Усім добре відомий сценарій фільму «Армагеддон», де героїчна команда астронавтів рятує землю від знищення 90-кілометровим астероїдом. Такий розвиток подій цілком можливий, адже наша Сонячна система наповнена великою кількістю малих тіл: кометами, астероїдами, космічним пилом. І все це безупинно рухається, кружляє по своїх орбітах, стикається одне з одним, змінює напрям польоту, розвалюється, тобто, живе своїм життям. І от саме ці фактори можуть становити для нас певну небезпеку, адже може статися так, що в результаті зіткнення астероїд або комета змінить напрям руху і стануть небезпечними для Землі.

Що ми знаємо про астероїди та комети Сонячної системи

Астероїди та комети – одні з найзагадковіших об’єктів Сонячної системи. У той час як комети були відомі людству з прадавніх часів, астероїди були відкриті лише 220 років тому, коли 1 січня 1801 р. італійський астроном Дж. Піацці випадково виявив найбільший астероїд Цереру (1Ceres, з 2006 р. це карликова планета). Та ї її спочатку вважали за планету.

Саму назву «астероїд» запровадив англійський астроном В. Гершель, оскільки перші виявлені астероїди виглядали на небі, як зірки (або точки), на відміну від планет, які під час спостереження у телескоп виглядали дисками. Водночас астероїди, на відміну від зірок, рухалися. Сьогодні їх налічуються до одного мільйона, і до цього класу входять тіла розмірами від 10 м до 1000 км. Найбільші з них мають сферичну форму і подібні до планет, але більшість мають неправильну форму.

За сучасними уявленнями, астероїди та комети здебільшого є дуже давніми тілами, що виникли ще на зорі формування Сонячної системи і є своєрідним «будівельним сміттям», яке залишилось після її утворення. Вони зберігають речовину, з якої утворилася Сонячна система понад 4 млрд років тому. Однак у той час, як великі планети через свої величезні розміри змінювалися під дією тектоніки, вивітрювання та інших факторів, малі тіла з того часу майже не змінились.

Вивчення їхньої речовини, структури, хімічного та ізотопного складів дозволять краще зрозуміти процеси утворення планет, планетної еволюції, а можливо, і причини та механізми появи життя. На знімках, зроблених з близької відстані, на поверхні астероїдів виявлено численні деталі: кратери, валуни, тріщини. Вивчивши їх спектральні характеристики, астрономи почали краще розуміти процес «космічного вивітрювання», в результаті якого зовнішній шар безатмосферних тіл (реголіт) під дією космічної радіації та ультрафіолетового випромінювання з часом набуває червоного відтінку. Більшість астероїдів має саме такий характерний колір, що свідчить про їхній значний вік.

Довгий час вважали, що астероїди існують лише в головному поясі, який розташовано на відстані від 2 до 3,5 астрономічних одиниць від Сонця між орбітами Марса та Юпітера (1 а.о. дорівнює середній відстані від Землі до Сонця – близько 149,6 мільйона кілометрів). Уже наприкінці 19 ст. було виявлено навколоземні астероїди, ще пізніше –астероїди між орбітами Юпітера і Нептуна, і зовсім нещодавно – Транснептунові об’єкти. Серед них виділено групу «Троянців» – астероїдів, пов’язаних силою тяжіння з Юпітером і синхронізованих з ним у русі. Вони або випереджають або відстають від планети-гіганта в її орбітальному русі. Та групу «Кентаврів» — астероїдів, орбіти яких лежать між орбітами Юпітера й Нептуна.

Крім головного поясу, є група «Навколоземних астероїдів», які мають орбіти, що лежать неподалік земної (як всередині, так і зовні). Саме вони можуть нести для нас певну загрозу. Деякі з них (групи «Аполлона» і «Атона») періодично перетинають орбіту Землі та потенційно можуть зіткнутися з нашою планетою. Хоча такі шанси мізерні, проте вони все-таки є. Тому вивченню таких астероїдів приділяють значну увагу, завдяки цьому їх класифікація найбільш деталізована. За оцінками науковців, загальна кількість астероїдів, які мають розмір понад 1 км, від 1,1 до 1,9 мільйона.

Вивчення астероїдів

Дослідження астероїдів за допомогою космічних апаратів розпочалися лише в 1991 р. Один з них — Гаспра (951 Gaspra) – був сфотографований зблизька зондом Галілео, що прямував до Юпітера, (комети космічні апарати почали вивчати дванадцятьма роками раніше з 1978 р.). У 1993 р. той само міжпланетний апарат відвідав астероїд Іда (243 Ida) та відкрив у нього невеликий супутник, який отримав назву Дактиль. Цей факт довів, що астероїди можуть бути подвійними. Згодом з’ясувалося, що це не рідкість.

Як бачимо, вивчення малих тіл дає нам ключ до розуміння історії Сонячної системи та еволюції планетних систем навколо інших зірок. Дослідження структури ядер комет дозволить чіткіше уявити процес злипання пилинок на ранніх етапах формування протопланетного диска. Адже вченим досі не вдається адекватно змоделювати цей процес у лабораторіях, тому навіть інформація про структуру найдрібніших частинок кометної речовини може пролити світло на багато невідомих подробиць формування планет.

Вивчення астероїдів показує нам, як могла змінюватися матерія під впливом умов відкритого космосу в найближчих околицях Сонця. Інформація про великі тіла Головного поясу також важлива для розуміння процесів, що протікали в надрах протопланетних об’єктів, з яких, як заведено вважати, пізніше утворилися планети.

Хімічний склад кометних ядер та астероїдів допомагає зрозуміти умови, що панували на Землі, у тому числі, можливий склад її атмосфери та багато інших параметрів. Виявлення значних кількостей різноманітних органічних молекул у складі малих тіл (в першу чергу у комет) дає нам ключ до розуміння зародження життя, що наблизило нас до відповіді на питання про те, які умови для цього необхідні, і наскільки явище життя може бути поширеним у Всесвіті.

Основна відмінність між кометами та астероїдами полягає в тому, що кометні ядра мають під поверхнею достатні запаси замерлих газів (таких, як аміак, вода, вуглекислий і чадний газ), щоб при підльоті до Сонця сформувати значну за розмірами, але дуже розріджену атмосферу, кому. Під дією сонячного вітру частина її починає рухатися приблизно у напрямку протилежному до Сонця, «витягуючись» у хвіст. Згадаймо хоча б «шоу» яке нам минулого року влаштувала комета «Неовайз» з яскравою комою та хвостом.

У більшості комет кома з’являється десь в 3-4 астрономічних одиницях від Сонця, тобто її головним джерелом має бути сублімація найбільш летких речовин (переважно оксидів вуглецю). Ще далі, в околицях планет-гігантів, візуально відрізнити кометне ядро від астероїда найчастіше неможливо. Тіла, що рухаються за орбітою Нептуна, у Поясі Койпера і далі, на околицях Сонячної системи у Хмарі Оорта, яка є джерелом більшості довгоперіодичних комет, можуть і взагалі бути повністю крижаними. При цьому їхнях атмосфера складається з найбільш летких газів (азоту, метану, монооксиду вуглецю), але, як правило, вона настільки розріджена, що виявити її із Землі дуже важко.

За допомогою армади наземних телескопів астероїди активно вивчають понад два століття. Ці об’єкти давно вже перестали бути зірками (астероїди з грецької зореподібні). Нові технології надали можливість розглянути у найбільших з них деталі поверхні. Багато цікавого вчені дізналися і завдяки радіолокації, з використанням найбільших радіотелескопів. З’ясувалося, що відмінності між кометами та астероїдами не надто великі: деякі астероїди є «сплячими» кометами, а деякі іноді «прокидаються» демонструючи кометну активність.

Ще у ХІХ столітті було доведено зв’язок метеорних потоків з малими тілами (переважно з періодичними кометами). Польоти космічних апаратів до Марса та планет-гігантів показали, що більшість їхніх супутників також у минулому були кометами чи астероїдами, які у свій час були захопленими гравітацією планет. Тут принагідно треба згадати й своєрідну захисну функцію планет-гігантів, котрі своєю гравітацією боронять внутрішні рубежі Сонячної системи. Багато комет, потрапляючи в зону дії їхньої гравітації, у більшості випадків змінюють орбіту та інколи можуть впасти на планету (згадаймо хоча б падіння комети Шумейкерів-Леві 9 на Юпітер в липні 1994 р.). А в окремих випадках можуть бути й взагалі викинуті за межі Сонячної Системи, як це станеться у випадку з цьогорічною кометою Леонарда.

Астероїдно-кометна небезпека

Протягом існування цивілізації зафіксовано значну кількість падінь тіл небесного походження різних розмірів. На сьогодні на поверхні Землі відомо близько 200 астроблем (слідів зіткнень). Ці зіткнення залишили свій слід в біологічному розвитку нашої планети. За даними науковців, за добу на Земну поверхню падає близько 5 тонн метеоритів та від 300 до 20 тисяч тонн метеорного пилу. Найбільший із відомих метеоритів, які було знайдено на Землі – Гоба, що знаходиться на території Намібії. Його маса близько 90 тонн.

Якщо ж говорити про наслідки зіткнення космічних тіл із Землею, то все залежить від їхнього розміру. Так, за розмірів від 1 до 25 метрів у діаметрі висока імовірність того, що тіло згорить в атмосфері або фрагментується. Але є й винятки, як, наприклад Челябінський метеорит, що вибухнув у повітрі на висоті близько 20 кілометрів над Землею. За діаметру близько 19 метрів під час його вибуху вивільнилось до 500 кілотонн енергії у тротиловому еквіваленті. Як результат – масштабні руйнування та пошкодження близько 7 тисяч об’єктів. Годі й уявити, що може бути при зіткненні з більшими тілами.

Зіткнення з тілом діаметром у понад 30 метрів може спричинити локальну катастрофу. А на поверхні Землі буде кратер тотожний з Аризонським у США (діаметр – 1200 м, а глибина – 180 м). У випадку, якщо «інопланетний гість» матиме діаметр більш як 100 метрів, це вже буде регіональна катастрофа і більш як двокілометровий кратер. Коли ж тіло матиме діаметр більше кілометра, то наслідки будуть плачевними – глобальна катастрофа.

Згадаймо, що падіння небесного тіла діаметром 10 км 65 мільйонів років тому на території сучасної Мексики призвело до загибелі динозаврів. Підтвердженням цьому є велика концентрація Іридію в тонких шарах глини, на межі геологічних періодів мезозою і кайнозою, яку можна пояснити лише позаземним походженням. На Землі Іридій майже не трапляється, але його дуже багато в космічних тілах. Вік цього шару і кратера Чиксулуб у Мексиці збігаються. Тому космічні тіла можуть як заносити життя на Землю, так і нищити його.

На сьогодні астрономи виділили декілька тіл, які за розрахунками можуть нести загрозу для Землі. Один зі списку астероїд Апофіс – навколоземний астероїд діаметром близько 300 метрів та масою близько 20 мільйонів тонн, який належить до групи навколоземних астероїдів. Але розрахунки показують, що під час майбутніх зближень ні у 2029-му, ані у 2036 році він Землі не страшний.

Як захистити Землю?

У випадку, якщо нам все ж таки загрожуватиме зіткнення з астероїдом чи кометою, науковці пропонують кілька варіантів, як відвернути загрозу. Це ядерний вибух, буксирування, таран, гравітаційний вплив та становлення реактивного двигуна на поверхні тіла. Але більшість із них ще доволі фантастичні.

Якщо астероїд буде 150 метрів у діаметрі, то можливо, його й не треба чіпати, бо є шанс, що він розвалиться під час прольоту в атмосфері. Але якщо він буде з кілометр чи десятки кілометрів у діаметрі, то у випадку ядерного вибуху невідомо, куди полетять уламки. Якщо небесне тіло пористе, то воно взагалі може поглинути весь цей вибух, і фрагментації не відбудеться.

Щодо ідеї корабля-буксиру, то це уже фантастика, можлива лише в голлівудському фільмі, адже в реальності люди поки не навчились буксирувати астероїди. Найпростішим способом відвернути загрозу від цивілізації у разі наближення «непроханого гостя» нині вважається таран, за допомогою якого вдасться збити астероїд з курсу. Для цього можна використати важкий об’єкт, який буде доставлено за допомогою космічного апарата, або ним може бути й сам апарат.

Буквально недавно з такою метою було запущено місію DART, яка має на меті зміну напрямку руху астероїда. Згідно з розрахунками вчених, восени наступного року DART зіткнеться з Дідімом, подвійним астероїдом. Його діаметр становить 780 метрів, об’єктом місії є його супутник Діморфос розміром 170 м. За задумом вчених, апарат вагою 500 кг. зі швидкістю 6 км/с після зіткнення змінить орбітальну швидкість обраного космічного тіла на 0,4 мм/с, що поступово змінюватиме траєкторію руху всієї астероїдної системи.

Цей астероїд не становить небезпеки для Землі, втім NASA обрало саме його як ціль через можливість відстежувати зміни його орбіти за допомогою наземних телескопів. Але якщо астероїд матиме десятки, а той сотні кілометрів у діаметрі, то це не допоможе. Щоб запобігти такому плачевному сценарію, астрономи в обсерваторіях всього світу постійно проводять моніторинг тіл, які є потенційно небезпечними для Землі. У цьому випадку головне, щоб астероїд був виявлений за кілька років до потенційного зіткнення.

На щастя, зараз є велика кількість телескопів, які «сканують» небо. Це, зокрема, програми LINEAR, NEAT, Catalina Sky Survey. І трапляється так, що деякі об’єкти знаходять за багато мільярдів кілометрів, десь на рубежах Сонячної системи, тому є велика імовірність, що цей об’єкт буде виявлений за багато років до того, як долетить до Землі. Другий крок – детальне дослідження параметрів об’єкта, зокрема, його складу і швидкості. А в разі реальної небезпеки доведеться об’єднати матеріальні та технічні можливості людства, щоб уникнути глобальної катастрофи. На сьогодні людство цілком усвідомлює астероїдно-кометну небезпеку. З цією метою Генасамблея ООН навіть визначила 30 червня як міжнародний день астероїда.

***

На завершення можемо підсумувати, що ще на зорі розвитку людства філософи замислювалися над питаннями: що може дати людству дослідження космосу? Як воно здатне змінити нас? Адже наша цивілізація існувала тисячі років, нічого не знаючи про астероїди та комети. Чи варто витрачати мільярди доларів на дорогі місії до них? Чим вони цікаві астрономам?

Відповіддю може бути така притча: У 1259 р. видатний перський астроном Насреддін ат-Тусі будував найбільшу на той час у світі Марагінську обсерваторію поблизу Тебріза. За допомогою у фінансуванні він звернувся до онука Чингізхана, хана Хулагу, але тому витрати на будівництво обсерваторії здалися надмірно великими. Мовляв, нащо витрачати такі великі кошти на нікому непотрібне будівництво? Тоді ат-Тусі запропонував Хулагу під час ночівлі його війська в горах скинути з гори великий мідний таз. Таз, падаючи, наробив великого шуму і посіяв паніку серед війська. Тоді ат-Тусі сказав: «Твоє військо хвилюється, бо не знає що сталося. Ми ж знаємо, і тому спокійні, так от, знаючи причини небесних явищ, ми будемо спокійні на землі».