Околоземные астероиды. астероиды аааа

(Астрономия@Science_Newworld).

Неожиданное небольшое число астероидов в околоземном космосе объясняется тем, что солнце постоянно "Перемалывает" приближающиеся к нему астероиды, превращая их в набор мелких частиц, в последствии формирующих яркие метеорные потоки в ночном небе земли, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Открытие Того, что Астероиды Разрушаются при Слишком Тесном Сближении с Солнцем, Было Настолько Удивительным для нас, что мы Провели Очень Долгое Время, Проверяя и Перепроверяя Наши Расчеты", - заявил Роберт йедике (Robert Jedicke) из университета гавайских островов в Гонолулу (США.

Йедике и его коллеги пришли к такому выводу, сопоставляя карты астероидов, составленные по данным из каталога околоземных объектов, собранные в рамках проекта Catalina Sky Survey, с тем, что предсказывают модели устройства солнечной системы.

Как показало это сравнение, число известных нам околоземных и околосолнечных астероидов является чрезмерно малым - на самом деле, если верить компьютерным моделям внутренней части солнечной системы, их должно быть примерно в 10 раз больше.

Пытаясь объяснить эту таинственную пропажу астероидов, ученые проследили за движением нескольких околоземных небесных тел по орбитам в этой модели, пытаясь раскрыть орбитальные механизмы, которые бы "Катапультировали" лишние малые планеты из окрестностей орбит Меркурия, земли и Венеры, или каким-то другим образом очищали эту часть солнечной системы от "небесных камней".

Эти расчеты привели к неожиданным результатам - оказалось, что главным "Чистильщиком" внутренних регионов солнечной системы выступает само солнце, периодически разрушающее астероиды, подлетающие к нему на расстояние ближе, чем в 10-15 радиусов светила.

До этого ученые считали, что солнце не способно прогреть астероиды, сближающиеся с ним, до достаточно высоких температур, которые бы привели к их испарению или каким-то другим формам разрушения. Как выяснили йедике и его коллеги, разрушение астероидов идет иным путем, суть которого еще предстоит прояснить.

По мнению самих астрономов, этот процесс может происходить следующим образом: когда астероид приближается к солнцу, его поверхность может начинать покрываться трещинами и раскалываться на небольшие сегменты, пылинки из которых "Выбиваются" и уносятся солнечным ветром и фотонами света.

Другой вариант распада этих астероидов заключается в том, что испарение газов внутри них и давление света может заставить их раскрутиться до очень высоких скоростей, в результате чего небесное тело просто дезинтегрируется на мелкие фрагменты под действием центробежных сил. В пользу этого говорит существование различных метеорных потоков вокруг солнца, которые периодически освещают ночное небо земли в определенные дни и недели года.

С другой стороны, как показывают данные с телескопа Wise, процесс распада астероидов с разной яркостью поверхности будет отличаться, как по механизму, так и по расстоянию, на котором он происходит - к примеру, более темные небесные тела должны разваливаться раньше, чем более светлые, что говорит в пользу первого сценария. В любом случае, и тот и другой вариант распада показывают, что жизнь околоземного астероида скоротечна - в среднем, он должен прожить не более 250 лет.

Увидеть подобный распад, как считают ученые, мы сможем очень скоро - астероид 2006 Hy51 сегодня очень близко подлетает к солнцу, сближаясь на расстояние в 17 радиусов светила. Другой жертвой солнца может стать крупный пятикилометровый околоземный астероид фаэтон, подлетающий всего на 20 миллионов километров к солнцу, на поверхности которого планетологи недавно нашли следы разрушений. Йедике и его коллеги планируют в ближайшее время вести наблюдения за этими объектами, проверяя свои выкладки.

Не совсем тематическая для меня статья, но мне показалось интересным рассказать про астероидную опасность. В принципе, это заезженная тема, но в последние годы постепенно обретает другое содержание, поэтому, думаю, будет интересно.

Импакт

Моделирование атмосферного взрыва Тунгусского метеорита . Современные оценки дают мощность этого импакта в 5..15 мегатонн.

Импактом называется попадание астероида (в принципе любого размера) в Землю, с последующим выделением кинетической его энергии в атмосфере или на поверхности. Чем мельче импакт по энергии, тем чаще он происходит. Энергия импакта является хорошим способом определить опасно ли космическое тело для земли или нет. Первый такой порог - это где-то 100 килотонн тротилового эквивалента энерговыделения, когда прилетающий астероид (который по входу в атмосферу начинает именоваться метеоритом) перестает ограничиваться попаданием в ютьюб, а начинает приносить беды. Хорошим примером такого порогового события является челябинский метеорит 2014 года - небольшое тело характерными размерами 15...20 метров и массой ~10 тысяч тонн своей ударной волной нанесло повреждений на миллиард рублей и поранило ~300 человек.

Однако челябинский метеорит целился очень хорошо, да и в целом не особо нарушил жизнь даже Челябинска, не говоря уже о всей Земле. Вероятность случайного попадания в густонаселенную территорию при столкновении с нашей планетой составляет порядка нескольких процентов, поэтому реальный порог опасных объектов начинается с мощности в 1000 раз больше - порядка сотен мегатонн, характерной энергии импакта для тел калибра 140-170 метров.

В отличие от ядерного оружия, энерговыделение метеоритов более размазано в пространстве и времени, поэтому слегка менее смертоностно. На фото - взрыв ядерной установки Ivy Mike, 10 мегатонн.

Такой метеор имеет радиус поражения в сотню километров, и удачно приземлившись, может прекратить многие миллионы жизней. Разумеется в космосе есть камни и побольше размером - 500 метровый астероид устроит региональную катастрофу, затронув местность в тысячах километров от места своего падения, полуторакилометровому под силу стереть жизнь с четверти поверхности планеты, а 10 километровый устроит новое массовое вымирание и точно уничтожит цивилизацию.

Теперь, когда мы откалибровали уровень Армагеддона от размера, можно перейти к науке.

Околоземные астероиды

Расчет вероятной частоты импактов в зависимости от энергии. По вертикальной оси частота «случаев в год», по горизонтальной - мощность импакта в килотоннах. Горизонтальные полоски - допуски на величину. Красные отметки - наблюдения реальных импактов с ошибкой.

Однако качественный и количественный рост приводит к быстрому росту количества обнаруженных околоземных объектов. Появление в 90х ПЗС матриц на телескопах (которые подняли их чувствительность на 1-1,5 порядка) и одновременно автоматических алгоритмов обработки изображений ночного неба привело к росту темпа обнаружения астероидов (в т.ч. околоземных) на два порядка на рубеже веков.

В 1998-1999 в строй вступает проект LINEAR - два телескопа-робота апертурой всего в 1 метр, снабженные всего 5-мегапиксельной (позже вы поймете, откуда “всего”) матрицей, с задачей обнаружений как можно большего количества астероидов и комет, в т.ч. околоземных. Это был не первый проект подобной направленности (на пару лет раньше был еще достаточно успешный NEAT), но первый, специально спроектированный для этой задачи. Телескоп отличали следующие особенности, которые затем станут стандартом:

• Специальная астрономическая матрица ПЗС, с обратной засветкой пикселя, увеличившая ее квантовую эффективность (количество зарегистрированных падающих фотонов) до почти до 100%, против 30% у стандартных не астрономических.
• Широкоугольный телескоп, позволяющих за ночь снимать очень большую поверхность неба.
• Частный каденс - телескоп за ночь 5 раз фотографировал один и тот же участок неба с разрывом в 28 минут и повторял эту процедуру через две недели. Экспозиция кадра при этом составляла всего 10 секунд, после чего телескоп переходил на следующее поле.
• Специальные алгоритмы, которые вычитали из кадра звезды по каталогу (это было новшество) и искали движущиеся группы пикселей с определенными угловыми скоростями.

LINEAR станет звездой первой величины астероидного поиска, обнаружив за 12 следующих лет 230 тысяч астероидов и в том числе 2300 пересекающих орбиту Земли. Благодаря еще одному проекту MPC (Minor Planet Center) информация по найденным кандидатам в астероиды распространяется по разным обсерваториям для доп измерений орбит. В 2000-х в строй вступает похожий автоматизированный обзор неба Catalina (который будет больше нацелен на поиск именно околоземных объектов, и будет находить их сотнями в год).

Количество обнаруженных разными проектами околоземных астероидов по годам

Постепенно оценки вероятности Армагеддона вообще начинают уступать оценкам вероятности смерти от конкретного астероида. Среди сначала сотен, а затем тысяч околоземных астероидов выделяется примерно 10% чьи орбиты проходят ближе 0,05 астрономических единиц от орбиты Земли (примерно 7,5 млн км), при этом размер астероида должен превышать размер 100-150 метров (абсолютную звездную величину тела солнечной системы H>22).

В конце 2004 НАСА рассказало миру о том, что обнаруженный в начале года астероид Апофис 99942 с вероятностью 1 к 233 попадет в Землю в 2029 году. Астероид, по современным измерениям имеет диаметр около 330 метров и оценочную массу в 40 миллионов тонн, что дает примерно 800 мегатонн энергии взрыва.

Радарное изображение астероида Апофис. Измерение траектории радаром в обсерватории Аресибо позволило уточнить орбиту и исключить вероятность столкновения с Землей.

Вероятность

Иллюстрация того, как сжималась трубка возможных орбит астероида Апофис в моменте возможного столкновения по мере уточнения параметров орбиты. В итоге Земля оказалась не затронута.

Еще одна интересная иллюстрация по Апофису - рассчет возможных точек столкновения (с учетом неопределенности) для столкновения в 2036 году. Видно, кстати, что траектория проходила рядом с местом падения Тунгусского метеорита.

Кстати, для быстрой оценки сравнительной опасности околоземных астероидов было разработано две шкалы - простая Туринская и более сложная Палермская . Туринская просто перемножает вероятность столкновения и размер оцениваемого тела, назначая ему значение от 0 до 10 (так, Апофис на пике вероятности столкновения имел 4 балла), а Палермская вычисляет логарифм соотношения вероятности импакта конкретного тела с фоновой вероятностью импакта такой энергии от сегодня до момента возможного столкновения.

При этом положительные значения по Палермской шкале означают, что одно единственное тело становиться более значимым потенциальным источником катастрофы, чем все остальные - открытые и неоткрытые вместе взятые. Еще один важный момент Палермской шкалы - это применяемая свертка вероятности импакта и его энергии, дающие довольно контринтуитивную кривую степени риска от размера астероида - да, 100 метровые камни вроде не способны причинять значимый ущерб, но их много и выпадают они относительно часто, в целом неся большее количество потенциальных жертв, чем 1,5 километровые “убийцы цивилизаций”.

Однако вернемся к истории обнаружения околоземных астероидов и средин них потенциально опасных объектов. В 2010 году в строй вступил первый телескоп системы Pan-STARRS, с сверхширокопольным телескопом апертурой 1,8 метра, оборудованный матрицей в 1400 мегапикселей!

Фотография галактики Андромеда с телескопа Pan-STARRS 1, позволяющая оценить его широкоугольность. Для сравнения в поле врисована полная луна и цветными квадратиками - «обычное» поле зрения больших астрономических телескопов.

В отличие от LINEAR он делает 30 секундные снимки с глубиной обзора в 22 зв. величины (т.е. мог обнаружить астероид размером 100-150 метров на расстоянии в 1 астрономическую единицу, против километрового предела на таком расстоянии для LINEAR), а высокопроизводительный сервер (1480 ядер и 2,5 петабайта жестких дисков) превращает снятые каждую ночь 10 терабайт в список транзиентных явлений. Тут надо отметить, что основное предназначение Pan-STARRS не поиск околоземных объектов, а звездная и галактическая астрономия - поиск изменений на небе, например далеких сверхновых, или катастрофических событий в тесных двойных системах. Однако в этом телескопе-бредне за год обнаруживались и сотни новых околоземных астероидов.

Серверная Pan-STARRS. Вообще говоря, фото аж 2012 года, сегодня проект довольно сильно расширился, добавлен второй телескоп, строится еще два.

Необходимо упомянуть и еще одну миссию - космический телескоп НАСА WISE и его продление NEOWISE. Этот аппарат делал снимки в далеком инфракрасном диапазоне, обнаруживая астероиды по их ИК свечению. Вообще говоря, изначально он был нацелен на поиск астероидов за орбитой Нептуна - объектов пояса Койпера, рассеянного диска и коричневых карликов, но в миссии-продлении, после того, как в телескопе закончился хладагент, и его температура стала слишком велика для первоначальной задачи, этим телескопом было найдено порядка 200 околоземных тел.

В итоге, за последние 30 лет количество известных околоземных астероидов выросло с ~50 до 15000. Из них на сегодня 1763 занесены в список потенциально опасных объектов, из которых ни один не имеет оценок больше 0 по Туринской и Палермской шкалам.

Много астероидов

Здесь на картинке закрашенным изображены известные околоземные астероиды (не только опасные объекты), контурами - оценка существующих, но пока не найденных. Ситуация на 2012 год.

Сейчас оценки доли обнаруженных астероидов делаются через модельный синтез популяции и расчет видимости тел этой популяции с Земли. Такой подход позволяет хорошо оценить долю обнаруженных тел не только через экстраполяцию функции «размер-количество тел», но и с учетом видимости.

Здесь в таблице размеры астероидов приведены в единицах H - абсолютных звездных величин для объектов солнечной системы. Грубый пересчет в размеры производится по этой формуле и из него можно сделать вывод, что нам известно больше 90% околоземных объектов размером больше 500 метров и примерно половина размером с Апофис. Для тел от 100 до 150 метров известно всего около 35%.

Однако, можно вспомнить, что жалких 30 лет назад известно было около 0,1% опасных объектов, так что прогресс впечатляет.

Однако это не конец истории. Сегодня в Чили сооружается телескоп LSST - еще один обзорный телескоп-монстр, который будет вооружен 8 метровой оптикой и 3,2 гигапиксельной камерой. За несколько лет, начиная с 2020, сняв примерно 50 петабайт (вообще девиз проекта «превращая небеса в базу данных) снимков LSST, должен обнаружить ~100,000 околоземных астероидов, определив орбиты почти 100% тел опасных размеров. Кстати, кроме астероидов телескоп должен выдать еще несколько миллиардов объектов и событий, а та самая база данных в итоге должна составить 30 триллионов строк, что представляет определенную сложность для современных СУБД.

Для выполнения своей задачи LSST имеет очень необычную оптическую схему, где третье зеркало помещено в центр первого.

Охлаждаемая до -110 С 3,2 гигапиксельная камера с зрачком 63 см - рабочий инструмент LSST.

Человечество спасено? Не совсем. Есть класс камней, находящихся на внутренних по отношению к Земле орбитах в резонансе 1:1, которые очень сложно увидеть с Земли, есть долгопериодические кометы - обычно относительно крупные тела, обладающие очень высокими по отношению к Земле скоростями (т.е. потенциально очень мощные импакторы), которые мы можем сегодня заметить за не более, чем 2-3 года до столкновения. Однако, фактически, впервые за последние три века, с тех пор, как родилась идея столкновения Земли с небесным телом, через несколько лет мы будем иметь базу данных траекторий подавляющего количества несущих Земле опасных тел.

В следующей части я опишу точку зрения науки по методам воздействия на опасные астероиды.

Шкалы

Для оценки опасности ПОО, существуют несколько шкал.

Туринская шкала

• Астероиды (0 баллов) - последствия от столкновения: не имеют шансов встретиться с Землей.
• Астероиды (10 баллов) - последствия от столкновения: число населяющих нашу планету видов должно сократиться на порядки.

Судя по геологическим данным (разведано несколько сотен ударных кратеров), столкновения с крупными небесными телами в истории нашей планеты случалось неоднократно. Падением одного крупного метеорита некоторые ученые объясняют массовое исчезновение живых организмов (около 250 миллионов лет назад). Другой метеорит, по гипотезе У. Альвареса , привёл к вымиранию динозавров .

Источники

Ближе всего к Земле находился небольшой астероид 2004 FU 162 (диаметр около 6 метров) - около 6500 км от Земли (март 2004 года).

История обнаружения

Исторически первым из астероидов с близкой к Земле орбитой был открыт Эрос ( , группа Амура). Самый крупный астероид в группе Амура - Ганимед (которого не следует путать с одноимённым спутником Юпитера), его диаметр приблизительно 32 км (у Эроса около 17 км).

• Астероид 2008 TC 3 - обнаружен за 20 часов до того, как сгорел в атмосфере над Суданом 7 октября 2008 года .
• Астероид 2009 DD 45 - обнаружен 28 февраля 2009 года (за три дня до того, как он приблизился к Земле на минимальное расстояние) астрономом Робертом Макнотом, изучавшим фотографии, полученные при помощи телескопа системы Шмидта из обсерватории Сайдинг-Спрингс в Австралии. Астероид максимально сблизился с Землёй 2 марта 2009 года (16:44 по московскому времени, по словам представителей Планетарного общества (Planetary Society) - 13:44 по Гринвичу). Можно было видеть невооруженным глазом в небе над южной частью Тихого океана . Размеры - 20-50 (27-40) метров. Расстояние до Земли - 66 (72) тыс. км. Разброс цифр связан с тем, что диаметр астероидов вычисляется на основании их альбедо - отражающей способности. Так как астрономы точно не знают, какое количество света отражает поверхность 2009 DD45, они исходят из средних значений. Скорость движения - (в момент нахождения на минимальном расстоянии от Земли - 20 км/с. При столкновении энергия взрыва равнялась бы 1 мегатонне (одна ядерная бомба большой мощности) в тротиловом эквиваленте . Для сравнения: ударом Тунгусского метеорита (взорвался в атмосфере над Сибирью 30 июня 1908 года) были повалены 80 млн деревьев на территории около 2000 квадратных километров, что соответствует взрыву 3-4 мегатонн тротила.

Проблемность обнаружения

Финансовые

Учёные отмечают, что даже небольшие объекты представляют угрозу Земле, поскольку их взрывы вблизи планеты в результате нагрева могут привести к значительным разрушениям. Однако NASA в настоящее время отслеживает в основном самые крупные космические объекты, диаметр которых составляют более километра (на 2007 год 769 известных астероидов и комет, диаметр которых не превышает 140 метров, наблюдаются не так пристально).

Технические

Текущее состояние

Всего зарегистрировано около 6100 объектов, которые проходят на расстоянии до 1,3 астрономических единиц от Земли.

На апрель 2009 года в Солнечной системе не наблюдалось ни одного ПОО (список из чуть больше тысячи позиций, где 90% - астероиды, 10% - кометы, расстояние от них до Земли меньше 0,05 астрономических единиц), который сумел бы преодолеть рубеж в ноль баллов.

Опасность, которую астероиды представляют для планеты, не расценивается как серьёзная. По современным оценкам, столкновения с подобными телами (по самым пессимистическим прогнозам) вряд ли происходят чаще, чем раз в сто тысяч лет. При направлении к Земле небесного тела достаточных размеров для того, чтобы вызвать серьёзные разрушения, астрономы смогут его засечь.

См. также

Примечания

Ссылки

• Железнов Н. Б. Астероидно-кометная опасность: современное состояние проблемы.
• Финкельштейн А. , член-корр. РАН. Астероиды угрожают Земле. Наука и жизнь, № 10, 2007, стр. 70-73.
• База данных земных ударных кратеров (англ.) .
• База данных по околоземным астероидам (англ.) .

Wikimedia Foundation . 2010 .