Лиза Рэндалл «Тёмная материя и динозавры. Книга: Рэндалл Лиза «Темная материя и динозавры. Удивительная взаимосвязь событий во Вселенной
Кто мы и откуда пришли в этот мир? Этот вопрос испокон веков волнует человечество, ответом на него призваны служить многие теории, от теософских до физических, но все они до сих пор являются лишь гипотезами, не подкрепленными доказательствами.
Лиза Рэндалл и «темная материя»
Астрофизики считают, что источником химических компонентов наших тел стали ядерные звездные пожары. Эволюционные биологи ищут сходство между ДНК человека и приматов, ища подтверждение, что люди эволюционировали от обезьян.
А вот Лиза Рэндалл, физик-теоретик из Гарвардского университета, имеет другое мнение, которое она излагает в своей последней книге «Темная материя и динозавры»
Область ее исследований касается теоретической физики частиц и космологии.
В своей последней книге она утверждает, что вымирание динозавров было необходимым условием для появления на Земле человека, и оно связано с «темной материей», загадочной, невидимой, по оценке астрономов составляющей 85% всего объема нашей Вселенной.
Конец одного вида - начало очередной главы
Палеонтологическая теория гласит, что около 66 миллионов лет назад гигантское девятикилометровое небесное тело (вероятно, комета) ударилось о нашу планету. В результате этой катастрофы космического масштаба были полностью уничтожены 75% биологических видов, в том числе большинство динозавров.
Среди выживших оказались небольшие приматы. В течение следующих 66 миллионов лет они постепенно увеличили свой рост, научилась ходить на двух ногах и нарастили мозг, который они, в конечном счете, смогли применить для решения сложных задач.
Итак, вследствие того, что гигантский космический камень столкнулся с нашей планетой, приматы получили шанс на выживание, развитие и процветание. Можно считать это событие простым везением или редкой удачей. Рэндалл согласна с обоими вариантами.
В своей книге женщина-физик описывает темную, блиноподобную субстанцию в Галактике, благодаря которой появилось наше человеческое племя
Темную материю пока никто никогда не смог обнаружить. Тем не менее, есть достаточно доказательств ее огромного гравитационного влияния в нашей Вселенной. Подавляющее большинство научного сообщества соглашается с тем, что темная материя является формой таинственного вещества, которое мы не можем увидеть или потрогать, но которое, тем не менее, пронизывает весь космос. Оно, как правило, сосредоточено вокруг галактик, подобно гигантским пузырям. Но Рэндалл думает, что эта материя также может существовать в нашей Галактике в виде некоего «темного диска» на фоне звезд, планет и газовых облаков.
Берегитесь темного диска
Если есть темная материя в виде гипотетического диска, то, само собой разумеется, что он обладает гигантской массой и мощным гравитационным влиянием на объекты, его окружающие, в том числе нашу Солнечную систему. Но наша Галактика движется, и расстояние до нее меняется. Каждые 32 миллиона лет Солнечная система проходит через плоскость Млечного Пути, а если есть темные диск, то через его плоскость тоже.
Есть основания полагать, что прошлые массовые вымирания на Земле произошли примерно столько же лет назад (25-35 миллионов).
Именно это сходство между временем, прошедшим после массового вымирания, и периодом колебаний нашей Солнечной системы в Галактике навели Рэндалл и ее гарвардского коллегу Мэттью Риса на мысль о связи этих событий.
Рэндалл предполагает, что когда наша планетарная система приблизится к темному диску, произойдет гравитационное взаимодействие с так называемым облаком Оорта. Оно находится на расстоянии примерно в 1000-100000 астрономических единиц (от 90 млрд. до 9 триллионов миль) от Солнца и, как считается, содержит миллиарды ледяных объектов, имеющих толщину по крайней мере 12 миль. Если такой объект ударится о Землю, то это будет означать конец жизни. И Рэндалл думает, что именно это случилось с динозаврами 66 миллионов лет назад.
Доказательства
Их пока нет. Рендалл пыталась обосновать свою теорию, наблюдая скорость и направление звезд в нашей Галактике. Если светила отклоняются от расчетного пути, и это не может быть объяснено количеством обычной видимой материи вокруг них, то можно предположить существование темного диска.
Это очень трудная задача. В Млечном Пути около 100 миллиардов звезд, а обнаружить темную материю, как известно, крайне сложно.
Лиза Рэндалл «Тёмная материя и динозавры»
Космический детектив со спойлером на обложке. Версия одного геноцида от автора «Достучаться до небес».
Лиза Рэндалл по итогам следствия и длительных оперативно-розыскных мероприятий называет убийцей динозавров тёмную материю. Не тяжёлый отрез тёмной ткани, каким можно убить, если сбросить с достаточной высоты, а невидимый для наблюдений и измерений гипотетический наполнитель космической пустоты. Учёные после вычисления средней скорости вращения галактик пришли к выводу, что всей массы физических объектов во Вселенной явно недостаточно, чтобы так всё вертелось и крутилось. Что-то помогает галактикам набирать ход, достаточно тяжёлое и создающее гравитационный фон, удерживающий всё во Вселенной в единой системе. Именно по гравитационному влиянию этого нечто учёные и пришли к выводу, что существует некая форма материи, что незримо управляет движением всех космических тел – от космической пыли до огромных звёздных скоплений. Тёмная материя мастер маскировки и многолика. Существует несколько версий, что может собой представлять такая материя. Учёные пока её не пощупали, но уже делят на виды.
Один из таких видов 66 миллионов лет назад изменил траекторию одной кометы и направил её на Землю, где динозавры вели беспечную жизнь, кушая травку и друг друга. Возможно, несчастные зверушки, не подозревая о своей доле, были достаточно разумными, чтобы устраивать крестные ходы и сажать за репосты, драться за территорию и топить тревожные звоночки инстинкта самосохранения в смоляных и нефтяных ямах. У них была своя вера, но не было будущего. Космическое тело ничтожных по космическим меркам размеров – порядка 10 км в поперечнике – поставило жирную точку на их планах добраться до сочной зелени и укусить побольнее за бочок зазевавшегося соседа. Динозаврам, как, впрочем, и многим людям не по силам постичь удивительной взаимосвязи больших и малых объектов, энергий и помыслов в бесконечно удивительной Вселенной. Тёмная материя уничтожила динозавров, контролировала (в какой-то мере) периоды расцвета и угасания жизни на планете Земля, способствовала зарождению разумной жизни и появлению господствующего вида homo sapiens. Постойте, тогда получается, что тёмная материя – это…
Лиза Рэндалл - первая женщина, получившая штатную должность на физическом факультете Принстонского университета, а также первая женщина в штатной должности физика-теоретика в Массачусетском технологическом институте и в Гарвардском университете.
Приобрести: bookvoed.ru/book?id=7066932&utm_source=vkontakte&utm_medium=social&utm_campaign=vkontakte
Эта статья была автоматически добавлена из сообщества
Физик из Гарварда Лиза Рэндалл считает, что темная материя может многое объяснить о нашей Вселенной, в том числе и гибель динозавров.
Свою версию она изложила изданию Huffington Post .
Что такое темная материя?
Это неуловимая форма материи, которая взаимодействует через гравитацию, подобно обычной материи, но не излучает или поглощает свет. Темная материя, похоже, существует везде во Вселенной. Но мы не воспринимаем ее напрямую: только через ее гравитационное влияние, поскольку она так слабо взаимодействует с обычной материей, к которой мы привыкли.
Темная материя состоит из атомов?
Нет. Она состоит не из атомов и даже не из знакомых нам элементарных частиц вроде протонов и электронов, которые заряжены и поэтому взаимодействуют со светом. Впрочем, возможно, темная материя состоит из частиц, масса которых сравнима с теми, что нам известны. Если это так и если эти частицы движутся со скоростью, которую мы можем предположить, миллиарды частиц темной материи проникают через каждого из нас каждую секунду. Но никто этого не замечает.
Если она невидимая, почему мы называем ее «темной»?
Возможно, темной материи лучше было бы с названием «прозрачная материя». Обычно мы называем «темным» то, что, вроде вашей черной рубашки или пиджака, поглощает свет. Но в случае с темной материей свет просто проходит через нее.
Откуда мы знаем, что темная материя существует?
Мы знаем, что она есть, поскольку видим ее эффекты на звездах и галактиках. При помощи телескопов и других инструментов мы можем увидеть, что что-то, помимо гравитации звезд и галактик, которые мы наблюдаем, влияет на движение этих звезд и галактик.
Темная материя влияет на расширение Вселенной, на путь, который проходят лучи света, достигающие нас от далеких объектов, и многие другие измеряемые явления, которые убеждают нас в существовании темной материи. Мы знаем о темной материи — и о ее безусловном существовании — по измерению гравитационных эффектов.
Гипотеза темной материи впервые была выдвинута много десятков лет назад. Расскажите нам об этом.
Впервые гипотезу темной материи выдвинул в 1933 году Фриц Цвикки, швейцарский астроном из Калифорнийского технологического института. Он пришел к этой идее после наблюдения скоростей звезд в гигантской группе гравитационно соединенных галактик, известной как скопление Волос Вероники (скопление Кома). Необходимо определенное количество гравитации, чтобы удержать быстро движущиеся звезды в скоплении от разбегания. И на основе вычислений скорости звезд Цвикки подсчитал, что количество массы, которой должно обладать скопление, чтобы иметь необходимую гравитационную тягу, было в 400 раз больше, чем вклад измеренной светящейся массы — то есть материи, которая излучает свет. Для учета всей этой дополнительной материи Цвикки предположил существование, как он назвал, dunkle materie, что по-немецки означает «темную материю».
Несмотря на эти первые наблюдения, долгое время темную материю по сути игнорировали (и его оценка недостающей материи была на самом деле слишком большой). Но в 1970-х годах идею возродили, когда астрономы наблюдали движение спутниковых галактик — небольших галактик в окрестностях более крупных — которое можно было объяснить только присутствие дополнительной невидимой материи. Эти и другие наблюдения перевели темную материю в область серьезных исследований.
Но ее статус значительно укрепился в 1970-х годах, благодаря работе Веры Рубин, астронома из Института Карнеги в Вашингтоне. Рубин и ее коллега Кент Форд обнаружили, что скорости вращения звезд были в значительной степени одними и теми же на любом расстоянии от галактического центра. То есть звезды вращались с постоянной скоростью даже далеко за пределами региона, содержащего светящуюся материю. Единственным возможным объяснением было наличие некой неучтенной материи, которая помогла удерживать дальние звезды, которые двигались быстрее, чем ожидалось.
Примечательным выводом этих исследователей было то, что на обычную материю приходилась лишь одна шестая от массы, необходимой для удержания звезд на орбите. Их наблюдения стали самым убедительным доказательством темной материи на то время.
В каком состоянии текущее знание о темной материи?
Ученые проделали большой прогресс в понимании темной материи, но остаются большие вопросы. Для исследователя вроде меня это оптимальная ситуация. Пожалуй, можно сказать, что физики, изучающие «темное», участвуют в революции Коперника в более абстрактной форме. Не только Земля физически не является центром Вселенной, но и наше физическое состояние далеко не центральное для большей части материи.
Выявить самые базовые элементы обычной материи было сложно, но ее исследование было куда более прямолинейным, нежели исследование темной материи, которая нас окружает. Несмотря на слабость ее взаимодействий, в ближайшие десять лет у ученых есть реальный шанс выявить и определить природу темной материи. И поскольку темная материя скапливается в галактиках и других структурах, грядущие наблюдения галактики и Вселенной позволяет физикам и астрономам изучать ее по-новому.
Что новые открытия о темной материи могут рассказать нам о происхождении Вселенной?
Никто не знает, с чего началась Вселенная, и понимание темной материи совсем необязательно принесет нам новые идеи. Но существование темной материи помогает нам понять, как Вселенная развивалась и как формировались структуры вроде галактик. Если темная материя имеет особенные свойства, они могут отразиться в размерах галактик и распределении.
Как насчет существования множественных вселенных — так называемой мультивселенной?
Темная материя и множественные вселенные на самом деле никак не связаны. Мы знаем о темной материи по ее эффектам на расширение Вселенной, наряду с другими вещами. Другие вселенные могут быть еще более темной материей в том смысле, что они настолько далеки от нас, что не повлияют на нас гравитационно ни разу за весь срок жизни вселенной. Но это также означает, что мы не сможем изучать их при помощи наблюдений. Я предпочитаю изучать «мультивселенную», которая находится здесь и сейчас.
Какова связь между темной материей и динозаврами, о которой вы писали в своей книге?
Мои коллеги и я считаем, что темная материя могла в конечном счете (и косвенно) быть ответственной за исчезновение динозавров. Мы знаем, что 66 миллионов лет назад объект шириной не меньше 10 километров упал на Землю из космоса и уничтожил наземных динозавров, а также три четверти других видов на Земле. Этот объект мог быть кометой из пояса Оорта, гипотетической области из комет и других тел за пределами орбиты Нептуна. Но почему эта комета была сбита со своей стабильной орбиты в поясе Оорта, никто толком не знает.
Наше предположение таково: во время прохождения Солнечной системы через среднюю плоскость галактики Млечный Путь, она столкнулась с диском темной материи, который выбил этот удаленный объект, что привело к катастрофическому столкновению. В нашей галактической окрестности основная часть темной материи окружает нас невероятно гладким и диффузным сферическим гало.
Тот тип темной материи, которая запустила кончину динозавров, распределялся совсем не так, как большая часть темной материи во Вселенной. Этот дополнительный тип темной материи должен был оставить гало нетронутым, но его отличное взаимодействие привело к тому, что он конденсировался в диск — прямо в центре плоскости Млечного Пути. Эта тонкая область стала настолько плотной, что когда Солнечная система проходила через нее и Солнце осциллировало вверх и вниз по мере движения через нашу галактику, гравитационное влияние этого диска было невероятно сильным.
Ее гравитационное притяжение было достаточно мощным, чтобы выбить кометы на внешней границе Солнечной системы, где противодействующая тяга Солнца была слишком слабой, чтобы вернуть их на место. Сбежавшие кометы были выброшены из Солнечной системы или же — моментально — перенаправлены во внутреннюю Солнечной систему, где могли потенциально ударить Землю.
Если темная материя может объяснить гибель динозавров, может ли она также объяснит, с чего началась жизнь на Земле?
Материал, падающий на Землю, вроде комет и астероидов, почти наверняка сыграл роль в определении состава Земли и мог также сыграть роль в запуске ключевых жизненных процессов. Большинство таких теорий остаются спекулятивными, но вполне вписываются в картину мира и стоят затраченных на них усилий.
А если темная материя может отправить опасные кометы или астероиды в нашу сторону, стоит ли нам переживать?
Безусловно, иногда астероиды подходят довольно близко. Столкновения будут, несомненно, происходить, но их ожидаемая частота и величина остаются предметом дебатов. Ударит по нам что-нибудь, нанесет ли нам урон со временем и стоит ли нам об этом беспокоиться, это пока нерешенные вопросы. Лично я не считаю это величайшей опасностью для человечества.
Стоит ли нам переживать? Это зависит от масштабов, цены, порога нашего беспокойства, решений, которые принимает общество, и того, сможем ли мы справиться с угрозой. Такие угрозы нечасто вызывают ажиотаж, даже если возможен потенциальный ущерб. И хотя они действительно могут ударить и уничтожить крупный населенный центр, шансы на то, что это произойдет в обозримом будущем, ничтожно малы.
Ваш взгляд на космос как физика отличается от взгляда людей, далеких от науки. Какие неправильные выводы такие люди делают относительно Вселенной?
Их много, но позвольте мне сосредоточиться на самой темной материи. Учитывая то, что они никогда ее не видели (не чувствовали ее тепла или запаха), многие люди, с которыми я говорю, с удивлением узнают о существовании темной материи и находят ее весьма загадочной — или даже уточняют, нет ли в этом какой-нибудь ошибки. Люди спрашивают, как это вообще может быть возможно, чтобы большую часть материи — в пять раз больше обычного вещества — нельзя было обнаружить с помощью современных телескопов.
Лично я бы ожидала чего-то противоположного (хотя далеко не все так считают). Для меня было бы куда большей загадкой, если бы вся материя, которую мы видим своими глазами, была единственное существующей материей. С чего бы нам иметь идеальные органы чувств, которые ощущают практически все? Большой урок, который физики получили за много веков, заключается в том, как много скрыто от нашего взора. С этой точки зрения вопрос должен звучать иначе: почему все, что мы знаем, должно сходиться с плотностью энергии, которой она обладает?
Ощущаете ли вы во Вселенной некое величие? Или ваши научные знания ставят все на свои места?
Когда я начала концентрироваться на идеях, лежащих в основе моей книги, я была поражена и очарована не только нашими текущими знаниями об окружающей среде — местной, солнечной, галактической и вселенской — но и тем, как сильно мы вообще надеемся понять все на нашем крошечном островке здесь, на Земле. Меня также поразили многочисленные связи между явлениями, которые позволяют нам существовать вообще.
Чтобы вы понимали, моя точка зрения не является религиозной. Я не вижу необходимости наделять все целью или смыслом. Тем не менее я беспомощно ощущаю эмоции, которые мы склонны называть религиозными, когда пытаюсь осознать необъятность Вселенной, наше прошлое и как это увязывается вместе. По-другому начинаешь смотреть на дурацкую повседневность. Это новое исследование позволило мне иначе взглянуть на мир и на многие кусочки Вселенной, которые создали Землю — и нас.
ЕЩЁ
Не так давно во время весенних каникул в Гарварде я решила навестить друзей в штате Колорадо, немного поработать там и покататься на лыжах. Скалистые горы - превосходное место для уединения и размышлений, где ночи так же великолепны, как и дни. В ясные ночи небо озаряют вспышки света от «падающих звезд» - этих крошечных древних метеорных тел, разрушающихся в вышине. В одну из ночей я со своим другом стояла у дома завороженная обилием светящихся объектов, прочерчивавших темное небо. Пару раз в поле моего зрения оказывались довольно заметные метеоры, а потом мы увидели действительно большой метеор, след от которого не пропадал несколько секунд.
Хотя я и физик, подобные зрелища нередко приводят меня в состояние умиротворения, и я просто наслаждаюсь ими. В этот раз, однако, я задумалась над тем, что это за объект и что может означать его траектория. Метеор - это конец истории длиной 4,5 млрд лет - секундная вспышка, свидетельствующая о том, что метеорное тело пролетело в атмосфере 50–100 км, прежде чем испариться и исчезнуть. Скорее всего, оно прошло над нашими головами на высоте тоже 50–100 км, именно поэтому мы видим его след как большую дугу в небе. Вот, в общем-то, и все - красивое зрелище и нечто такое, что мы можем как минимум частично объяснить. Когда я сказала, что эта чудесная картина на небосводе - результат сгорания в атмосфере частицы космической пыли или объекта размером с небольшой камешек, мой друг, который не был ученым, очень удивился и заявил, что, по его мнению, это был объект никак не меньше километра в поперечнике.
Наш разговор быстро перешел с красот ночного неба на масштабы катастрофы, которую могло вызывать падение на Землю объекта размером с километр. Вероятность столкновения объекта столь значительного размера с Землей мала, а вероятность падения любого крупного объекта в густонаселенном месте еще меньше. Тем не менее вид поверхности Луны (на Земле сохранилось слишком мало кратеров, чтобы делать по ним какие-либо выводы) говорит о том, что за время существования Земли с нею сталкивались миллионы крупных объектов размером от одного до 1000 км в поперечнике. Впрочем, большинство этих столкновений произошло миллиарды лет назад в период поздней тяжелой бомбардировки, которая, несмотря на название, наблюдалась вскоре после образования Солнечной системы, еще до того, как она приобрела более или менее стабильное состояние.
К счастью для жизни на Земле, частота падения крупных метеорных тел сильно уменьшилась со времен бомбардировки. Даже недавно упавший в Сибири метеорит, заснятый видеорегистраторами и с помощью мобильных телефонов, - Челябинский метеорит, который оставил яркий след в небе и в YouTube - имел в поперечнике всего порядка 20 м. Единственным недавним столкновением объекта такой величины, о которой говорил мой друг, было падение фрагментов кометы Шумейкеров - Леви на Юпитер в 1994 г. Исходный объект был крупнее и имел, возможно, несколько километров в поперечнике до того, как распался на части. Свидетельством последствий, к которым может привести падение фрагментов размером с километр, было темное облако величиной с Землю над поверхностью Юпитера. Двадцать метров в поперечнике - это крупный объект, но километр в поперечнике - совершенно другое дело.
Не стоит, однако, забывать, что история метеоритов связана не только с разрушением. Метеорные тела и микрометеороиды, постоянно обрушивающиеся на Землю, приносят и кое-что хорошее. Метеориты - фрагменты метеорных тел, достигшие поверхности Земли, вполне могли быть источниками аминокислот, принципиально важных для появления жизни, а также воды - другого ключевого компонента жизни в той форме, в какой мы ее знаем. Вне всякого сомнения, большинство извлекаемых нами из недр металлов также имеют внеземное происхождение. Можно также утверждать, что люди вряд ли появились бы без быстрого расцвета млекопитающих, которое произошло после столкновения Земли с метеорным телом (см. подробности в главе 12), уничтожившего динозавров.
Это гигантское массовое вымирание биологических видов, случившееся 66 млн лет назад, - лишь одна из множества историй, связывающих жизнь на Земле с эволюцией Солнечной системы. Настоящая книга о такой вроде бы абстрактной субстанции, как темная материя, изучением которой я занимаюсь, на самом деле посвящена взаимосвязи Земли с ее космическим окружением. Сейчас я перехожу к рассказу о том, что мы знаем об астероидах и кометах, сталкивавшихся с Землей, и о тех шрамах, которые они оставили после себя. Я также коснусь вопроса о том, что может столкнуться с нашей планетой в будущем и можно ли избежать визитов этих разрушительных и нежелательных гостей.
Гром среди ясного неба
Такое необычное явление, как падение космических объектов на Землю, кажется настолько невероятным, что официальная наука первоначально просто не принимала за достоверные большинство сообщений о подобных случаях. Хотя в эпоху античности люди верили в то, что объекты из космоса могут достичь поверхности Земли, а крестьяне в более близкие к нам времена были уверены в этом, более просвещенные классы относились к подобной идее с подозрением вплоть до XIX в. Необразованные пастухи, наблюдавшие падение объектов с неба, знали, что это такое, однако их свидетельства не внушали доверия, поскольку многие из них рассказывали о воображаемых событиях. Даже ученые, которые в конечном итоге признали тот факт, что объекты падают на нашу планету, поначалу не верили, что эти камни имеют космическое происхождение. Они предпочитали искать их источник на Земле, в частности видели его в вулканах.
Космическое происхождение метеоритов стало частью общепринятых представлений только в июне 1794 г. после случайного падения камней на территории Академии в Сиене, где это событие наблюдало множество образованных итальянцев и британских туристов. Все началось с высокого темного облака, откуда вслед за камнями, обрушившимися, как дождь, на землю, пошел дым, посыпались искры и появилась медленно движущаяся красная молния. Аббат Амброджо Сольдани в Сиене счел упавший материал достаточно интересным, чтобы собрать свидетельства очевидцев и отправить образец жившему в Неаполе химику Гульельмо Томсону - под этим псевдонимом скрывался Уильям Томсон, которому пришлось покинуть Оксфорд в результате скандала из-за его отношений с мальчиком-прислужником. Тщательное исследование образца указало на внеземное происхождение объекта. Это было более здравое объяснение, чем притянутые за уши предположения о циркуляции лунного происхождения или молнии, ударившей в пыль. Оно было также более осмысленным, чем вроде бы разумное альтернативное предположение о вулканическом происхождении этих камней из активного тогда Везувия. Идея о вулканическом источнике была вполне объяснима, поскольку по чистой случайности извержение Везувия произошло всего лишь за 18 часов до этого. Однако Везувий находился в 320 км и совсем не в той стороне, поэтому вулканическую теорию отвергли.
Вопрос о происхождении метеорных тел был окончательно решен химиком Эдвардом Говардом при содействии французского аристократа и ученого Жака Луи, графа де Бурнона, бежавшего в Лондон во время Французской революции в 1800 г. Говард и граф сделали анализ метеорита, упавшего недалеко от Бенариса в Индии. Как выяснилось, содержание никеля в его составе намного превышало концентрацию этого металла, характерную для поверхности Земли, а также для каменистых пород, сплавленных под действием высокого давления. Химический анализ, выполненный Томсоном, Говардом и графом де Бурноном, был именно тем, чего не хватало немецкому ученому Эрнсту Флоренсу Фридриху Хладни для подтверждения его собственной гипотезы о том, что скорость падения таких объектов на Землю слишком велика для принятия других объяснений, кроме космической. Что любопытно, падение небесного объекта в Сиене произошло всего через два месяца после публикации книги Хладни «О происхождении железных тел» (On the Origin of Ironmasses), которая получала - увы! - неблагоприятные отзывы и негативные оценки до тех пор, пока одна берлинская газета два года спустя не удосужилась написать о сиенском падении.
В Англии более широкую популярность получила небольшая книга Эдварда Кинга, члена Королевского научного общества, опубликованная в том же году. Книга Кинга была посвящена сиенскому событию и содержала множество ссылок на работу Хладни. В Англии доводы в пользу космического происхождения метеоритов появились еще раньше, 13 декабря 1795 г., после падения камня весом более 25 кг в Уолд-Коттидже, графство Йоркшир. С учетом растущего доверия к методам химии, которую не так давно перестали смешивать с алхимией, и свидетельств множества очевидцев в XIX в. метеориты, наконец, признали тем, чем они являются на самом деле. C той поры на нашу планету упало немало объектов бесспорно внеземного происхождения.
Более близкие к нашему времени события
Заголовки с упоминанием метеорных тел и метеоритов гарантированно привлекают всеобщий интерес. Однако, несмотря на живой интерес к этим ярким явлениям, не следует забывать, что Земля сегодня в целом находится в равновесии с Солнечной системой, и драматические события случаются нечасто. Почти все метеорные тела недостаточно велики, чтобы проникнуть дальше верхних слоев атмосферы, где подавляющая часть их твердого материала испаряется. Более крупные объекты прилетают лишь изредка. Мелкие частицы, однако, постоянно бомбардируют Землю. Большинство микрометеороидов, входящих в атмосферу, настолько малы, что даже не сгорают. Объекты размером с миллиметр тоже падают довольно часто - пожалуй, каждые 30 с - и сгорают без каких-либо последствий. Объекты крупнее 2–3 см частично сгорают в атмосфере, и их фрагменты вполне могут достичь земной поверхности, но они слишком малы, чтобы заметить их.
Раз в несколько тысяч лет большой объект может взрываться в нижних слоях атмосферы. Крупнейшее из таких событий, о которых нам известно, произошло в 1908 г. в районе Подкаменной Тунгуски, Россия. Даже без столкновения с поверхностью взрыв такого объекта в атмосфере может оставить заметный след на Земле. Мы не знаем, что именно взорвалось в небе недалеко от реки Подкаменная Тунгуска в сибирской тайге - астероид или комета. Сила взрыва этого примерно 50-метрового болида - космического объекта, который разрушается в атмосфере - была равна 10–15 Мт в тротиловом эквиваленте, что в 1000 раз больше атомного взрыва в Хиросиме, но меньше самого мощного из испытанных когда-либо ядерных зарядов. Взрыв уничтожил лес на площади 2000 км 2 , а сила его ударной волны оценивается примерно в 5 баллов по шкале Рихтера. Примечательно, что в том месте, где предположительно находился эпицентр взрыва, деревья так и остались стоять, но в округе лес был полностью повален. Размер зоны стоящих деревьев и отсутствие кратера говорят о том, что тело разрушилось на высоте от 6 до 10 км.
Оценки риска повторения такого события варьируют в определенной мере из-за неоднозначности оценок размера тунгусского объекта, которые колеблются от 30 до 70 м. Объекты с размерами в этом интервале могут падать на Землю с частотой от раза в несколько сотен лет до раза каждые 2000 лет. Так или иначе, большинство метеорных тел падают на Землю в сравнительно безлюдных местах, поскольку густонаселенные районы довольно сильно разбросаны.
Тунгусское метеорное тело - не исключение в этом смысле. Оно взорвалось над незаселенной областью Сибири в 70 км от ближайшей фактории и еще дальше от ближайшей деревни - села Нижнекарелинское. Взрыв тем не менее был достаточно силен, чтобы в этой не слишком близкой деревне выбить все окна и сбить с ног прохожих. Жителям деревни приходилось отворачиваться от ослепительно яркой вспышки в небе. Через два десятилетия после взрыва ученым, посетившим этот район, рассказали, что местные пастухи слышали оглушительный гром, а двое даже умерли от ударной волны. Последствия для животного мира были ужасными - от пожара, начавшегося в результате взрыва, погибли едва ли не 1000 оленей.
Последствия взрыва ощущались и на значительно большей территории. Грохот слышали люди на расстоянии, равном ширине Франции, а атмосферное давление изменилось на всем земном шаре. Ударная волна обогнула земной шар три раза. По сути, многие разрушительные последствия падения более крупного и лучше изученного Чиксулубского метеорита, который уничтожил динозавров, о чем мы поговорим далее, наблюдались и после падения Тунгусского метеорита - сильные ветры, пожары, изменение климата и исчезновение почти половины озона в атмосфере.
Однако, поскольку метеорное тело взорвалось в отдаленном и незаселенном районе, а средства массовой информации в те времена не были развиты, большинство людей почти ничего не знали об этом гигантском взрыве еще несколько десятилетий, пока в результате исследований не были установлены подлинные масштабы опустошения. Мало того, что тунгусское событие произошло в отдаленных местах, распространению информации о нем помешали Первая мировая война, а потом революция в России. Случись этот взрыв на час раньше или позже, он мог прийтись на густо населенный регион, где атмосферные эффекты или цунами в океане привели бы к гибели тысяч людей. В этом случае след остался бы не только на поверхности Земли, но и в истории XX в. и, скорее всего, сильно повлиял бы на последующую политику и развитие науки.
За столетие, прошедшее после тунгусского взрыва, на Землю упало несколько меньших, но все же заслуживающих внимания, небесных объектов. Болид, взорвавшийся в атмосфере в районе Амазонки в Бразилии в 1930 г., был, пожалуй, одним из крупнейших, хотя это событие плохо подтверждено документально. Сила его взрыва была меньше, чем в тунгусской тайге, и, по оценкам, составляла от 1/100 до 1/2 от тунгусского болида. Тем не менее масса метеорного тела превышала 1000 т и, не исключено, что достигала 25 000 т, а выделившаяся энергия приближалась к 100 кт в тротиловом эквиваленте. Оценки риска варьируют, однако объекты размером от 10 до 30 м могут падать на Землю с частотой от раза в десятилетие до раза в несколько сотен столетий. Расчетная частота сильно зависит от размера объекта. При варьировании размера тела в два раза оценки различаются в 10 раз.
Болид, аналогичный по размерам Амазонскому, взорвался на высоте 15 км над Испанией двумя годами позже, выделив энергию примерно 200 кт в тротиловом эквиваленте. За последующие полвека взрывы происходили еще несколько раз, но ни один из них не идет ни в какое сравнение с событием в Бразилии, поэтому я не буду перечислять их. Внимание заслуживает лишь так называемый инцидент Vela, произошедший в 1979 г. между Южной Атлантикой и Индийским океаном. Свое название он получил по названию американского разведывательного спутника Vela, который засек вспышку. Хотя первоначально его причиной посчитали метеорное тело, сейчас многие рассматривают это событие как наземное испытание ядерного оружия.
Конечно, средства наблюдения обнаруживают и настоящие болиды. Инфракрасные датчики Министерства обороны США и датчики Министерства энергетики США, работающие в видимой части спектра, зарегистрировали 1 февраля 1994 г. взрыв метеорного тела размером от 5 до 15 м над Тихим океаном в районе Маршалловых островов. Его видели и два рыбака у побережья острова Корае, Микронезия, за несколько сотен километров от того места, где он произошел. Еще один взрыв 10-метрового объекта мощностью 25 кт в тротиловом эквиваленте произошел в 2002 г. над Средиземным морем между Грецией и Ливией. Более недавнее событие наблюдали 8 октября 2009 г. недалеко от города Боне, Индонезия. Возможно, это был результат взрыва объекта около 10 м в диаметре мощностью 50 кт.
Блуждающие кометы или астероиды также могут быть источником метеорных тел. Траектории удаленных комет трудно предсказать, однако достаточно крупные астероиды можно обнаружить задолго до их приближения к Земле. Астероид, который упал в Судане в 2008 г., был из разряда значительных. В том году 6 октября ученые определили, что обнаруженный ими астероид должен столкнуться с Землей на следующее утро. И это произошло. Столкновение не было крупным, а рядом с местом падения никто не жил. Вместе с тем этот случай показал, что падение небесных тел в некоторых случаях можно предсказать, хотя насколько рано мы узнаем об этом, зависит от чувствительности нашей аппаратуры, размера объекта и его скорости.
Самым недавним заметным событием было падение Челябинского метеорита, оно произошло 15 февраля 2013 г. и осталось не только на фотографиях, но и в воспоминаниях людей. Этот болид взорвался на высоте 20-50 км над южной частью Уральского региона России. Сила взрыва составила 500 кт в тротиловом эквиваленте, его основная часть рассеялась в атмосфере, однако взрывная волна все же достигла поверхности Земли через несколько минут. Виновником события стал астероид 15-20 м в поперечнике и весом около 13 000 т, который двигался, по расчетам, со скоростью 18 км/с - примерно в 60 раз быстрее звука. Наблюдатели не только видели взрыв, но и ощущали тепло, выделявшееся в результате торможения объекта в атмосфере.
От взрыва пострадали около 1500 человек, но по большей части из-за вторичных последствий, таких как выбитые оконные стекла. Количество пострадавших оказалось таким большим из-за того, что многие бросились к окнам посмотреть на быстро летящий источник ослепительного света - необычное зрелище. Как в фильме ужасов, свет в небе заставил людей подойти к самому опасному месту именно в тот момент, когда пришла ударная волна и нанесла наибольший урон.
Вдобавок к шумихе, поднявшейся в средствах массовой информации, как раз во время падения метеорного тела появились сообщения о приближении другого астероида к Земле. Если Челябинский метеорит подошел незамеченным, то этот другой 30-метровый объект, максимально приблизившийся к Земле примерно 16 часов спустя, так и не вошел в атмосферу. Немало людей высказывали идею об общем происхождении обоих астероидов, однако последующие исследования показали, что это, скорее всего, не так.
Объекты, сближающиеся с землей
Помимо предсказанного в феврале 2013 г. астероида с Землей сближались многие другие объекты, которые, хотя и не входили в атмосферу, неизменно привлекали большое внимание. Те же объекты, которые все же сталкивались с Землей, в большинстве своем были безвредными. Так или иначе, прошлые столкновения реально оказывали воздействие на геологическое строение и биологию нашей планеты, и нет никаких гарантий, что это не повторится в будущем. С углублением наших знаний об астероидах и (возможно, преувеличенным) осознанием их потенциальной опасности активизируется поиск объектов, которые могут пересекать орбиту Земли.
Наиболее часто столкновения (хотя и не обязательно самые крупные) происходят с так называемыми околоземными объектами , которые находятся довольно близко к Земле и приближаются к Солнцу на расстояние, не более чем на 30% превышающее расстояние между Землей и Солнцем. Этому критерию отвечают около 10 000 околоземных астероидов и чуть меньшее число комет, а также некоторые крупные метеорные тела и даже с формальной точки зрения обращающиеся вокруг Солнца космические аппараты.
Околоземные астероиды делятся на несколько категорий (рис. 16). Тела, которые входят в околоземное пространство и приближаются к Земле, не пересекая ее орбиту, называют Амурами по названию обнаруженного в 1932 г. астероида, который подошел к Земле на 16 млн км, или 0,11 а. е. Хотя они и не пересекают в настоящее время нашу траекторию, есть опасения, что возмущения, вызванные Юпитером или Марсом, могут увеличить эксцентриситет их орбит и привести к пересечению с земной орбитой. Аполлоны - их название тоже связано с конкретным астероидом - в настоящее время пересекают земную орбиту в радиальном направлении, хотя из-за того, что их орбиты находятся выше или ниже плоскости эклиптики (кажущаяся траектория Солнца на небе, определяющая плоскость земной орбиты), на практике они не сталкиваются с Землей. Траектории их движения, однако, могут измениться со временем и отклониться в опасном направлении. Вторую категорию пересекающихся с Землей астероидов, отличающихся от Аполлонов расположением их орбит, которые меньше орбиты Земли, называют Атонами . Семейство Атонов также носит название одного из астероидов этого типа. Последней категорией околоземных астероидов являются Атиры - орбиты этих тел полностью находятся в пределах орбиты Земли. Их трудно обнаружить, поэтому нам известно лишь несколько таких астероидов.
Околоземные астероиды живут не так долго по геологическим и космологическим меркам. Они находятся в околоземной области не больше нескольких миллионов лет, прежде чем уйти из Солнечной системы или столкнуться с Солнцем или какой-нибудь планетой. Это означает, что для поддержания населения в области, близкой к земной орбите, в нее должны постоянно приходить новые астероиды. Возможно, этому способствуют возмущающие воздействия Юпитера на астероидный пояс.
Большинство околоземных астероидов - каменные тела, помимо них имеется довольно много углистых астероидов, содержащих углерод. Размеры более 10 км в поперечнике имеют только Амуры, которые в настоящее время не пересекают нашу траекторию. Среди Аполлонов, однако, довольно много объектов размером более 5 км в поперечнике - этого вполне достаточно, чтобы вызвать значительные разрушения, окажись они на пути Земли. Самым крупным околоземным астероидом с диаметром 32 км является Ганимед, названный так по имени сына троянского царя. Ганимедом называют и один из спутников Юпитера, но это совершенно другой объект. Он тоже самый крупный, но среди спутников в Солнечной системе.
Околоземные астероиды стали в последние 50 лет еще одной областью интенсивных исследований. До этого никто не принимал всерьез идею о возможности их столкновения с Землей. Сейчас же во всем мире ведется работа по каталогизации околоземных астероидов и слежению за ними. Когда я последний раз была на Канарских островах и посещала обсерваторию на Тенерифе, ее директор с десятком студентов занимался анализом данных в поисках астероидов. Тамошний телескоп нельзя назвать большим и современным, однако на меня произвели впечатление заинтересованность студентов и знание методов поиска.
В более современных телескопах для поиска астероидов используются приборы с зарядовой связью, т. е. полупроводниковые матрицы, преобразующие фотоны в электрический заряд и идентифицирующие место падения фотонов. Автоматические системы считывания также повышают частоту обнаружения астероидов. На веб-сайте Центра малых планет Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики MAC (http://www. minorplanetcenter. net/) публикуются последние номера обнаруженных малых планет, комет и приближающихся объектов.
По очевидным причинам, наибольшее внимание уделяется орбитам, близким к орбите Земли. США и Европейский союз сотрудничают в поисках таких объектов в рамках инициативы Spaceguard, названной так в знак признательности Артуру Кларку за научно-фантастический роман «Свидание с Рамой». Задачу первой программы Spaceguard определили в обзорном докладе для Конгресса США 1992 г., на основе которого было принято решение идентифицировать в течение десятилетия большинство околоземных объектов размером более километра. Километр - значительный размер, он больше, чем размер самого маленького объекта, способного нанести ущерб, однако на этой величине остановились потому, что километровые объекты легче обнаружить и они способны привести к глобальным разрушениям. По счастью, известные нам километровые объекты по большей части находятся на орбитах между Марсом и Юпитером в поясе астероидов. Пока они не изменят орбиты и не превратятся в околоземные объекты, опасности в них нет.
Активные наблюдения, предсказания орбит и компьютерное моделирование позволили астрономам достичь цели инициативы Spaceguard - идентифицировать большинство километровых околоземных объектов - в 2009 г., практически в установленные сроки. По последним данным, количество километровых и более крупных околоземных астероидов приближается к 940. Комиссия, созданная Национальной академией наук США, определила, что даже с учетом всех неопределенностей это число является довольно точным, а общее количество таких объектов не превышает 1100. Активный поиск помог, кроме того, идентифицировать около 100 000 астероидов и примерно 10 000 околоземных астероидов размером менее километра.
Большинство крупных околоземных астероидов, поиск которых определен инициативой Spaceguard в качестве цели, являются пришельцами из внутренней и центральной областей пояса астероидов. Комиссия Национальной академии наук установила, что около 20% их орбит находится в пределах 0,05 а. е. от Земли. Такие астероиды называют «потенциально опасными околоземными объектами». По заключению Академии, ни один из этих объектов не представляет угрозы в текущем столетии, что, конечно, не может не радовать. Впрочем, такой вывод совершенно неудивителен, если учесть, что ожидаемая частота столкновений километровых объектов с Землей не превышает одного раза в несколько сотен тысяч лет.
Фактически известен всего лишь один околоземный объект со значимой вероятностью столкновения с Землей в недалеком будущем. Однако вероятность его приближения составляет всего 0,3%, да и то не раньше 2880 г. Нам практически ничего не угрожает, по крайней мере в настоящее время, даже с учетом всех неопределенностей. Некоторые астрономы поначалу высказывали опасения относительно другого астероида - демонического 300-метрового Апофиса, который, по расчетам, должен максимально сблизиться с Землей в 2029 г. и пройти мимо, а после этого вернуться в 2036 или 2037 г. и, возможно, столкнуться с нею. По предположениям, траектория астероида пройдет через так называемый «гравитационный коридор», который может направить его к Земле. Однако дальнейшие расчеты показали, что это ложная тревога. Ни Апофис, ни какой-либо другой известный нам объект не должен столкнуться с Землей в обозримом будущем.
На этом месте можно было бы вздохнуть с облегчением, если бы не более мелкие объекты, которых нельзя сбрасывать со счетов. Хотя они и меньше километра по размеру и не могут нанести ущерб такого же масштаба, частота их приближения к Земле и падения значительно выше. Поэтому цель инициативы Spaceguard была в 2005 г. пересмотрена и теперь предусматривает обнаружение, каталогизацию и описание не менее 90% потенциально опасных околоземных объектов размером более 140 м . Результатом этой работы вряд ли будет обнаружение чего-либо реально катастрофического, однако каталогизация - дело хорошее.
Оценка риска
Понятно, что астероиды время от времени очень сильно сближаются с Землей. Случаются и столкновения, однако их ожидаемая частота и тяжесть последствий остаются предметом споров. Сказать, столкнется что-либо с Землей или нет и нанесет ли это ущерб в обозримом будущем, окончательно и определенно мы не можем.
Должны ли мы беспокоиться? Все зависит от масштабов, затрат, чувства страха, решимости стран принять необходимые меры и наших представлений о подконтрольности событий. Физические аспекты, рассматриваемые в этой книге, касаются, главным образом, процессов, происходящих в течение миллионов и даже миллиардов лет. Модель, над которой я работала (мы будем говорить о ней в следующей части книги), связана с периодическими, с частотой 30-35 млн лет, столкновениями с крупными (несколько километров в поперечнике) метеорными объектами. Ничто из этого по масштабам времени не может представлять насущную проблему для человечества. Людям хватает гораздо более неотложных забот.
Как бы то ни было, даже если это и небольшое отступление от темы, книга о столкновениях с метеорными телами не может быть хорошей без изложения научных представлений об их потенциальном влиянии на наш мир. Эта тема настолько часто фигурирует в новостях и разговорах, что будет не лишним процитировать некоторые нынешние оценки. Прогнозами пользуются и правительства, когда дело доходит до обсуждения вопросов обнаружения астероидов и предотвращения их столкновения с Землей.
В соответствии с Законом о консолидированных бюджетных ассигнованиях на 2008 г. NASA предложило Национальному научному совету Национальной академии наук США провести исследование околоземных объектов. Цель заключалась не в решении теоретических проблем столкновения, а в оценке риска столкновения с блуждающими астероидами и возможности уменьшения этого риска.
Внимание было сфокусировано на исследовании небольших околоземных объектов, которые сталкиваются с Землей намного чаще и которые потенциально можно увести от Земли. Кометы на короткопериодических орбитах сходны по своим траекториям с астероидами, поэтому их можно обнаруживать таким же образом. Долгопериодические кометы практически невозможно засечь заранее. К тому же они приходят со всех сторон и с меньшей вероятностью оказываются в экваториальной плоскости земной орбиты, что затрудняет поиск. Так или иначе, хотя некоторые из последних событий вполне могли быть связаны с кометами, кометы появляются в окрестностях Земли намного реже. И, наконец, практически нет возможности обнаруживать долгопериодические кометы с таким упреждением, чтобы успеть что-то предпринять, даже если бы технические возможности позволяли нам отклонять астероиды. Таким образом, поскольку в настоящий момент невозможно составить каталог опасных долгопериодических комет, текущие исследования ограничиваются астероидами и короткопериодическими кометами.
Вместе с тем долгопериодические кометы - или как минимум кометы, приходящие из внешней области Солнечной системы - станут объектами пристального внимания позднее. Объекты из внешней области Солнечной системы связаны намного слабее, поэтому возмущениям - гравитационным и другим - легче столкнуть их с орбиты и направить внутрь Солнечной системы или за ее пределы. Несмотря на то что они не входят в число объектов, на которые распространяется исследование Академии наук, интерес ученых к ним не пропадает.
Выводы ученых
В 2010 г. Национальная академия наук США представила свои данные по астероидам и связанным с ними угрозами в документе под названием «Защита планеты Земля: отчет о результатах слежения за околоземными объектами и стратегиях снижения риска столкновения». Ниже я представлю наиболее интересные выводы из этого документа и приведу некоторые таблицы и графики вместе с комментариями, поясняющими их содержание.
При интерпретации цифр не забывайте учитывать относительную низкую плотность густонаселенных городских районов, на долю которых, по оценкам Проекта по глобальному картированию городов, приходится примерно 3% территории Земли. Хотя опустошение никакого района восторга не вызовет, самые большие опасения связываются с городскими территориями. Низкая плотность городов на поверхности Земли приводит к тому, что частота причинения значительного ущерба относительно небольшими внеземными объектами приблизительно в 30 раз ниже частоты их падения. Так, если по прогнозам объект размером от 5 до 10 м будет сталкиваться с Землей раз в столетие, то попадания такого объекта в крупный город следует ожидать не чаще раза в три тысячелетия.
Следует также учитывать большую неопределенность практически всех прогнозов, которая оценивается в лучшем случае как десятикратная. Одной из причин обилия историй в средствах массовой информации об опасности приближающихся к нам удаленных объектов, которые в итоге оказываются пустыми, является то, что даже несущественная ошибка в определении траектории сильно меняет расчетную вероятность столкновения. Вдобавок мы не можем полностью оценить масштабы воздействия и ущерб, который могут нанести даже известные крупные объекты. Вместе с тем даже при всех неопределенностях результаты исследования Национальной академии наук довольно надежны и полезны. Итак, принимая во внимание существующую неопределенность, перейдем к рассмотрению сравнительно недавних (относящихся к 2010 г.) статистических данных.
Моя любимая таблица приведена на рис. 17. Она показывает, что падения астероидов приводят к гибели в среднем 91 человека в год. Хотя последствия падения астероидов не идут ни в какое сравнение с наиболее серьезными причинами гибели людей - теми, что сопоставимы по масштабам со смертельными происшествиями с инвалидами-колясочниками (не показаны), - число 91 в таблице напротив астероидов немного удивляет и кажется тревожно высоким. К тому же оно выглядит абсурдно точным с учетом тех неопределенностей, о которых мы говорили. Конечно, не каждый год именно 91 человек гибнет в результате падения астероидов. На деле за всю историю документально зафиксировано лишь несколько подобных случаев. Столь высокое число обманчиво, поскольку оно учитывает последствия грандиозных столкновений, которые, как говорилось, случаются очень редко. Диаграмма на рис. 18 поясняет это.
Из этой диаграммы следует, что подавляющая часть приведенного в таблице числа фатальных исходов связана с крупными объектами, столкновения с которыми происходят чрезвычайно редко. На это указывает пик, приходящийся на диаметр в несколько километров. Такие события крайне редки, это своего рода «черные лебеди» столкновений с астероидами. Если ограничиться объектами размером менее 10 м, то число фатальных исходов в год падает до нескольких единиц, причем это верхний лимит. Так какую же частоту падения объектов разных размеров следует реально ожидать? Найти ответ на этот вопрос помогает еще одна диаграмма (рис. 19). Она более сложна, однако отнеситесь к этому с пониманием. Фактически это квинтэссенция наших текущих представлений.
Хотя понять, о чем говорит эта диаграмма, труднее, она содержит массу информации. В ней используется логарифмическая шкала. Это означает, что с изменением размера частота (время) столкновений изменяется намного больше, чем может показаться. Например, если 10-метровый объект может сталкиваться с Землей раз в десятилетие, то 25-метровый - уже раз в 200 лет. Это также означает, что небольшие изменения измеряемых параметров могут очень сильно влиять на предсказания.
На верхней оси показано, какую энергию в мегатоннах выделяет объект заданного размера, если он движется со скоростью 20 км/с. Например, 25-метровый объект выделяет энергию, эквивалентную энергии взрыва одной мегатонны тротила. Диаграмма также демонстрирует ожидаемое количество объектов в зависимости от размеров и их вероятную яркость, характеризующую возможность обнаружения и слежения за объектом. Мелкие астероиды, хотя их количество значительно, более сложно обнаружить в силу миниатюрности таких объектов и, как следствие, меньшей яркости.
Расчетная частота столкновений, например, с 500-метровым объектом составляет раз в 100 000 лет, с километровым объектом - раз в 500 000 лет и с 5-километровым объектом - раз примерно в 200 млн лет. Из диаграммы также следует, что столкновения с 10-километровым телом, т. е. таким телом, которое привело к вымиранию динозавров, следует ожидать раз в 10-100 млн лет.
Если вас интересует только частота столкновений, то лучше воспользоваться более простым графиком на рис. 20. Обратите внимание на то, что в верхней части вертикальной оси находятся меньшие значения, а в нижней - большие, поэтому крупные столкновения случаются намного реже, чем мелкие. Учтите также то, что на вертикальной оси указаны числа в экспоненциальном представлении, иными словами, они показывают, сколько раз число 10 следует умножить на само себя. Например, 10 1 - это 10, 10 2 - 100, а 10 0 - единица.
Наконец, чтобы дать представление о степени опасности объектов разного размера, я приведу еще одну таблицу, составленную на основе результатов исследования Национальной академии наук (рис. 21). Из нее следует, что столкновение с объектом диаметром в несколько километров будет иметь глобальный эффект. Столкновения с крупными метеорными телами случаются намного реже, чем другие природные катаклизмы, поэтому они не представляют непосредственной угрозы. Однако, если они происходят, последствия бывают катастрофическими. Таблица также показывает, что, например, объект размером 300 м может сталкиваться с Землей раз в 100 000 лет. Результатом могут быть повышение концентрации серы в атмосфере до уровня, сравнимого с уровнем после взрыва вулкана Кракатау, и нанесение ущерба жизни или как минимум сельскому хозяйству на большей части планеты. А еще эта таблица, как и предыдущие диаграммы, говорит о том, что атмосферный взрыв, сопоставимый с тунгусским, может происходить раз в тысячу лет. Детали любого такого катастрофического сценария, конечно, зависят от размера объекта и конкретного места, в котором он упадет.
Что делать
Какой вывод из этого следует? Прежде всего это замечательно, что столько объектов обращается вместе с нами в космосе. Мы считаем Землю особенной, но на деле, если взглянуть шире, она - всего лишь одна из внутренних планет Солнечной системы, обращающаяся вокруг конкретной звезды. Так или иначе, хотя мы и признаем близость наших космических соседей, второй вывод, который вытекает из сказанного, заключается в том, что астероиды - не самая большая угроза существованию человека. Столкновения могут происходить и даже могут наносить ущерб, но для людей они не представляют неминуемой опасности, по крайней мере в обозримом будущем.
Но даже если это так, вопрос о том, что делать в случае появления чего-то опасного, все равно должен возникать. Было бы обидно наблюдать за каким-нибудь объектом на опасной для Земли траектории на протяжении нескольких лет и не иметь возможности изменить свою судьбу. Отсутствие серьезной опасности не означает, что мы не должны ничего делать для защиты от разрушений в результате столкновения с метеорным телом или думать о предотвращении столкновения.
Не удивительно, что многие занимаются решением проблемы и существует множество предложений по защите от опасных космических объектов, хотя до создания реальных средств дело еще не дошло. Две основные стратегии защиты - это разрушение объектов или их отклонение. Разрушение само по себе - не лучшая идея. Если разорвать что-то угрожающее Земле на множество фрагментов, несущихся в том же направлении, то это, скорее всего, повысит шансы на столкновение. Хотя ущерб от отдельно взятого фрагмента будет меньше, суммарный эффект столкновения с множеством фрагментов вряд ли кого вдохновит.
Поэтому отклонение выглядит более разумным подходом. Большинство эффективных стратегий отклонения предполагают увеличение или уменьшение скорости приближающегося объекта, а не боковой толчок. Земля довольно мала и движется сравнительно быстро вокруг Солнца (со скоростью около 30 км/с). В зависимости от направления приближения объекта изменение его траектории так, чтобы он подошел раньше или позже всего на семь минут (за это время Земля успевает пройти расстояние, равное ее радиусу), способно превратить столкновение во впечатляющий, но безопасный пролет мимо. Для этого не требуется кардинального изменения орбиты. Если объект обнаружить заблаговременно, например за несколько лет до столкновения, то будет достаточно даже небольшой корректировки скорости.
Ни одно из предложений по отклонению или разрушению не спасет нас от объекта размером больше нескольких километров, способного вызвать глобальную катастрофу. К счастью, такого столкновения вряд ли стоит ожидать в ближайший миллион лет. В случае более мелких объектов размером до километра, от которых мы, в принципе, можем защититься, самым эффективным средством отклонения является ядерный взрыв. Однако международное право запрещает использование ядерного оружия в космическом пространстве, по крайней мере в настоящее время, поэтому такая технология не разрабатывается. Также можно, хотя это и значительно менее эффективно, использовать объект-таран, который передаст свою кинетическую энергию, т. е. энергию своего движения, приближающемуся астероиду. Когда имеется достаточное время, особенно если есть возможность осуществить несколько столкновений, такая стратегия может оказаться действенной в отношении астероидов размером до нескольких сотен километров. В числе других предложений по технологиям отклонения есть и солнечные панели, и космические аппараты, действующие как гравитационные буксиры, и реактивные двигатели - в общем все, что может создавать достаточную силу. Подобные методы вполне работоспособны в случае объектов величиной до сотни метров, однако только при обнаружении опасности за несколько десятилетий. Все это (как и сами астероиды) требует дальнейшего изучения, поэтому пока еще рано говорить, что именно будет работать.
Подобные предложения, хотя они интересны и заслуживают рассмотрения, в настоящее время не более чем взгляд в будущее. Ни одна из этих технологий в текущий момент не существует. Вместе с тем один проект «Астероидная угроза и оценка возможности отклонения астероида» (Asteroid Impact and Deflection Assessment), предназначенный для тестирования осуществимости идеи кинетического тарана, уже довольно серьезно прорабатывается. Также ведутся работы по другому проекту «Миссия по перехвату астероида» (Asteroid Redirect Mission), предполагающему перевод астероида или его части на окололунную орбиту и, возможно, организацию высадки на нем людей впоследствии. Так или иначе, реальное создание каких-либо конструкций по этим проектам еще не началось.
Некоторые возражают против создания антиастероидных технологий на том основании, что они могут быть опасными в более широком смысле. Есть опасения, например, что их будут использовать в военных целях, а не для спасения Земли, хотя, на мой взгляд, это очень маловероятно, учитывая то упреждение, которое необходимо для эффективного применения таких средств. Высказываются также соображения относительно психологической и социологической опасности обнаружения астероида на траектории столкновения с Землей, когда слишком поздно или нет технической возможности изменить что-либо, но, с моей точки зрения, это не более чем тактика оттягивания поиска решения, которая может использоваться против любых конструктивных предложений.
Даже если сбросить со счетов эти сомнительные опасения, у нас тем не менее остается вопрос, следует ли нам как-то готовиться к столкновениям с астероидами и если да, то когда. В действительности, это вопрос денег и ресурсов. Международная академия астронавтики организует встречи для обсуждения таких вопросов и выбора наилучшей стратегии. Мой коллега, который присутствовал на конференции во Флагстаффе, штат Аризона, в 2013 г., посвященной планетарной защите от астероидно-кометной опасности, рассказывал о том, как они отрабатывали действия на случай приближения астероида и должны были найти наилучшую стратегию организации учебной тревоги. Им надо было определить, «что делать с неопределенностью размера объекта и изменением орбиты со временем», «когда надо переходить к действиям», «в какой момент следует проинформировать президента» (конференция проходила в США, в конце концов), «в какой момент нужно начинать эвакуацию населения региона» и «когда необходимо запустить ракету с ядерным зарядом, чтобы предотвратить потенциальную трагедию». Эти вопросы, хотя они и показались мне в какой-то мере предназначенными для развлечения гостей, ясно продемонстрировали, что даже у действующих из лучших побуждений и хорошо информированных астрономов могут быть очень разные отношение и реакция на приближающийся космический объект.
Надеюсь, я убедила вас в том, что подобные угрозы не так уж и актуальны, даже если они и могут нанести ущерб. Хотя не исключено, что при неудачном стечении обстоятельств какой-нибудь астероид может столкнуться с Землей и уничтожить крупный населенный центр, шансы на реализацию такого сценария в обозримом будущем чрезвычайно малы. Как ученый я за то, чтобы учесть и просчитать траектории как можно большего количества космических объектов. Как энтузиаст я ратую за космический аппарат, который мог бы увести потенциально опасный околоземный объект на безопасную орбиту. Однако в реальности никто не знает наверняка, что лучше делать.
В конечном итоге общество должно понять, как в случае любой научной и технической программы, во что это нам обойдется, что мы узнаем и какие дополнительные выгоды получим. Теперь, когда вы знаете базовые факты, у вас есть возможность при необходимости выработать взвешенное мнение. Текущие данные помогают, но их нельзя считать полными. Точно так же, как при принятии многих политических решений, нам нужно связать научные предположения с практическими соображениями и моральными императивами. По моим представлениям, даже в отсутствие угрозы наука сама по себе достаточно интересна, чтобы заслуживать сравнительно небольших вложений в поиск новых астероидов и их исследование. Однако лишь время покажет, что в конце концов выберут общество и частный капитал.
The George E. Brown, Jr. Near-Earth Object Survey section of the NASA Authorization Act of 2005 (Public Law 109-155).