АСТЕРОИДНО-КОМЕТНАЯ

ОПАСНОСТЬ: СУТЬ И СОСТОЯНИЕ

ПРОБЛЕМЫ

Д.Ф. Лупишко

НИИ астрономии Харьковского

национального университета

им. В.Н. Каразина

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЩЕЕ ЧИСЛО АСЗ. ВЕРОЯТНОСТЬ И ЧАСТОТА

СТОЛКНОВЕНИЙ

3. ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ. СТЕПЕНЬ РИСКА

4. ПАДЕНИЕ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛ НА ЗЕМЛЮ В

ПРОШЛОМ

5. МЕЖДУНАРОДНЫЕ УСИЛИЯ В ОСОЗНАНИИ И

РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ

6. НАУЧНАЯ СТОРОНА ПРОБЛЕМЫ. НАБЛЮДАТЕЛЬ-

НЫЕ ПРОГРАММЫ

7. ТЕХНИЧЕСКАЯ СТОРОНА ПРОБЛЕМЫ. ВОЗМОЖНОСТЬ

ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ

8. АТОНЕЦ 99942 АПОФИС: 2029 и 2036 гг.

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Inner Solar System out to the orbit of Jupiter

Main-belt asteroids

are shown in green.

Near-Earth asteroids

are shown in red.

Trojan asteroids are

shown as small blue

dots.

Comets are shown as

blue open squares.

Positions as of

2 May, 2007.

Near-Earth Asteroids

Near-Earth asteroid orbit types

Comets may represent just 1% of the total hazard, so

they will not be key targets in the upcoming surveys.

Near Earth Comets (NECs) – 87 currently known

Main-belt asteroid 243 Ida

433 Eros (34.411.211.2 km)

1999 JM8, D=3.5 km

4179 Toutatis, D=3.2 km

25143 Itokawa (520270230 m)

АСЗ- объекты особого интереса

а) фундаментальная наука

• происхождение АСЗ,

• механизмы их перевода на современные

орбиты, время жизни,

• связь с др. малыми телами Солн. cистемы

б) прикладная наука

• источники минерального сырья (Fe, Ni, Mg,

Al, Si, H2O, N, C, O и др.)

• астероидно-кометная опасность

(1 Ceres - D = 9478 km)

1036 Ganymed D = 38.5 km

433 Eros 16.5 km

3552 Don Quixote 12-15 km

1866 Sisyphus (apollo), D = 8-9 km

The smallest discovered NEA

510 m across

АСЗ 2008 ТС3 (D = 4 м)

• Открыт 6 октября 2008 г.

• Столкнулся с Землей 7 октября 2008 г.

• Общий вес – около 80 тонн

• Собрано 280 фрагментов

• Редкий F-тип астероидов

2008 TC3, D = 4 m

Обнаружен 6 окт. 2008 г., столкнулся с Землей 7 окт.(распался на фрагменты в атмосфере над северным Суданом на высоте 37 км). Общий вес 80 т, собрано 280 кусков. F-тип (уреилит). Dr. Peter Jenniskens, USA

Общее число АСЗ. Частота столкновений с Землей

N = k D exp(b), b = 1.95

D 1 км - 1090180 (Stuart and Binzel, 2004)частота столкновения - 10-6 10-7

D 100 м - порядка 200 300 тыс.,частота столкновения - 10-3 10-5

Тунгусское событие – D = 50-60 м, 1/300

D = 30 м – 1/100

Size-frequency diagram for NEOs (A.Harris)

ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

Глобальный эффект

М = 5·1010 тонн

Dmin= 1-2 км

1 млн Мт (50 млн "Хиросим")

Выброс вещества из кратера в 1000

раз

превысит объем астероида

эффект "ядерной зимы"

1866 Sisyphus, S-type, D=8.5 km

M~1012 tons

V= 20 km/s

E=2·1030 erg = 5·107 Mt

(Tunguska explosion – 15-20 Мt)

The frequency of event is 10-7- 10-8

ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

Региональный эффект

D ~ 500 м (сотни метров)

без фрагментации,

d кратера = (15-20)·Dастероида

Площадь зоны поражения в га

S = 10000E2/3

250-м тело (Е = 1000 Мт), котороесталкивается раз в 10 тысяч лет, зона поражения составит 1 млн га.

ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

Локальный эффект

D<100 м

Взрыв и фрагментация в атмосфере (h=5-10 км)

Ударная волна, тепловые и световые эффекты

Радиус зоны поражения зависит от массы

и скорости ударника: при начальном

радиусе ударника 40 м и Vотн = 20 км/c

радиус зоны разрушений составит 25 км.

Причина смерти Степень риска

Автокатастрофа 1/100

Убийство 1/300

Пожар 1/800

Поражение электротоком 1/5000

Авиакатастрофа 1/20000

Столкновение с астероидом 1/25000

Наводнение 1/30000

Торнадо 1/60000

Ядовитый укус 1/100000

Ботулизм 1/300000

Ударные кратеры на поверхности Земли

Manicouagan Crater (Québec)

Age: 214

million years

Diameter 100 km

Кратер в пустыне Сахара: D=17 км, возраст 200 млн. лет

Глоб. катастрофа 65 млн. лет назад(смена двух геологических эпох

мезозоя и кайнозоя)

• массовое вымирание крупных ящеров и динозавров;

• аномальное содержание иридия в слое по всей поверхности Земли;

Гипотеза нобелевского лауреата Luis Alvarez:

астероид D=510 км, кратер d=150 200 км.

Luis Alvarez (1911-1988)

D=180 km. Age: 65 million years (64.98 0.04)

Chicxulub Crater

Кратер в Аризоне: D=1.2 км, h=175 м, возраст – 49 000 лет

Tunguska,1908

15-20 megaton explosion

at about 7 km altitude

(500 Hiroshimas)

Dad, a meteorite fell on my car!

Peekskill

meteorite

9 October

1992

Callisto

Dione

Impact Craters on Small Bodies

Gaspra

Deimos Phobos

Eros

D/Shoemaker-Levy 9

22 components formed by tidal breakup in

mid-1992 approach to Jupiter.

Impacts near 1994 July 16.

Mariehamn (Finland), 8-12 Aug. 1994

Impact on Jupiter of fragment G of comet Shoemaker-Levy 9, 18 July 1994

D/Shoemaker-Levy 9

The same impact scar transposed onto the Earth

Июль 1981 г., НАСА (США),

первое Рабочее совещание

"Столкновение астероидов и комет с

Землей: физические последствия и

человечество" («официальный статус»)

В 1990 г. Ин-т аэронавтики и космонавтики

(США) опубликовал Меморандум.

Палата Представителей Конгресса в ответ

на Меморандум поручила НАСА изучить

проблему и дать свои предложения.

Eсли однажды астероид столкнется с Землей,

уничтожив при этом не только человеческий род,

но и миллионы других видов живых существ, а мы,

имея возможность предотвратить катастрофу,

не сделаем этого из-за отсутствия решимости,

неправильных приоритетов, неверной оценки риска

или несовершенного планирования, то пренебрежение

нашим даром разумного предвидения и ответствен-

ности за собственную жизнь и все живое на Земле

явится величайшим актом самоотречения во всей

человеческой истории.

(Из Меморандума Американского ин-та Аэронавтики

и Астронавтики, окт. 1990 г.)

1994 г. Новая директива Конгресса США по

осуществлению максимально полной каталоги-

зации опасных астероидов и комет размерами

более 1 км (НАСА совместно с Минобороны

США и космическими агенствами др. стран).

РГ под руководством Ю.Шумейкера (США).

В ответ на доклад этой РГ НАСА в 1998 г.

поставило задачу обнаружить и каталогизировать

за 10-15 лет ≥90% АСЗ с D>1 км. На выполнение

этой задачи США ежегодно выделяют 4.1 млн

долл. и эта директива в целом успешно

выполняется (программа Spaceguard Survey).

Lincoln Near Earth Asteroid Research

(LINEAR)

Pair of 1-meter folded

prime-focus Cassegrain

telescopes identical to

those of the Ground-based

Electro-Optical Deep Space

Surveillance (GEODSS)

telescopes used by the Air

Force for space

surveillance. Located near

Socorro, New Mexico. Uses

1960x2560 frame-transfer

CCD cameras.

Near-Earth Asteroid Tracking (NEAT)

Maui Space Surveillance Site's (MSSS) 1.2-m telescope

Catalina Sky Survey (CSS)

3 cooperating surveys: the original Catalina Sky Survey (CSS; 68-cm

Schmidt), the Siding Springs Survey (SSS; 0.5-m Uppsala Schmidt + 1.0-m

ANU telescope) and the Mt. Lemmon Survey (MLSS; 1.5-m reflector).

Lowell Observatory Near-Earth-Object

Search (LONEOS)

Edward Bowell, Lowell Observ., Arizona

Lowell’s Discovery

Channel Telescope

(DCT)

4.2-m mirror

2-deg FOV

Located in Arizona

First light 2009

NEA Discovery Statistics

Known NEAs

16 Jan., 2011:

• Total = 7613

• >1 km = 821

PHOs

• Total = 1183

• >1 km = 149

• 87 comets

Start of NASA

NEO Program

5-8 марта 2007 г., Вашингтон, США

Вторая конференция

PLANETARY DEFENSE CONFERENCE

• Обнаружение и предотвращения угрозы

столкновения;

• анализ технических возможностей

предотвращения угрозы;

• результаты и уроки космических миссий к АСЗ;

• обсуждение возможных кандидатов для космич. миссий по предупреждению столкновений и др.

В докладе НАСА:

• более глубокий обзор неба, обнаружение

и каталогизация к концу 2020 г. 90%

потенциально опасных АСЗ D>140 м

(способных сближаться с Землей на

расстояние 0.05 а.е., т.е., 7.5 млн км, и

меньше и более 50 м в диаметре)

• нет нужного финансирования!

Конгресс США: выделить финансы!

N (D140 m) = 105

• PHAs ( 0.05 а.е., D>50 м) 20%

• обнаружение таких АСЗ (detection);

• слежение за ними (tracking);

• определение орбиты и каталогизация;

• определение физических характеристик этих объектов.

2020 г.: 100 тыс. новых АСЗ с D140 м,

из них 20 тыс. PHAs.

Средства обнаружения:

• Телескоп PanSTARRS 4 (PS4) на Гавайях;

• Large Synoptic Survey Telescope в Чили;

• строительство к 2014 г. специального PS8

телескопа (система двух PS4).

Космические средства:

• Три 0.5 м ИК телескопа (два на Venus-like

орбите и один - в Лагранжевой точке)

Стоимость программы: 470 млн долл. (2026 г.)

до 1 мрд долл. (2020 г.)

Научная сторона проблемы АКО

• обнаружение ОСЗ

• каталогизации их орбит

• изучении физических свойств ОСЗ

• предвычисление возможных столкновений

с Землей

• оценка последствий столкновений

• создание соответствующих баз данных

Примеч. систематические исследования

в этом направлении астрономы ведут уже в

течение примерно 30 лет.

Техническая сторона проблемы

Создание глобальной cистемы защиты Земли:

• средства обнаружения ОСЗ

• средства слежения за ними

• систему принятия решений в случае

реальной угрозы столкновения

• система оповещения населения

• средства воздействия на ОСЗ

• ракетно-космические комплексы для их

оперативной доставки к цели

Способы воздействия на

АСЗТип

воздействия

Длительность

Воздействия

Тип

средствСредства

Отклонение

ОСЗ от

траектории

столкнове-

ния

Кратковре-

менное

(ударное,

импульсное)

Неядер-

ные

Кинетическая

энергия КА, ДБТ

на ОСЗ

Ядерные ВТВ, ПТВ

Долговре-

менное

Пассив-н

ые

Солнечный парус,

фокусир. зеркало,

гравитац. трактор

Активные ДМТ на ОСЗ,

СВЧ-излучение,

лазеры

Разрушение

объекта

Кратковре-

менное

(ударное)

Неядер-

ные

Кинетич. энергия КА,

Поток высокоскоро-

стных частиц

Ядерные ВТВ, ПТВ, ГТВ

Ядерные технологии на 1-2 порядка более эффективны, чем неядерные.

Неядерные технологии очень сложны:

• фокусировка зеркалом солнечной энергии и выпаривание вещества поверхности;

• пролет КА вблизи объекта и выпаривание вещества с помощью лазера;

• посадка аппарата на поверхность, выброс части вещества путем взрывов;

• гравитационный трактор;

• непосредственная буксировка объекта;

• изменение альбедо астероида

Гравитационный тракторАпофис D=300 м, 1 тонна/1 месяц

Выбор способа воздействия

зависит от:

• времени до расчетного момента столкнове-

ния (времени упреждения)

• траектории объекта (вероятности

столкновения)

• физических свойств объекта (размер, форма,

тип вещества, плотность и прочность,

внутренняя структура и др.

Возможность противодействия АКО

(Междунар. конференция "Проблемы защиты Земли от

столкновения с опасными космическими объектами"

в г. Снежинске, Челябинской обл. в сент. 1994 г.).

«Человечество на нынешнем этапе развития

цивилизации уже может защитить себя от угрозы

столкновения с кометами и астероидами!»

Э.Теллер: “Защита от астероидов более проста,

чем от землетрясений, цунами и вулканов."

99942 Апофис, D=300-350 m

• Открыт 19 июня 2004 г., Китт Пик (Аризона).

• Переоткрыт 18 дек. 2004 г., Сайдинг Спринт, Австралия.

• Возможно столкновение с Землей 13 апр. 2029 г.!

• 23 декабря 2004 г.: вероятность столкновения 1/170.

• 24 декабря: вероятность столкновения 1/60.

• 27 декабря: астероид пройдет от Земли на расст. в 60 тыс. км

• 27-30 января 2005 г.: минимальное сближение составит 5.7 радиусов Земли (36350 км!)

Орбита 99942 Апофис (зеленый цвет)

Земля, Луна и 99942 Апофис13 апреля 2029 г.

Close Approachers

Predicted Close Approach

of 2004 MN4 “Apophis”

(an ~320 m Object)

on April 13, 2029

CLOSE-UP VIEW

Geosynchronous Orbit

So far, four other PHOs of significant size

will pass within lunar orbit in next 150 years.

В.А. Шор, Э.И.Ягудина (ИПА РАН):

вероятность столкновения Апофиса

в 2036 г. оценивается в 0.0004.

Др. источники (США): (5-6)104

Столкновение с 99942 Апофис (D=350 м)

приведет к взрыву 105 ядерных взрывов над

Хиросимой. В течение года или больше небо

будет темным из-за присутствия пыли в атмос-

фере, из-за чего погибнет бóльшая часть урожая.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Интернациональная проблема.

2. Человечество в состоянии защитить

себя от угрозы из Космоса.

3. Осознание опасности и возможности

Человечества.

4. Роль науки в сохранении

цивилизации.

Will We Go the Way of the

Dinosaurs?

Automated Telescopes Used in Current

Near-Earth Asteroid Searches

Spacewatch

1.8 m

LONEOS

0.6 m

LINEAR

1.0 m

JPL

NEAT

1.1 m

Current NEO Surveys

CSS 0.7 m

“All I’m saying is now

is the time to develop

the technology to

deflect an asteroid”

Pan-STARRS

Four 1.8-m telescopes

3-deg field of view

Located in Hawaii

First light 2006/8

University of Hawaii

Average Time between Impacts

Stuart and Binzel•

Slow push mitigation alternative

NEA population:

Amor a 1.0 AU 1.017 q 1.3 AU - 32%*

Apollo a 1.0 AU q < 1.017 AU - 62%*

Aten a< 1.0 AU Q > 0.983 AU - 6%*

*) Bottke et al, 2004

Inner-Earth asteroids (Q<0.983 AU)

Potentially Hazardous Object - NEOs passing within

0.05 AU of Earth’s orbit. ~ 7.5 million km = 20 times the

distance to the Moon (~ 20% of all discovered NEOs)

Ноябрь 2008 г.:

Large Synoptic Survey Telescope (LSST),

стоимость $400 млн. Анды (h=2690 м) на

севере Чили. Каждые 15 сек - изображение

участка неба в 7 раз большего Луны.

Обозрение всего неба несколько раз за

неделю.

Bill Gates и Charles Simonyi - $30 million

Charles Simonyi - $20 million из своего Фонда

Bill Gates дает $10 million (личных)

Inner Solar System out to the orbit of Jupiter

Main-belt

asteroids are

shown in green.

Near-Earth

asteroids are

shown in red.

Trojan asteroids

are shown as

small blue dots.

Comets are

shown as blue

open squares.

Positions as of

2 May, 2007.

Current status of Apophis threat

Apophis now has 1-in-45,000 chance of passing thru a keyhole in 2029, then striking somewhere on path-of-risk on April 13, 2036

Radar tracking of Apophis over the next decade will very likely reduce the impact

probability to zero. In the unlikely event that it remains headed for a “keyhole” that

leads to an impact path, astronaut Ed Lu (while himself floating

weightless in the ISS) devised a clever “gravitational tractor” that

can gently pull an asteroid enough to avoid the keyhole, without

even touching the body.

Artwork by Dan Durda