Космическая движуха

Как сообщил первый заместитель директора института доктор физико-математических наук Сергей Олемской, лидар построят на территории обсерватории ИСЗФ на Малом море, в местности Харикта.

— С помощью лидара проводятся исследования состояния и состава атмосферы в широком диапазоне высот – от 10 до 100 км, — отметил Сергей Олемской. — Различные методы зондирования, применяемые на лидаре, совместно с данными, полученными на комплексе оптических инструментов Геофизической обсерватории (введен в эксплуатацию в 2022 году) позволят получить информацию о гелиогеофизических процессах и явлениях, протекающих в этом интервале высот.

По словам ученого, эта информация дает представление о влиянии солнечной активности на атмосферу, о состоянии магнитосферы, стратосферных потеплениях, гравитационных и планетарных волнах, вулканогенной и сейсмической деятельности. Лидар планируется ввести в эксплуатацию в 2030 году.

Научный руководитель института академик РАН Гелий Жеребцов рассказал, что еще один инструмент НГК РАН – нагревный стенд — построят под Ангарском, в Одинске:

— Цель создания этого уникального научного объекта – фундаментальные исследования физических процессов в системе Земля – ионосфера. Управляемое воздействие на ионосферу откроет принципиально новую возможность проведения контролируемых научных экспериментов, позволяющих более глубоко изучить свойства ионосферы и верхней атмосферы, а также их связь с литосферой.

Исследования по взаимодействию мощных радиоволн с ионосферной плазмой составляют обширный и интенсивно развивающийся раздел физики верхней атмосферы. Объект планируют ввести в эксплуатацию в 2030 году.

Гелий Жеребцов подчеркнул, что нагревный стенд совместно с системой радаров (она сейчас проектируется) сформируют основной кластер инструментов, который станет наиболее крупной, сложной и многофункциональной информационной системой, предназначенной для решения проблем физики ионосферы и атмосферы, управляемого воздействия на ионосферу мощными радиоволнами и изучения влияния физических процессов в околоземном космическом пространстве на технологические системы.

Справка:

Первый этап проекта НГК РАН включал в себя строительство комплекса оптических инструментов в поселке Торы (Бурятия), многоволнового радиогелиографа в поселке Бадары (Бурятия) и проектирование крупного солнечного телескопа-коронографа с диаметром зеркала три метра (положительное заключение Главгосэкспертизы России получено, как и положительное заключение по инженерным изысканиям для ведения строительных работ).

Вторая очередь проекта НГК РАН включает строительство лидара и комплекса радаров на Малом море (местность Харикта), нагревного стенда под Ангарском (Одинск) и центра обработки данных (Иркутск). В конце 2024 года ИСЗФ СО РАН получил положительное заключение Главгосэкспертизы по инженерным изысканиям для строительства Центра управления

Научным руководителем НГК РАН является академик РАН Гелий Жеребцов, финансирование проекта осуществляет Министерство науки и высшего образования РФ, заказчик (застройщик) — Институт солнечно-земной физики СО РАН. Проектирование объектов и строительство выполняет ИСЗФ с привлечением Особого конструкторского подразделения «АРС».

Иллюстрация космического аппарата DART НАСА с изображениями астероидов Дидим (слева) и Дидим (справа), полученными с помощью DART. Считается, что астероиды-обломки, такие как Дидим, удерживаются вместе очень слабыми силами и в основном гравитацией, поэтому их легче разрушить, чем один большой камень. Источник: НАСА/Лаборатория реактивного движения имени Джонса Хопкинса/Джошуа Диас

Астероид, обнаруженный в конце прошлого года, продолжает вызывать общественный интерес, поскольку вероятность его столкновения с Землёй менее чем через восемь лет продолжает расти.

Две недели назад, когда Ars впервые написала об астероиде 2024 YR4, Центр изучения околоземных объектов НАСА оценил вероятность столкновения с Землёй в 2032 году в 1,9 процента. Согласно последней оценке НАСА, вероятность столкновения увеличилась до 3,2 процента. Это не очень много, но и не ноль.

Естественно, перспектива столкновения с планетой большого каменного шара диаметром в десятки метров вызывает некоторое беспокойство. Он достаточно велик, чтобы вызвать локальные разрушения в месте падения, вероятно, сравнимые с Тунгусским событием 1908 года, когда в отдалённой Сибири было уничтожено около 500 квадратных миль (1287 квадратных километров) леса.

Чтобы понять, почему прогнозы НАСА меняются и стоит ли нам беспокоиться о 2024 YR4, Ars связался с Робином Джорджем Эндрюсом, автором недавно опубликованной книги «Как уничтожить астероид». Удачное время для публикации, не так ли?

Ars: Почему увеличиваются шансы на удар?

Робин Джордж Эндрюс: Орбита астероида на данный момент известна не очень точно, так как у нас есть лишь ограниченное количество наблюдений за ним с помощью телескопов. Однако, несмотря на то, что астероид удаляется от Земли, некоторые телескопы всё ещё могут наблюдать за ним и расширять наши знания об орбите астероида вокруг Солнца. За последние несколько недель шансы колебались в обе стороны, но в целом они выросли. Это связано с тем, что неопределённость астрономов в отношении истинной орбиты Земли уменьшилась, но Земля ещё не полностью вышла из этой зоны неопределённости. В рамках оставшейся неопределённости Земля занимает больше места, поэтому на данный момент её шансы растут.

Представьте, что это луч света, исходящий от передней части астероида. Этот луч света уменьшается по мере того, как мы лучше изучаем его орбиту, но если Земля ещё не вышла из этого луча, она занимает пропорционально больше места. Таким образом, на какое-то время вероятность столкновения с астероидом возрастает. Очень вероятно, что при достаточном количестве наблюдений Земля в конце концов выйдет из этого уменьшающегося луча света, и вероятность столкновения внезапно снизится до нуля. Альтернативный вариант, конечно, заключается в том, что они вырастут почти до 100 процентов.

Ars: Что мы узнаём о разрушительном потенциале астероида?

Эндрюс: Ущерб, который он может нанести, будет локализован на территории размером примерно с город, так что, если он упадёт в океан или в бескрайнюю пустыню, ничего не произойдёт. Но при прямом попадании он может разрушить город или большую его часть.

Ключевым фактором здесь (если бы вам нужно было выбрать один) является масса астероида. Каждый раз, когда астероид становится в два раза длиннее (при условии, что он примерно сферический), он приобретает в 8 раз больше кинетической энергии. Таким образом, если астероид находится в нижней части предполагаемого диапазона размеров — 40 метров, — то это будет похоже на взрыв небольшой ядерной бомбы в небе. При таком размере, если он не очень богат железом, он не переживёт падение в атмосферу и взорвётся в воздухе. Сразу после взрыва будут нанесены серьёзные повреждения конструкции, а на расстоянии десятков километров — незначительные или умеренные повреждения конструкции. 90-метровый астероид, независимо от того, упадёт он на землю или нет, будет более чем в 10 раз мощнее крупного ядерного взрыва. Крупный город будет серьёзно повреждён, а территория под взрывом будет уничтожена.

Ars: Есть ли у нас представление о том, где астероид может столкнуться с Землёй?

Эндрюс: «Коридор риска» в настоящее время простирается на части восточной части Тихого океана, северной части Южной Америки, Атлантического океана, части Африки, Аравийского моря и Южной Азии. Дополнительные наблюдения в конечном итоге сузят этот коридор, если воздействие останется возможным.

Ars: Каких ключевых наблюдений мы всё ещё ждём, которые могли бы прояснить ситуацию с угрозой?

Эндрюс: Большинство телескопов потеряют из виду этот «маленький» астероид в ближайшие недели. Но космический телескоп «Джеймс Уэбб» сможет отслеживать его до мая. Впервые он был задействован в целях планетарной защиты, в основном потому, что его инфракрасный «глаз» позволяет отслеживать астероид на большем расстоянии, чем оптические телескопы. JWST не только улучшит наше понимание его орбиты, но и позволит определить его размер. Первые наблюдения должны появиться к концу марта.

JWST может исключить вероятность столкновения в 2032 году. Но есть вероятность, что мы будем иметь дело с вероятностью столкновения в несколько процентов до 2028 года, когда астероид в следующий раз пролетит мимо Земли. Если так, то это немного неловко.

Ars: миссия NASA DART успешно изменила орбиту астероида в 2022 году. Можно ли использовать эту технологию?

Эндрюс: Не обязательно. DART — тип космического аппарата, называемый кинетическим ударником, — имел большой успех. Но он всё равно лишь немного изменил орбиту Диморфоса. В идеале нужно знать о приближении астероида за много лет до столкновения, чтобы отклонить его с помощью чего-то вроде DART и убедиться, что астероид не столкнётся с Землёй. Мне часто говорили, что лучше всего отклонять астероид размером с город как минимум за 10 лет до столкновения, чтобы быть уверенным, что он не столкнётся с Землёй. Это не значит, что отклонение невозможно; просто сделать это становится сложнее. Вы не можете просто ударить по нему огромным космическим кораблём, потому что он может разлететься на несколько частей, которые всё равно будут представлять опасность. Если вы ударите по нему слишком слабо, он всё равно упадёт на Землю, но не там, где должен был упасть изначально. Здесь нужно быть очень осторожным.

Некоторые довольно умные учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (в которой есть превосходный отряд планетарной обороны) подсчитали, что для 90-метрового астероида потребуется 10 лет, чтобы уверенно отклонить его с помощью кинетического ударника и предотвратить столкновение с Землёй. Итак, чтобы отклонить YR4 2024 года, если его длина составляет 90 метров, а у нас есть всего несколько лет, нам, вероятно, понадобится космический аппарат большего размера (но не сломайте его!) или несколько кинетических отражателей, чтобы отклонить его (но каждый из них должен работать идеально).

Восемь лет до столкновения — это немного. Не исключено, что будет принято решение использовать ядерное оружие, чтобы отклонить его; это может быть очень неудобно с геополитической точки зрения, но ядерный взрыв обеспечит большее отклонение, чем аналогичный космический аппарат, подобный DART. Или, может быть, они решат попытаться испарить астероид с помощью чего-то вроде ядерной бомбы мощностью 1 мегатонна, которая, по словам LLNL, сработает с астероидом такого размера.

Ars: Значит, уже поздно планировать миссию по оказанию влияния?

Эндрюс: Это не идеальная ситуация. И человечество никогда не пыталось по-настоящему предотвратить столкновение с астероидом. Я предполагаю, что если 2024 год станет согласованной чрезвычайной ситуацией, то команда DART (в основном JHUAPL + NASA) объединит усилия со SpaceX (и другими космическими агентствами, в частности ESA, но, вероятно, и с другими), чтобы быстро создать кинетический ударный аппарат (или аппараты) нужной массы и подготовиться к попытке отклонения астероида ближе к 2028 году, когда он в следующий раз пролетит мимо Земли. Но да, восемь лет — это не так уж много.

Отклонение может сработать! Но это будет не так просто, как просто сильно ударить по астероиду в 2028 году.

Ars: Насколько важно НАСА для планетарной обороны?

Эндрюс: Планетарная защита — это вопрос международной безопасности. Но прямо сейчас НАСА (и Америка, как следствие) находится в авангарде. Его защитники планеты — это стражи на стене, люди, которые несут наибольшую ответственность не только за то, чтобы находить потенциально опасные астероиды до того, как они найдут нас, но и за то, чтобы разрабатывать и внедрять технологии для предотвращения любых столкновений. Америка — единственная страна, у которой (на данный момент!) есть хорошо финансируемая программа по поиску околоземных объектов, и единственная страна, которая испытала технологию планетарной защиты. В кино клише, что Америка — единственная страна, способная спасти мир от космических угроз. Но пока что — даже с учётом потрясающего вклада ESA и JAXA в миссию по планетарной защите — это клише остаётся абсолютно верным.

Эрик Бергер — старший космический редактор Ars Technica, освещающий все, от астрономии до частного космоса и политики НАСА, а также автор двух книг: «Взлёт»

о становлении SpaceX и «Возвращение» о разработке ракеты Falcon 9 и корабля Dragon. Эрик — сертифицированный метеоролог, живущий в Хьюстоне