли и проблему защиты Земли от космогенных катастроф.

Последняя глобальная космогенная катастрофа в истории Земли.

Теперь, на основе развиваемой концепции, результатов исследований последствий падения на Землю космических тел, проведенных Вычислительным Центром (ВЦ) РАН и некоторых данных по Тунгусской катастрофе, вырисовывается наиболее вероятный сценарий космогенной катастрофы среднего масштаба, с которой рано или поздно обязательно столкнется цивилизация.

Первые три ночи после падения Тунгусского метеорита в Европе и западной части Азии были на редкость светлыми, можно было даже читать газету. Предложенные гипотезы, объясняющие этот феномен, так или иначе, видят первопричину в кометной пыли, выпавшей на атмосферу. Частицы пыли стали центрами конденсации паров в высотных слоях атмосферы, а образовавшиеся капли переотражали лучи Солнца, находящегося в эти дни неглубоко за горизонтом. Было также зафиксировано, что в последующие месяцы погода в Европе была дождливая и средняя температура понизилась на 0,3 градуса.

Результаты расчетов, проведенных в ВЦ РАН, показывают, что падение даже небольших, от 200м в диаметре, тел (диаметр Тунгусского метеорита оценивается в ~50м) приводит к серьезной запыленности атмосферы, после чего в течение нескольких дней происходит резкое падение температуры воздуха до минусовых значений, даже в летнее время. Кроме того, резко увеличивается количество осадков. Вымывание пыли из атмосферы длится ~1 месяц. С увеличением размера падающих тел эти возмущения атмосферы, будут пропорционально возрастать. Положение может еще более усугубиться, из-за дополнительной запыленности высотных слоев атмосферы, в результате сброса там пылевой оболочки ядра кометы.

Таким образом, можно констатировать, что падение космических тел на Землю, запускает механизм, который по суммарной энергетике воздействия на атмосферу и гидросферу на много порядков превысит кинетическую энергию упавшего тела. Пыль воздушными течениями разнесется по атмосфере и станет экранировать поступления солнечной радиации к земной поверхности. В тоже время она не мешает инфракрасному излучению беспрепятственно уходить в космическое пространство с этой поверхности, что в свою очередь приведет к выхолаживанию тропосферы. Так как воды мирового океана еще не остыли, интенсифицируются процессы тепломассобмена между холодной сушей и еще теплым океаном, что вызовет резкое увеличение количества осадков, бурь, смерчей и тайфунов.

Приведенные выше рассуждения преследуют вполне определенную цель – показать, что падения, даже небольших кометных ядер в любую точку земного шара, не оставляющих даже кратеров на Земле, приводит к резкому, кратковременному изменению климата и катастрофическим наводнениям в некоторых районах земного шара.

В тоже время, в большинстве оценок ущерба от столкновений учитывается причиненный ущерб только непосредственно в месте падения космического тела, а это уводит нас от действительности. Такая оценка действует успокаивающе, так как площади с высокой плотностью населения составляют незначительную часть земной поверхности.

Как же защититься от этих вполне реальных напастей. Для начала необходимо как минимум знать, какие тела нам угрожают, какими свойствами они обладают, откуда приходит угроза. Предложенная концепция позволяет дать научно обоснованные ответы на эти вопросы. И хотя она, разработанная, кстати, на основе классической теории извержения комет, идет вразрез с общепринятыми взглядами на эти проблемы, но так как эти проблемы пока еще не решены, концепция имеет право на существование.

Дмитриев Е.В., ныне ветеран КБ “Салют” ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, проводит исследования ключевых проблем космогонии. По вопросу о защите Земли от космогенных катастроф предложил стратегическую концепцию по защите Земли от опасных эруптивных комет и считает их основными виновниками космических катастроф Земли. В соавторстве провел исследования ключевых проблем защиты Земли от опасных космических объектов (ОКО), разработал тактику ближнего перехвата ОКО, предложил сублимационный способ увода опасных комет, предложил порядок действий по Гражданской защите в случае надвигающейся космической опасности и т.п.

Есть все основания попробовать варианты решения означенных задач, руководствуясь следующими положениями.

1) Основными виновниками космогенных катастроф Земли являются исключительно кометы. Астероиды, пересекающие земную орбиту, являются ни чем иным, как “погасшими” или “выгоревшими” кометными ядрами, маскирующимися под астероиды. Астероиды Главного пояса имеют очень устойчивые орбиты, о чем говорит древний возраст метеоритов ~4,5 млрд. лет, а падающие на Землю метеориты, как уже давно доказано, являются осколками астероидов.

2) Кометы образуются внутри Солнечной системы, путем извержения (выброса) материи из систем планет-гигантов, они имеют небольшой срок жизни и малый возраст. Вопросы, с каких конкретно небесных тел происходит выброс комет, и каков механизм выброса, остаются пока открытыми.

3) Кометы состоят из материнских пород тектитов и субтектитов и представляют собой сцементированный смерзшимися газами и водным льдом конгломерат осадочных и изверженных пород с включениями никелистого железа. Они обладают высокой пористостью и имеют малую прочность.

Стратегия защиты Земли от таких комет в следующем: в качестве первоочередной задачи нужно установить в системах планет-гигантов дозорные зонды, способные фиксировать начало выброса кометных ядер, что позволит заведомо знать минимальное располагаемое время на отражение опасных комет. Начинать нужно с системы Юпитера, которая, судя по внушительному семейству ее короткопериодических комет, обладает наибольшей эруптивной активностью. Самое простое, что можно предложить на первом этапе создания системы защиты Земли, это дооборудовать уже существующие стартовые комплексы, с которых запускаются межпланетные космические аппараты. В связи с отсутствием жесткого ограничения на время, необходимое для подготовки к пуску ракеты-носителя с перехватчиком комет, даже в случае первого сближения с Землей только что родившейся кометы, достаточно будет иметь в составе этих стартовых комплексов несколько комплектов перехватчиков и периодически обновляемых ракетоносителей. Количество комплектов уточняется в процессе разработки проекта. В дальнейшем следует создать специализированный противокометный ракетно-космический комплекс (ПК РКК)[8].

Каким же образом заставить обнаруженную опасную комету свернуть с рокового пути? Для этого случая уже имеется способ, предложенный совместно ЦНИИМАШ на международной конференции по защите Земли, состоявшейся в г. Снежинске, 1994 г. Согласно законам небесной механики любое воздействие на комету должно изменить параметры ее орбиты. Задача состоит в том, чтобы это воздействие не разрушило ее ядро и в тоже время быть достаточным для обеспечения гарантированного пролета мимо Земли. Наиболее вероятно, что атаку на комету придется осуществлять на пересекающихся орбитах, на высоких относительных скоростях, достигающих нескольких десятков км/c. Поэтому наиболее легко реализуемый является надповерхностный ядерный взрыв. Рекомендуемая мощность боеприпаса 10-20 Мт. К сожалению, какой-либо разумной альтернативы ядерному заряду, пока не просматривается. В результате такого взрыва, с поверхности кометного ядра сносится ее корка и ядро получает небольшой импульс. Далее, под действием солнечной радиации должен резко усилиться сублимационный реактивный эффект, который создаст небольшую, но постоянно действующую тягу и комета начнет сходить с опасной орбиты.

Конечно, одного такого воздействия на комету будет явно недостаточно. Основная задача – не дать образовываться поверхностной корке, препятствующей процессу сублимации. Поэтому предполагается последовательные пуски нескольких перехватчиков. В зависимости от массы кометы их число может достигать нескольких десятков. Для повышения эффективности каждый перехватчик является навигатором для идущего следом. Такая тактика отражения комет обеспечит последовательные мягкие воздействия на ядро, периодическое обнажение внутренних пород, что в свою очередь позволит получить максимальную отдачу от сублимационного реактивного эффекта. Такая же тактика должна быть применена и для околоземных объектов, являющихся, согласно предложенной концепции, ни чем иным, как неактивными кометными ядрами, которые по своим оптическим характеристикам практически не отличаются от астероидов.

Развитие высоких технологий позволило астрономам открыть половину из наиболее опасных космических тел километрового диапазона, блуждающих в космосе. Космическая техника позволит нам противостоять не очень крупным объектам (порядка 50 - 500 метров) с помощью ядерных устройств. Речь идет не о военных зарядах, а о специальных устройствах, которые позволят разбить и рассыпать в пыль опасные метеориты. Мы надеемся, что более крупные опасные тела астрономы смогут открыть заранее, и у нас будет достаточно времени, чтобы изучить их поведение и попытаться изменить траекторию, чтобы отвлечь катастрофу от Земли.

Согласно, концепции системы планетарной защиты "Цитадель". “В первую очередь, опасный объект надо обнаружить. Для этого необходимо организовать единую глобальную систему контроля космического пространства и ряд региональных центров перехвата опасных объектов, например, в России и Америке, в странах с необходимым арсеналом защиты. После обнаружения опасного тела заработают все службы наблюдения на Земле, а информация будет обрабатываться в специально созданном центре планетарной защиты, где ученые вычислят место падения, объем предварительного разрушения и выработают рекомендации для правительства. После этой работы взлетят космические аппараты, сначала для разведки и определения параметров траектории, размеров, формы и прочих характеристик угрожающего объекта. Затем полетит аппарат-перехватчик с ядерным зарядом, который разрушит тело или изменит его траекторию. Создание системы оперативного перехвата позволит заранее обнаружить более крупные объекты и сосредоточить усилия региональных служб на борьбе с угрозой. Мы можем защититься, но наши возможности не безграничны, и от очень больших объектов, к сожалению, мы спрятаться не сможем, даже если соберем все имеющиеся на планете ядерные заряды. Поэтому, не такой утопичной кажется мысль о создании “Ноева ковчега” на Луне, чтобы спасти человечество…”[9].

Проблема астероидной опасности стала осознаваться с 80-х гг. при открытии астероидов, пролетающих мимо Земли и после расчетов последствий «ядерной» зимы.

Изучение орбит малых тел Солнечной системы (комет и астероидов), падение на Юпитер кометы Шумейкера-Леви в 1994 г. свидетельствуют о том, что вероятность столкновения Земли с подобного рода объектами значительно выше, чем это предполагалось ранее. По последним оценкам вероятность столкновения с 50-метровым объектом составляет 1 раз в столетие. Опасное сближение Земли с астероидом Таутатис имело место в декабре 1992 г., когда астероид вошел, по некоторым оценкам, в сферу гравитационного поля Земли. Глобальную катастрофу, грозящую гибелью цивилизации, способна вызвать только космогенная катастрофа — столкновение с крупным астероидом или кометой, так как здесь нет ограничения по энергии.

В настоящее время существуют разные идеи для Защиты Земли от космической опасности. Одна из идей — отклонение траектории космического тела с помощью ракеты с ядерным зарядом. Таким образом, проблема астероидной опасности и защиты Земли включает в себя идеи, которые заложены В.И. Вернадским в исследованиях метеоритов, которые относятся к семье астероидов, и в исследованиях урана. Военные готовы испытать свою технику на пролетающих мимо безопасных астероидах и преувеличивают значимость проблемы в надежде сохранить финансирование.

Научная сторона проблемы, наблюдательные программы

Проблема противодействия астероидно-кометной опасности, как и любая другая сложная проблема, является многоплановой. Первая, научная, сторона проблемы состоит в обнаружении объектов, сближающихся с Землей, определении и каталогизации их орбит, изучении физических свойств, предвычислении возможных столкновений с Землей, оценке последствий этих столкновений, создании соответствующей базы данных объектов, сближающихся с Землей (ОСЗ). Примечательно то, что систематические работы (исследования) в этом направлении астрономы ведут уже в течение 25-30 лет и, как результат, накоплен богатый опыт. Однако при сохранении современных темпов обнаружения АСЗ потребуется несколько столетий, чтобы достичь необходимой полноты обзора. Поэтому нужны современные скоординированные программы по обзору неба с целью как обнаружения новых АСЗ, так и проведения большого объема работ по слежению за ними, уточнению их орбит, изучению их физических характеристик и т. п.

Необходимо отметить, что в ряде стран уже выделены определенные средства и начаты работы в этом направлении.

Техническая сторона проблемы. Возможность противодействия астероидно-кометной опасности

В отличие от других природных катастроф (землетрясений, извержений вулканов, наводнений и др.) падение крупных тел на Землю можно заранее предвычислить и, следовательно, предпринять необходимые меры. Человечество на нынешнем этапе развития цивилизации уже может защитить себя от угрозы столкновения с кометами и астероидами.

Техническая часть проблемы астероидно-кометной опасности – предотвращение возможного столкновения – представляется намного более сложной и дорогостоящей по сравнению с научной. Глобальная система защиты Земли должна включать в себя средства обнаружения ОСЗ, определения орбит ОСЗ и слежения за ними, систему принятия решений по организации противодействия в случае реальной угрозы столкновения, а также средства воздействия на ОСЗ и соответствующие ракетно-космические комплексы для их оперативной доставки. Современный уровень развития науки и технологии позволяет разработать систему защиты Земли от столкновений с астероидами и кометами, хотя для реального создания ее необходимы новые исследования и испытания, включая проведение экспериментов в космосе.

Таким образом, существуют различные технические решения задачи воздействия на опасный космический объект, которые можно разделить на два типа: это разрушение объекта или изменение его траектории. Последнее может быть осуществлено путем сообщения астероиду дополнительной скорости системой ядерных взрывов на его поверхности или двигателями реактивной тяги космического аппарата, рассеяния пылевого облака на пути движения астероида, направленного сброса вещества с его поверхности, окраски части поверхности астероида с целью изменения его альбедо и получения дополнительного импульса и др. Уровень развития технологии в настоящее время позволяет, в принципе, осуществить эти решения. Причем чем раньше астрономы сообщат о возможном столкновении объекта с Землей, тем меньше надо будет затратить энергии и средств для его предотвращения. Выбор способа воздействия будет зависеть от времени до расчетного момента столкновения (времени упреждения) и физических свойств объекта. К последним относятся прежде всего размер тела, форма, плотность и прочность вещества, определяемые типом астероида (силикатный, углистый, металлический). В случае необходимости посадки на поверхность объекта космического аппарата, нужно знать, кроме того, скорость и направление его вращения, а также ориентацию оси вращения в пространстве. Нужно знать также природу ОСЗ – это слабо консолидированное ядро потухшей кометы с прочностью порядка 100-1000 дин/см2, которое легко фрагментируется в атмосфере, или же, например, железо-никелевый астероид с прочностью порядка 1 мрд дин/см2. Все эти характеристики доступны для определения из наземных наблюдений, хотя крайне желательны и космические миссии типа "Галилео", "NEAR", "Клементина".

Таким образом, определение физических характеристик АСЗ является одной из важнейших задач после его обнаружения и определения орбиты. Вопрос о применении ядерных зарядов для изменения орбиты или уничтожения опасного объекта имеет политические, экологические и моральные аспекты. Ядерная технология, безусловно, не экологична, однако ее применение вблизи Земли может стать неизбежным в случае очень малого времени упреждения. Только объединенными усилиями всех стран можно решить проблему прогноза и предотвращения глобальных экологических катастроф и наиболее сильной из возможных — астероидной опасности.

Таким образом, подводя итог данной работы следует сделать такие выводы.

В космосе существует большое количество опасных для жизни на Земле объектов и явлений. К ним относятся: астероиды, метеориты, кометы; вирусы заносимые данными объектами на землю; “черные дыры” о природе которых спорят ученые; рождение сверхновых звезд вблизи нашей планеты; катастрофической силы вспышки на Солнце. Все эти объекты и явления могут нанести ущерб планете Земля, изменить ее климат, вызвать цунами, наводнения и.т.п, загрязнить окуражающую среду опасными веществами, привести к гибели большого числа людей, уничтожить города и целые страны, и даже полностью уничтожить нашу планету. За свое существование наша планета претепревала много атак космических объектов, многие крупные обекты приводили к изменению климата на ней и весьма повлияли на ее теперешнее состояние. На теле Земли осталось много “шрамов” от астероидов, метеоритов, комет. Поэтому угроза чрезвычайных ситуаций космического характера реальна, и в первую очередь должна быть предметом заботы государств. Программы по защите от космических напастей должны достойно финансироваться и проводится на качественном уровне всеми странами вместе. Должны быть разработаны программы, по защите Земли от угроз из космоса.

Мерами, которые могут помочь в данном вопросе, могут стать: наблюдение за опасными объектами с помощью современных средств, мощных телескопов, внесение их в каталоги, отправка зондов направляемых в космическое пространство для отслеживания опасных объектов, своевременное оповещение людей о надвигающейся угрозе из космоса, их эвакуация в безлопастные местности, укрытия (подземные бункеры), защита людей от опасных последствий космических катастроф (информирование о способах защиты, средства индивидуальной защиты, развертывание госпиталей, помощь пострадавшим и.т.п.) разработка методов и оружия для разрушения опасных космических объектов либо хотя бы смещения орбиты данных объектов, для отвода их от Земли, при особо опасных угрозах, не так фантастичны даже такие разработки, как переселение людей с планеты Земля на другие пригодные для жизни планеты либо постройка искусственного Ноевого ковчега.

Список использованной литературы

1.  Алимов Р., Дмитриев Е., Яковлев В. Космические катастрофы; надеяться на лучшее, готовиться к худшему // Гражданская защита. 1996. № 1. С. 90 - 92.

2.  Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. Белова С.В. М.: Высшая Школа, 2004.

3.  Воронцов Б. А. Астрономия: учебник для 10 класса. М., 1987 г.

4.  Медведев Ю. Д., Свешников М. Л., Тимошкова Е. И. и др. «Астероидно - кометная опасность» (Институт теоретической астрономии РАН, международный институт проблем астероидной опасность, Санкт-Петербург, 1996 г.

5.  Микиша А., Смирнов М.. Земные катастрофы, вызванные падением метеоритов. //"Вестник РАН" том 69, № 4, 1999, стр. 327-336.

6.  Журнал “Наука и жизнь”. № 8, 1995 г.; № 3, 2000 г.

[1] http://www.astronet.ru/

[2] Хорошо известен рой Персеид, наблюдающийся в области созвездия Персея. Связанные с ним «звездопады’’ отмечаются ежегодно в ночи, близкие к 12 августа. А каждые 33 года в середине ноября на Землю «проливается» метеорный дождь Леониды, наблюдаемый в области созвездия Льва. Последний раз это событие произошло 16–18 ноября 1998 г.

[3] "Наука и жизнь" № 8, 1995 г.; № 3, 2000 г.

[4] А. Микиша, М. Смирнов. Земные катастрофы, вызванные падением метеоритов. "Вестник РАН" том 69, № 4, 1999, стр. 327-336

[5] К примеру, масса Сихотэ-Алиньского метеорита, упавшего на Дальнем Востоке в 1947 году, достигала 100 тонн. Метеорит, рухнувший в пустыню Гоби, весил 600 тонн. Но и от встречи с такими "малышами" на теле Земли остаются очень заметные шрамы и "оспины". Так, камешек, упавший некогда в Аризоне, оставил кратер диаметром почти полтора километра и глубиной 170 метров.

[6] http:// Polit.ru

[7] Аналогичная ситуация с Тунгусским метеоритом. Скоро ему уже “стукнет” 100 лет, но что упало — остается полной загадкой. И это, несмотря на чудовищный объем проведенных исследований, кстати, породивших около сотни гипотез.

[8] Алимов Р., Дмитриев Е., Яковлев В. Космические катастрофы; надеяться на лучшее, готовиться к худшему // Гражданская защита. 1996. № 1. С. 90 - 92.

[9] В.А. Симоненко (зам. науч. рук. РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И.Забабахина): "Неизбежность космических столкновений". http://www.informnauka.ru/