17 февр. 2013 г.

Челябинский болид/астероид: можно ли его было отклонить?

Ван Гог . Звёздная ночь. Изображения взято из Википедии.
В последние дни очень много разговоров о том, можно ли было или нельзя отклонить челябинский болид/астероид, зная заранее его орбиту, скажем, лет за 20. Я лично слышал на Вестях ФМ абсолютно непрофессиональное мнение какого-то-там-редактора какого-то-там-журнала (кажись, военного) о том, что земляне на сие не способны. Давайте вместе разберёмся в этом вопросе.

Прежде всего, нужно понять один аспект движения небесных тел по орбите вокруг Солнца. Этот аспект называется устойчивость движения. Тема достаточно новая, но тем не менее уже неплохо изученная. Базово, движение любого небесного тела можно разделить на три типа:

  • устойчивое движение (или практически устойчивое),
  • ограниченный хаос (шаманизм, но что поделать),
  • хаотическое движение.
Чтобы понять каждый из терминов, достаточно представить себе следующую картину: возьмём наш астероид и сдвинем его на чуток, к примеру, на метр вправо. И сравним орбиты исходного астероида и "сдвинутого". Если, к примеру, за 100 лет они разошлись на 1 м, то движение "относительно устойчивое". А если на 1.000.000 км, то явно нет (более подробно см. Показатель Ляпунова (англ.), Динамический Хаос). Есть отличная научно-популярная статья "Непредсказуемые орбиты" за авторством И. И. Шевченко в журнале "Природа" (ссылка дана на сам журнал), весьма рекомендую тем, кому интересна тема.

Итак, три типа движения. В большинстве случаев астероиды, сближающиеся с Землёй, имеют либо хаотическую орбиту, либо близкую к хаотической. На практике это означает, что малейшее изменение орбиты может "увести" астероид очень и очень далеко. Что, собственно, и можем использовать мы для того, чтобы отклонить опасный объект подальше от нашей планеты (см. статью о происхождении астероидов).

Давайте пофантазируем, какие способы чисто гипотетически возможны:
  1. Шарахнуть ракетой. Технически плохо реализуемо и глупо — метеоритный дождь сделает гораздо больше разрушений. Да и вывести точно баллистическую ракету сложно.
  2. Взорвать. Чуть более корректный способ, особенно, если делать это далеко от Земли. Недостаток — после взрыва непонятно, куда полетят "остатки" и какого они будут размера.
  3. "Стукнуть". Если достаточно небольшого "влияния извне", то можно просто со всей скорости стукнуть объект и подождать, пока он сам "сдвинется". Хороший способ, только вот масса космического аппарата-стукача несоизмеримо меньше массы астероида, поэтому импульс будет весьма маленький.
  4. Дать астероиду двигатель. Прилетаем к астероиду, ставим туда двигатель и постоянными "толчками" сдвигаем его куда надо. В качестве дополнительного источника энергии можно использовать солнечные батареи. Более грамотный вариант п. 3, но с теми же недостатками. В некоторых случаях метод вполне будет работать.
  5. Солнечный парус. Для многих он кажется смешным, но это — реально отличный способ для космических кораблей, почему он не подойдёт для астероида? Технология имеется, теория разработана (спасибо Е. Н. Поляховой из СПбГУ), опробирована. Нанотехнологии дают поистинне уникальные материалы для солнечного паруса. Плюс один "в копилку" Земли.
  6. Фольга. С помощью "правильной обклейки" астероида можно добиться изменения орбиты за счёт эффекта Ярковского (ещё один русский).
Несмотря на кажущуюся "фэнтезийность" некоторых методик, они все вполне реальны. Этому посвящены в том числе и научные работы в серьёзных научных журналах (есть ещё ряд предложений, выдвигавшихся в своё время на различных конференциях, к сожалению, не все у меня есть в наличии):
  • Кинетический удар и/или гравитационный "трактор" (п. 3-4): Yeomans, D.K., Bhaskaran, S., Broschart, S.B., Chesley, S.R., Chodas, P.W., Sweetser, T.H., Schweickart, R., 2010. Deflecting a Hazardous Near-Earth Object. 1 IAA Planetary Defense Conference: Protecting Earth from Asteroids 1–13.
  • Гравитационный "трактор" (п. 4):  Ivashkin, V. V. Stikhno, C. A.  On the prevention of a possible collision of asteroid Apophis with the Earth.
  • Небольшая статья о применении эффекта Ярковского.
  • И ещё одна статья об отклонении объектов с помощью света: Vasylyev, V. P. Deflection of Hazardous Near-Earth Objects by High Concentrated Sunlight and Adequate Design of Optical Collector
При этом есть разные варианты отклонения. Просто добиться "увода" астероида из опасной зоны мало. Почему? Потому что зачастую объекты находятся в так называемых орбитальных резонансах, которые будут "способствовать" повторению ситуации всё снова и снова. А угрозу желательно убрать раз и навсегда. Если рассуждать логически, то есть три варианта:
  1. Уничтожить. Плохо, см. п. 1-2 выше.
  2. Отклонить. Не всегда реализуемо.
  3. Изменить орбиту так, чтобы астероид врезался в Луну или любую планету, отличную от Земли.
Вариант №3, несмотря на кажущуюся некорректность, — отличный. Нет астероида — нет проблемы. Тем более, что если орбита астероида проходит рядом с Землёй, то она должна проходить и рядом с Луной. Такие варианты тоже серьёзно рассматривались.

Итого, на данный момент человечество имеет как минимум 4 отличных способа избавиться от надоедливого астероида заблаговременно. Ключевое слово — заблаговременно, так как каждый из способов предполагает хотя несколько лет работы (+ время на запуск космического аппарата). Опыт уже есть — японский аппарат Хаябуса успешно "приастероидился", взял пробу грунта и вернулся на Землю. Главное сейчас — вовремя заметить угрозу (а не как в случае челябинского болида/астероида). А уж нейтрализовать её мы, скорее всего, сможем.