Наши опасные соседи

Наши опасные соседи

Несколько лет назад президент США распорядился круто изменить национальную космическую программу с тем, чтобы отныне американские космические усилия были направлены не на планировавшееся ранее строительство лунной жилой станции, а на высадку астронавтов на какой-нибудь астероид. Такая высадка будет своего рода репетицией будущей высадки на Марс или, скорее, на один из спутников Марса. Таким образом, космическая программа человечества обогатилась еще одним интересным проектом. Но программа эта и без того не оставляет астероиды своим вниманием.

Вот, к примеру, в июне 2010 года японский космический зонд «Хаябуса» вернул на Землю, пролетая мимо нее, ампулу с материалом, собранным во время посадки на астероид Итокава. Сам зонд сгорел в атмосфере, оставив по себе эффектный фейерверк, но служебный долг выполнил, ампулу вернул, так что про него можно теперь по праву сказать «сгорел на работе». Но он и до того совершенно героически вел себя, этот «космический самурай». Семь долгих лет летел туда и обратно, но задачу свою выполнил, несмотря на многочисленные трудности. Представьте: вопреки тяжелым поломкам все-таки достиг цели и сел на поверхность астероида; потом, преодолев новые и, казалось, совсем уже непреодолимые препятствия, все-таки собрал пробу вещества и взлетел в обратный путь; а под конец, надолго замолчавший и сочтенный уже потерянным безвозвратно, все-таки вдруг отозвался и сообщил ученым, что приближается к матушке-Земле и вот-вот сбросит на нее ампулу с драгоценным грузом.

Однако при всем своем героизме, первым в деле изучения астероидов он все-таки не стал. Ибо первым – без всякого драматизма – коснулся поверхности астероида американский зонд «Near». Он еще в феврале 2001 года успешно опустился на довольно крупный астероид Эрос и даже передал некоторую информацию о нем. Но увы – через две недели замолчал и больше на зов Земли никогда уже не отзывался. Однако с тех пор многие другие космические зонды, – правда, запущенные к другим целям, но пролетавшие по пути мимо разных астероидов, – передавали на Землю их фотоснимки. О запущенной Европейским космическим агентством «Розетте» и американском зонде «Dawn», запущенном еще в 2007 году, благополучно пролетевшем мимо Марса и астероида Весты, а ныне летящем к другому астероиду, Церере, мы уже рассказывали (см. «З-С», № 7/13 и № 6/14).

А тем временем специалисты НАСА рассчитали, что первый полет людей на астероид, согласно руководящим указаниям президента Обамы, станет возможным уже в 2020 году, когда к Земле приблизится небольшой космический обломок, зарегистрированный в астрономических каталогах как 2009 OS5. Правда, диаметр этого обломка всего каких-нибудь 60 метров, так что астронавтам с их кораблем может оказаться там тесновато, но будем надеяться, что Обама им поможет.

Зачем, однако, они нужны человечеству, все эти пролеты, облеты, фотографии, высадки и вообще изучение астероидов и метеоритов? Ну, летают себе эти миллионы древних обломков по орбитам меж Марсом и Юпитером, – так и пусть себе летают, нет? Да, оказывается, нет. Астероиды могут немало поведать науке и помочь ей решить многие загадки. Вот, например, в одном из них были недавно обнаружены включения таких химических элементов, которые он мог заполучить только при взрыве неподалеку от него какой-нибудь сверхновой звезды. Это позволяет – или даже заставляет – думать, что одна такая звезда взорвалась вблизи того газопылевого облака, из которого некогда образовались Солнце, его планеты и астероиды с метеоритами в качестве неиспользованных остатков. Иными словами, изучение астероидов с метеоритами, прежде всего их химического состава, дает науке бесценные сведения об истории формирования Солнечной системы – потому, что только в астероидах эти сведения и сохранились. Их химический состав иногда включает даже аминокислоты – молекулы, из которых составлены белки, эта основа жизни, и некоторые ученые предполагают, что именно астероиды могли занести на Землю первичные кирпичики жизни. Ну, и потом астероиды интересны науке также сами по себе. Конечно, планеты куда больше и интересней, но и у этих малюток есть своя жизнь, и порой весьма любопытная. Это не просто мертвые куски камня – у них есть своя динамика и своя способность развиваться. И даже – вы не поверите – способность «размножаться»! Да, астероиды могут рождать новые астероиды. Такую гипотезу высказал несколько лет назад американский ученый Даниэль Ширез, и о ней стоит рассказать чуть подробнее.

Дело в том, что подавляющее большинство астероидов (а в промежутке между Юпитером и Марсом, и в околоземном и еще более близком к Солнцу пространстве их число составляет, можно думать, миллионы) – это не те сплошные каменные громадины, какими мы их себе обычно представляем, а скопления не очень больших (размером от метров до сантиметров) камней, удерживаемых вместе гравитационным притяжением. Расчеты Ширеза показали, что такие скопления, если они имеют размер не больше 10 километров в поперечнике, под воздействием солнечных лучей неизбежно претерпевают так называемое центробежное расщепление, а именно: поглощая солнечное тепло с одной стороны и переизлучая его с другой, они постепенно приходят в медленное вращение, которое за миллионы лет может ускориться настолько, что гравитация уже не может удержать внешнюю, слишком быстро вращающуюся часть камней, и они отрываются. Происходит что-то вроде деления клетки, и возникает пара астероидов. Поначалу они держатся рядом, обращаясь вокруг общего центра, который движется вокруг Солнца по прежней орбите. Но если второй астероид достаточно мал, он постепенно удаляется от первого, и тогда они начинают обращаться вокруг Солнца по несколько разным орбитам, лишь изредка сближаясь снова в пространстве. По расчетам Ширеза, это происходит, если масса малого астероида составляет меньше 60% массы большого.

Заинтересовавшись этой гипотезой, астрономы решили ее проверить и действительно обнаружили несколько таких астероидов, которые порой сближались друг с другом. Тогда решено было провести тщательное изучение таких пар. В этом исследовании приняли участие астрономы из Колорадского университета Булдер в США, ведущие специалисты по астероидам из Чехии, Израиля и другие, в общей сложности 26 ученых из 7 стран. Главные наблюдения проводились на телескопе обсерватории Тель-Авивского университета и чилийском телескопе в Ла-Силья. Изучив яркость астероидов в 35 «парах Ширеза» и определив отсюда их размеры и относительную скорость, ученые нашли полное совпадение отношения масс с предсказаниями гипотезы Ширеза, о чем и сообщили в совместной статье, опубликованной в журнале Nature. «Это исследование позволяет провести прямую связь между вращением астероидов и их распадом, тем самым доказывая, что астероиды не являются статичными, монолитными телами», – так комментировали в ней этот результат. Сам же Ширез выразительно сказал: «Это, вероятно, самое наглядное экспериментальное подтверждение того, что астероиды – это маленькие живые мирки, которые непрерывно меняются по мере старения, порой порождая новые астероиды поменьше, которые затем начинают свою собственную жизнь на собственной орбите вокруг Солнца».

Все это, несомненно, очень интересно и мило, и оставалось бы таким, когда бы астероиды ограничивались своей собственной жизнью, этим вращением-размножением-обращением, – но беда в том, что они очень любят «заглядывать в гости» к своим большим родственникам, планетам, и тогда – беда. Все мы об этом знаем: кто же не помнит о Тунгусском метеорите или об астероиде, который, как считают некоторые ученые, погубил динозавров? А ведь бывало и хуже. Достаточно посмотреть на снимки поверхности Марса или Луны – они буквально испещрены кратерами, свидетельствующими об очень давней, весьма длительной и крайне интенсивной метеоритной бомбардировке. Но метеориты с астероидами забирались и куда ближе к Солнцу: на самой близкой к нашему светилу и самой маленькой из планет, на Меркурии, открыт один из самых больших в Солнечной системе метеоритных кратеров – Калорис диаметром в 1550 километров! И больше того: некоторые геофизические особенности Меркурия наводят ученых на мысль, что в далекой молодости эта планета испытала удар еще большей громадины – астероида диаметром в несколько сот километров, который разом «смел» с Меркурия добрую треть его массы! На одной только Венере этих следов метеоритного «гостевания» нет, но ученые думают, что их попросту затянула недавняя сильнейшая подвижка геологических слоев на этой планете. Вот ведь и на Земле подавляющую часть древних кратеров тоже закрыла тектоника – последующее перемещение континентальных плит.

А следы эти были. Кратеры Марса, Луны и Меркурия неопровержимо свидетельствуют о том, что в процессе планетообразования, на ранних его этапах, все «внутренние» планеты (от Марса и ближе, включая Землю) подверглись длительной и тяжелой метеоритной бомбардировке, начавшейся примерно 4,1 миллиарда лет назад и кончившейся примерно 3,8 миллиардов лет назад. Поначалу к этим датам привели исследования примет «ударного плавления» в древнейших скалах на Земле: времена появления таких примет всюду, где они обнаруживались, поразительно точно сходились к одной и той же эпохе. А совсем недавно появились новые данные того же рода: анализ тщательно исследованных лунных кратеров показал, что эти образования четко распадаются на две группы. Все самые большие и глубокие лунные кратеры покрыты мелкими следами более поздних ударов, причем время перехода от ранней, тяжелой и интенсивной бомбардировки к более поздней, эпизодической и слабой, тоже имеет возраст 3,8 миллиардов лет.

Таким образом, факт продолжавшегося почти 300 миллионов лет подряд вторжения огромного числа метеоритов и астероидов во внутреннее пространство Солнечной системы можно считать надежно подтвержденным, вопрос только в том, какие причины привели к этому. Самое вероятное и подкрепленное строгими расчетами объяснение этой загадки дала новая, недавно предложенная теория образования планет, известная под названием «модель Ниццы» (см. следующую статью).

Несомненно, невероятно длительная и интенсивная метеоритная бомбардировка должна была весьма основательно искорежить поверхность внутренних планет, что уж говорить о живых существах. Правда, некоторые ученые считают, что специфические простейшие микроорганизмы (если они к тому времени уже возникли на Земле) могли выжить и в таких условиях. Вот ведь, в 2009 году шотландские геологи нашли микроорганизмы, живущие даже внутри тлеющего вулкана. Но господствующее мнение сводится к тому, что жизнь на Земле зародилась лишь после окончания интенсивной бомбардировки, то есть не раньше, чем 3,8 миллиарда лет назад (что, понятно, не исключает отмеченной возможности, что первые «семена жизни» этими же метеоритами и были занесены). В любом случае, более или менее сложные живые организмы пережить такую бомбардировку, конечно, не могли. Для них даже удар одного астероида может оказаться совершенно губительным.

И вот этому подтверждение. Тот знаменитый астероид (или метеорит), удар которого произошел 65 миллионов лет назад, имел, как считается, около 10 километров в поперечнике. И в марте 2010 года, подводя итоги 30-летних исследований этого удара, группа ученых в журнале Nature представила нам на обозрение полную картину вызванных им разрушений. Причем картина эта – не плод богатого воображения, а результат строгих расчетов, основанных на расположении вещества, выброшенного ударом из кратера Чикскулуб, на следах ударного плавления скал в разных местах Земли и на многих других «вещественных доказательствах». Как утверждают авторы, удар, который мог образовать кратер размером с Чикскулубский, должен был вызвать землетрясения силой 11 баллов (!), обрушить все побережье в этом районе и вызвать огромные цунами на берегах всех окружающих океанов. Вдобавок, он должен был выбросить чудовищное облако углеродных и сульфидных частиц со скоростями в несколько километров в секунду. Вхождение этих частиц обратно в атмосферу, как показывают расчеты, должно было породить глобальную тепловую вспышку, и хотя она продолжалась всего несколько минут и вряд ли могла зажечь все леса, но ее интенсивность была так велика, что этот мгновенный «ожог» был смертельным для всех наземных животных и большой части растительности. Суммарное воздействие ударного выделения огромных масс воды, пыли, углекислых и сернистых газов должно было оказать драматическое влияние на климат. Обилие субмиллиметровых частиц пыли и сажи, а также выброс примерно 500 гигатонн серы, образующей аэрозоли, поглощающие солнечную радиацию, должно было на долгие десятилетия понизить среднюю глобальную температуру на 10 и более градусов. Все это, вместе взятое, не могло не вызвать биологическую катастрофу беспрецедентных в истории планеты масштабов.

Разумеется, сегодня вероятность столкновения Земли с астероидом таких размеров несравненно меньше, чем во времена интенсивной метеоритной бомбардировки, но она не равна нулю. И не очень-то снижает эту опасность то обстоятельство, что большинство астероидов, как мы говорили выше, представляют собой не один огромный камень, а облако камней поменьше. Столкновение Земли со скоплением камней протяженностью в 10 километров означает лишь, что планета испытает не один чудовищный удар, а десятки или сотни ударов поменьше от столкновения с камнями весом в тысячи, десятки тысяч или сотни тысяч тонн каждый. Этакая интенсивная метеоритная бомбардировка в миниатюре – но с отнюдь не «миниатюрными» последствиями для земной жизни.

Такая смертельная угроза, повторим для спокойствия, маловероятна, но, ради истины повторим – не исключена. Однако угрозы поменьше буквально рядом. Сегодня все эти угрозы объединили под названием «околоземные объекты», и сюда входят все достаточно большие (то есть размером от десятков метров и больше) метеориты, кометы и астероиды, орбиты которых, хотя бы частично, проходят в поясе между 0,983 и 1,3 астрономической единицы, в котором лежит орбита нашей Земли. Иными словами, это те небесные тела, которые имеют тот или иной шанс столкнуться с Землей. К счастью, эта угроза давно осознана не только учеными, но и правительствами, и потому за всеми такими небесными телами ведется сегодня непрерывное и тщательное слежение (см. подробнее Главную тему № 12/13). Все это требует, понятно, точнейшего расчета орбиты на многие столетия вперед. А это дело непростое, потому что такой расчет требует не просто знания законов небесной механики, но и учета многих тонких физических сложностей. Взять, например, «эффект Ярковского»[1]. Оказывается, некоторые особенности воздействия солнечной радиации на вращающееся тело в конечном счете приводят к постепенному (за многие десятилетия или даже столетия) изменению орбиты малых (размером до 10 километров) астероидов и метеоритов. И хотя это изменение невелико, но за столетия оно может привести астероид, считавшийся безопасным, к столкновению с Землей, которого одни лишь законы небесной механики предсказать не могут. И таких сложностей в расчетах метеоритной угрозы много. Так что работы у астрономов и их компьютеров – невпроворот.

Выявление новых околоземных объектов идет, однако, быстрее, чем точный расчет их орбит, а это ведет к неизбежному преувеличению степени угрозы: всякий новооткрытый объект, орбита которого – в первом приближении – кажется опасной, тотчас зачисляется в «угрожающие», пока не будет доказано обратное.

А угрозы нужно предотвращать, ни одно правительство не может рисковать жизнью своих граждан. Но все предложенные на сей день способы  предотвращения метеоритно-астероидных угроз требуют больших расходов. Впрочем, сейчас предложены новые методы своевременного выявления околоземных объектов (например, запуск специального телескопа на орбиту Венеры, где у него будет лучший обзор), которые, как будто, позволяют уже по первым наблюдениям много точнее определять их орбиты, но реализация этих методов тоже требует дополнительных расходов (недавно НАСА запросила на этот проект около 300 миллионов долларов), и американское правительство уже призывает руководство других стран побыстрее включиться в новую программу.

Ну, что ж, будем надеяться, что мало-помалу Земля все-таки организуется на защиту от незваных космических гостей.


[1] Этот эффект был открыт русским инженером Ярковским еще в 1902 году, но позднее прочно забыт. Лишь десятилетия спустя о нем вспомнил эстонский астроном Опик, читавший статью Ярковского еще в школе. Эффект вызван тем, что вращающееся тело, которое все время освещается Солнцем, вечером и ранней ночью теплее, чем на рассвете и утром, а потому с его вечерней стороны излучается больше тепла (фотонов), чем с рассветной. «Лишние» фотоны уносят с собой чуть больший вращательный момент, и это приводит к появлению небольшой силы, ускоряющей или тормозящей движение тела по орбите (знак силы зависит от направления вращения). Эллипс орбиты удлиняется или укорачивается, и все ее параметры постепенно меняются. Забавно, что Опик вспомнил прочитанную в детстве статью Ярковского, размышляя над тем, как изменять орбиты угрожающих Земле метеоритов. Воспоминание натолкнуло его на предложение высаживаться на таких метеоритах и красить одну их сторону черной краской – для усиления эффекта Ярковского.