Большинство потенциально опасных астероидов остаются неопознанными. NEO Surveyor может это изменить, но только при наличии финансирования и в ближайшее время.
Ключевые выводы
- С появлением мегасозвездий спутников поиск и отслеживание потенциально опасных астероидов становится все более сложной задачей.
- Кроме того, большинство астероидов, которые мы находим и отслеживаем, не являются самыми опасными или вездесущими.
- Предлагаемая миссия NEO Surveyor, только что получившая наивысший приоритет, может спасти нас, но только если мы полностью ее профинансируем.
Во всем мире мало что может быть более опасным для человечества, чем возможность столкновения большого массивного объекта, такого как астероид или комета, с нашей планетой. В то время как наше воображение могло бы немедленно обратиться к опустошительному событию 65 миллионов лет назад, которое привело к самому последнему массовому вымиранию нашей планеты, тревожная правда заключается в том, что подобные, меньшие, но лишь немногим менее катастрофические удары планет случаются гораздо чаще. Если мы не знаем, что происходит снаружи, и не можем количественно оценить опасность, которую представляет для нас это множество объектов, мы просто ставим наше дальнейшее существование на чистую удачу.
Единственный способ исправить ситуацию - взглянуть на большую Солнечную систему и определить, какие объекты находятся там и каковы их орбиты, предупредив нас о любых потенциальных краткосрочных или среднесрочных рисках. это может потребовать вмешательства, спасающего планету. К сожалению, практически все ведущие усилия по защите планеты на сегодняшний день были наземными, что является не только чрезвычайно ограничивающим подходом к проблеме, но и уже стало гораздо менее эффективным и действенным из-за недавнего натиска спутниковых мегасозвездий, загрязняющих нашу планету. ночное небо.
Однако одна миссия - НАСА NEO Surveyor - может найти и охарактеризовать большинство еще не открытых объектов, представляющих опасность для Земли. Если мы не хотим и дальше делать ставку на выживание всей планеты исключительно на удачу, все зависит от того, выберем ли мы финансирование этой миссии.
Земля, как и все планеты и луны с каменистой поверхностью, пережила большое количество столкновений с объектами внеземного происхождения. Любое достаточно массивное и мощное воздействие, как в принципе, так и на практике, может привести к массовому вымиранию, если мы не предпримем никаких мер для его смягчения.
Здесь, в нашей Солнечной системе, мы обычно представляем себе ее структуру следующим образом:
- Солнце сидит в центре,
- вращается вокруг четырех внутренних скалистых планет,
- где за орбитой Марса находится большой, массивный пояс из тысяч астероидов,
- с планетами-гигантами, Юпитером через Нептун, вращающимися вокруг астероидов,
- а затем, за Нептуном, лежит пояс Койпера, а затем облако Оорта, основные источники комет, которые время от времени проходят через Солнечную систему.
Эта картина не является неправильной, но она не совсем полная. Эти компоненты, безусловно, существуют, но их становится еще больше, когда мы смотрим на наш космический задний двор еще подробнее. В действительности между поясом астероидов и поясом Койпера вращаются небольшие ледяные и каменистые тела - кентавры Солнечной системы, - а также ряд астероидов, полностью покинувших пояс астероидов, теперь вращающихся вокруг Солнца вместе с внутренние планеты. Из этой последней совокупности объектов значительное число из них находится в пределах 5 миллионов миль (8 миллионов километров) от орбиты Земли, и в совокупности они представляют собой потенциально опасные астероиды, о которых мы так беспокоимся.
Яркая звезда Альбирео, заметная и красочная двойная звездная система, входящая в Летний треугольник, была сфотографирована 26 декабря 2019 года. Во время 10 экспозиций продолжительностью 150 секунд каждая прошла череда спутников Starlink. через ту же область неба. Хотя этот эффект полос имеет значительные последствия как для профессиональной, так и для любительской астрономии, наибольшие потери несет наука о защите планет, особенно от столкновений спутников с наземными обсерваториями.
Хотя мы действительно нашли многие из этих объектов, к сожалению, реальность такова, что нам еще предстоит идентифицировать подавляющее большинство из них. Есть три основные причины, почему это так.
- Астероиды, как правило, маленькие, слабые и быстро движущиеся относительно Земли. Если ваш телескоп не способен отображать один и тот же астероид много раз в течение нескольких недель - на что большинство наших идентифицирующих астероиды телескопов, таких как Pan-STARRS, неспособны для большинства астероидов из-за их небольшого размера - мы не будем у нас достаточно данных, чтобы определить его орбиту, и, следовательно, даже если мы можем знать, что он существует, мы не можем надеяться найти его снова.
- Большинство наземных усилий по поиску этих объектов, которые на сегодняшний день охватывают почти все наши усилия по планетарной защите, теперь должны бороться с чрезвычайно большим (и растущим) числом смешанных факторов: растущий набор мегасозвездий спутников. Большой синоптический обзорный телескоп в обсерватории Веры Рубин должен был бы значительно улучшить наши усилия по планетарной защите, но, учитывая недавнее появление тысяч ярких новых спутников на низкой околоземной орбите, эти ключевые наблюдения омрачены новой формой светового загрязнения., особенно в часы, предшествующие закату и рассвету: лучшее время для поиска этих околоземных астероидов.
- Но даже помимо технических ограничений наземной астрономии существует проблема, заключающаяся в том, что астероиды делятся на разные группы в зависимости от их орбит: Аморы, которые вращаются вне Земли, Аполлоны, которые в основном вращаются вне Земли. но пересекают орбиту нашей планеты, Атены, которые пересекают орбиту Земли, но проводят большую часть своего времени внутри нее, и Атирас, которые полностью вращаются внутри Земли. Наземные обсерватории хорошо находят Амуров и довольно хорошо находят Аполлосов, но плохо находят Атенов и еще хуже находят Атирас.
Если мы хотим найти и охарактеризовать большинство потенциально опасных астероидов, нам нужно сделать это из космоса.
Четыре основных класса околоземных астероидов можно разделить на группы на основе их перигелия и афелии. Аморы находятся полностью вне орбиты Земли (но внутри орбиты Марса), Аполлосы пересекают Землю, но в основном вращаются дальше от Земли, Атены пересекают Землю, но в основном вращаются ближе к Солнцу, чем Земля, а Атира полностью находится в пределах орбиты Земли. Атены и Атира в основном остаются неоткрытыми.
С тех пор, как это было впервые предложено еще в 2006 году, это было главной научной целью миссии НАСА NEO Surveyor. Миссия выведет на орбиту инфракрасный космический телескоп с широким полем зрения, где у него будет только одна главная научная цель: идентифицировать и определить орбиты каждого потенциально опасного астероида, расположенного вблизи Земли. При стоимости чуть более полумиллиарда долларов мы могли бы:
- определить практически каждый астероид размером более 140 метров, представляющий опасность для Земли,
- из всех четырех типов астероидов, особенно труднодоступных Атенс и Атирас,
- определить их начальные орбиты, а затем, с последующим наблюдением примерно через 2 недели, дополнительно ограничить их, чтобы их можно было визуализировать с помощью последующих наземных наблюдений,
- , что позволит нам вычислить их долгосрочные орбиты, количественно определив их опасность для Земли,
- и сделать то же самое для большого количества астероидов (но не для всех) менее 140 метров, что позволит нам оценить распределение популяции и более мелких объектов.
Это будет огромный скачок вперед в планетарной защите, и он давно назрел. Для тех из вас, кто никогда не слышал о NEO Surveyor и не понимает, почему это так важно, давайте посмотрим, почему это важно.
Эта карта, хотя и устарела примерно на 9 лет в 2022 году, показывает известные на тот момент потенциально опасные астероиды, которые могут вызвать региональные или глобальные разрушения. Большинство этих объектов обладают афелией, которая уносит их довольно далеко от земной орбиты, поэтому каждые несколько лет они приближаются к ней всего на несколько миллионов километров. Необнаруженные объекты на более узких орбитах представляют гораздо большую экзистенциальную угрозу человечеству.
На сегодняшний день существует два основных способа обнаружения потенциально опасного астероида на орбите Земли. Один из них связан с использованием наземных съемок, в частности, с помощью съемок больших площадей или даже всего неба, которые снова и снова исследуют как можно большую часть неба. Если есть объект, который вообще меняет свои свойства - либо яркость, либо положение, либо и то, и другое - эти обзоры обнаружат любые различия, возникающие от одного момента к другому.
Телескопы, которые специализируются на этом, такие как Pan-STARRS и Catalina Sky Survey, отлично находят объекты в нашей Солнечной системе, включая множество комет и астероидов. Хотя многие из этих астероидов оказались потенциально опасными для Земли, возможности этих телескопов сильно ограничены тусклостью объектов, которые они могут наблюдать. Несмотря на то, что они имеют значительный размер, они наблюдают за каждым участком неба в течение короткого периода времени, что означает, что они могут идентифицировать только самые большие и/или ближайшие объекты. Это привело к тысячам и тысячам открытий, но многие крупные тела, способные нанести Земле катастрофические разрушения, остаются неоткрытыми.
Кроме того, поскольку они наблюдают только «ночную» сторону Земли, они в значительной степени неспособны находить объекты, которые вращаются внутри орбиты нашей планеты вокруг Солнца. Atens и Atiras остаются в значительной степени не обнаруженными наземными исследованиями.
Хотя мы обнаружили тысячи околоземных астероидов, большинство из которых получено благодаря наземным исследованиям Pan-STARRS и Catalina Sky Survey, именно неоткрытые объекты могут представлять наибольшую угрозу для Земли, которые являются ключом к открытию и характеристике.
Другой основной способ обнаружения потенциально опасных астероидов - поисковые телескопы в космосе, такие как миссия НАСА WISE. (И, позже, миссия NEOWISE, в которой используется тот же телескоп, что и в WISE, но перепрофилированный для планетарной защиты.) Наблюдая за всем небом в инфракрасном диапазоне из космоса, WISE может преодолеть два основных препятствия, от которых страдают наземные телескопы.
- Большинство астероидов имеют относительно черный цвет. Поскольку они отражают лишь незначительное количество солнечного света, их невероятно трудно увидеть в оптическом диапазоне. Наблюдая в инфракрасном диапазоне, особенно на длинах волн, слишком длинных для наблюдения с земли, космическая инфракрасная обсерватория может найти любой астероид, который находится достаточно близко к нам, чтобы его нагрело Солнце.
- Наибольшую опасность для Земли представляют астероиды, которые чаще пересекают орбиту Земли, а именно те, которые проводят большую часть своего времени внутри орбиты Земли. К сожалению, это означает, что они проводят большую часть своего времени на «дневной» стороне Земли, где они невидимы для наземных телескопов. Отправившись в космос, мы наконец сможем их найти.
Хотя этот подход кажется отличным, у него есть серьезное ограничение. Почти все астероиды находятся в узкой области неба: около плоскости эклиптики и внутри орбиты Земли, а это означает, что такие миссии, как WISE, тратили очень мало времени на реальное наблюдение за этой интересующей областью.
Художественная концепция миссии НАСА по наблюдению за объектами, сближающимися с Землей, показывает космический телескоп перед звездным полем, снятым телескопом WISE. В то время как WISE находился на низкой околоземной орбите и нанес на карту все небо, NEO Surveyor будет искать потенциально опасные астероиды, особенно впереди и позади Земли в плоскости эклиптики.
Вот где проявляется сила того, что предлагает сделать NEO Surveyor. Вместо того, чтобы защищать планету, являющуюся одной из многих научных целей универсальной обсерватории, такой как WISE, единственной научной целью NEO Surveyor является чтобы найти эти потенциально опасные астероиды. В то время как в других миссиях приходилось искать компромисс между стоимостью и апертурой (т. вызвать региональное опустошение или больше. Это соответствует астероидам диаметром более 140 метров.
Он пропустит большинство астероидов-убийц городов, которые существуют там, например, тот, который вызвал знаменитый кратер Баррингтон в Аризоне около 50 000 лет назад. Несмотря на то, что такое столкновение может убить миллионы людей, если оно ударит не в том месте, объект, создавший его, был всего около 50 метров в поперечнике, а это означает, что нам понадобится телескоп с примерно в девять раз большей светосилой (и, по крайней мере, втрое большей). стоимость) как ~ 0,5 метра (и бюджет 0,5-0,6 млрд долларов) NEO Surveyor, чтобы найти все это. Да, это все еще компромисс, но он гарантированно сделает первый шаг к защите нашей планеты от катастрофы. Меньшие объекты по-прежнему будут означать плохие новости, но не будут представлять угрозы для цивилизации или даже мировой экономики в целом.
Кратер Барринджера, также известный как Метеоритный кратер, представляет собой впечатляющий кратер, расположенный в пустыне Аризоны, диаметром более мили. Хотя этот кратер образовался десятки тысяч лет назад, он образовался из-за относительно небольшого ударного элемента диаметром всего 50 метров: менее трети размера астероида, с которым столкнется миссия НАСА DART. Хотя эти объекты размером с «город-убийцу» опасны, один объект примерно в три раза больше диаметра будет достаточно большим, чтобы вызвать региональное опустошение на десятки-сотню миль во всех направлениях, подобно Тунгусскому событию.
Принцип работы этого телескопа заключается в одновременном просмотре примерно 11,6 квадратных градусов неба в двух инфракрасных длинах волн. Телескоп будет пассивно охлаждаться примерно до ~ 30 К и не потребует активного охлаждения, так как вместо этого будет использоваться солнцезащитный козырек. Он будет расположен в точке Лагранжа L1, между Землей и Солнцем, и будет в основном наблюдать за областью, удаленной от Солнца в плоскости земной орбиты: содержащей наибольшую плотность потенциально опасных астероидов как в прямом, так и в ретроградном направлениях. Хотя ожидается, что он будет производить около 80+ гигабит данных в день, его орбита обеспечит высокую скорость нисходящего канала, так что все данные, которые получает телескоп, будут возвращены для научного анализа без потерь.
Кроме того, порог «140 метров и больше» - это просто порог, при котором будут обнаружены практически все потенциально опасные астероиды. Однако ожидается, что ниже этого порога миссия также обнаружит десятки тысяч более мелких околоземных объектов размером от ~ 30 метров (~ 100 футов) и выше. Возможности NEO Surveyor впервые позволят нам узнать соотношение размера и количества сближающихся с Землей астероидов, что позволит нам лучше планировать будущее по защите планеты Земля.
Хотя мы внесли в каталог большинство крупных (более 1 км) астероидов в Солнечной системе, популяция внутренних околоземных астероидов больше 0.1 км точно не определен. Плотность числа более мелких объектов на этом графике была только оценена; такая миссия, как NEO Surveyor, будет иметь жизненно важное значение для изучения того, что действительно представляет предсказуемую опасность для Земли.
Способ, которым эти объекты будут обнаружены, завораживает. Глядя в инфракрасном диапазоне, можно увидеть и обнаружить даже относительно холодные небольшие объекты, находящиеся достаточно близко к Земле. Всего за несколько наблюдений даже за короткий промежуток времени мы можем реконструировать орбиты этих объектов достаточно хорошо, чтобы знать, где они будут через несколько недель с момента наблюдения.
Именно здесь орбита NEO Surveyor в точке Лагранжа L1 является ключевым отличием как от наземных телескопов, так и от телескопов на низкой околоземной орбите, таких как WISE/NEOWISE. Со своего места в космосе он сможет снова наблюдать за тем же объектом примерно через две недели после первоначального открытия, что позволяет определить его орбиту за гораздо более длительный период.
С интервалом в две недели, отделяющим последовательные наблюдения, мы можем сделать вывод, где будет находиться каждый вновь обнаруженный объект в течение следующих 18-24 месяцев. Этого времени достаточно для последующего наземного наблюдения, что позволит нам рассчитать вероятность столкновения и то, что ученые называют MOID (минимальное расстояние пересечения орбиты) каждого объекта. Это сочетание не только обнаружения объектов, но и определения характеристик орбиты и количественной оценки опасности объекта для Земли отличает NEO Surveyor от всех предыдущих усилий по защите планеты.
Анимация отображает положение известных околоземных объектов (ОСЗ) в определенные моменты времени за последние 20 лет и заканчивается картой всех известных астероидов по состоянию на январь 2018 года. Хотя Юпитер поглощает множество астероидов и комет, но также может перенаправлять их, потенциально подвергая Землю еще большей опасности.
Как было опубликовано весной 2022 года, десятилетнее исследование для отдела планетарных наук НАСА рекомендовало финансировать и запускать NEO Surveyor в качестве миссии с наивысшим приоритетом для планетарной защиты в области планетарной науки. И тем не менее, на сегодняшний день (май 2022 года) необходимые средства для поддержки этой миссии не выделены. Если средства для этой важнейшей миссии не материализуются - политическое решение не зависит от ученых, возглавляющих работу, - существует очень большой риск того, что мы так и не узнаем о наиболее опасных объектах, находящихся там, представляющих опасность. угроза планете Земля.
Пока мы не знаем, что там снаружи, мы не можем знать, что представляет для нас опасность. Пока мы не знаем, что нас ждет, мы не можем ответственно подготовиться к тому, как защититься от этого. И без этой подготовки, если быть откровенным, мы просто легкая добыча для всего, что Вселенная бросает в нас.
Эти объекты находятся там, на орбитах, пересекающих Землю. Если мы их не найдем, то мы просто во власти того, когда они найдут нас. У нас есть инструменты и технические возможности, чтобы защитить себя от всего, что бросает нам Вселенная. Но если мы как цивилизация не примем решение инвестировать в планетарную защиту, мы даже не узнаем, что нас ждет, пока не будет нанесен ущерб.
Автор благодарит доктора Эми Майнцер, главного исследователя NEO Surveyor, за бесценные обсуждения.