Угроза комет и астероидов

Сб, 04/05/2014 - 18:57

Реальной оценкой энергии Тунгусского феномена является величина ≈6 Мт (E=2,5*1023 эрг), мощность взрыва бразильского метеорита составила 1 Мт (взрыв водородной бомбы с тротиловым эквивалентом в 1 Мт), а энергия Сихотэ-Алинского метеорита оценивается в ≈20 кт (8*1020 эрг). Энергия соударения с Землей Аризонского метеорита эквивалента ≈250 Мт.
Учитывая эмпирическую зависимость, связывающую энергию землетрясения (E) с магнитудой (M) землетрясения по шкале Рихтера
lg E = 11,8 + 1,5 M,
находим, что энергия Тунгусского феномена эквивалентна землетрясению с магнитудой M=7,7, а для Аризонского метеорита M=8,8.

Энергия сильнейшего землетрясения (M=12) составляет примерно 6,3*1029 эрг (15*106 Мт), поэтому энергия соударения порядка 1030 эрг (что соответствует астероиду диаметром d ≈8 км) должна приводить к катастрофе глобального масштаба с нарушением земной коры. При этом размер кратера, образующегося на поверхности Земли, составит величину около D=100 км (в этом случае глубина кратера лишь примерно в 2 раза будет меньше средней толщины h=35 км земной коры).

При падении космического тела (астероида) диаметром около 10 км в океан глубиной 4-5 км возникнет «водяной» вал высотой порядка глубины океана на расстоянии около 25 км от места удара (при скорости падения тела в 20-30 км/с). При диаметре космического тела в 2 км высота вала на тех же расстояниях составит уже примерно 1 км. В случае падения метеорита диаметром всего ≈200 м в область океана со средней глубиной ≈0,6 км (средняя глубина Балтийского моря) должна образоваться волна с начальной амплитудой около 500 м.

При распространении волны от места удара (места падения тела) амплитуда волны затухает примерно обратно пропорционально ее радиусу, но оставаясь достаточно значительной на больших расстояниях. Так, для тела диаметром 2 км высота волны составляет примерно 10 м на расстоянии до 2 тыс. км от места падения. Цунами возникают при падении в океаны и моря даже не очень крупных космических тел.4

Если космическое тело не является астероидом (метеоритом), а является кометным ядром, то последствия столкновения с Землей могут быть еще более катастрофическими для биосферы из-за интенсивного рассеивания кометного вещества.

За всю историю человеческой цивилизации уже наблюдалось около 2 тысяч кометных появлений. Но почти для половины из них нет сведений о точных положениях этих комет (хотя бы для трех различых моментов времени). Поэтому ничего определенного об их орбитах сказать нельзя.
Наиболее точный и полный каталог кометных орбит — каталог Марсдена — за промежуток времени, равный 2065 годам, содержит сведения о 1029 кометных появлениях. Среди них только 659 различных комет: 114 являются короткопериодическими, 162 — долгопериодическими, 285 — с параболическими и 98 — с гиперболическими орбитами. Эксцентриситеты гиперболических орбит комет незначительно превышают единицу (например, наибольшим эксцентриситетом e=1,0063 обладала комета Сандиджа — 1972IV).

Это свидетельствует о том, что эти орбиты образовались из эллиптических (с эксцентриситетами, близкими к единице) под действием гравитационных возмущений от планет, поскольку из межвездного пространства должны были бы попадаться кометы с большими скоростями и движущиеся по резко выраженным гиперболическим орбитам. Следовательно, кометы являются членами Солнечной системы, а не пришельцами из межзвездных просторов.

Ежегодно открываются около десятка комет, а сотни и тысячи, вероятно, остаются необнаруженными. Довольно часто — один раз в два-три года — вблизи Земли и Солнца проходит яркая комета с большим хвостом, а общее число комет, подходящих к Солнцу на перигелийные расстояния q < 1 а.е. (т.е. пересекающих орбиту Земли), не более пяти в год. Вероятность столкновения кометы с Землей за время жизни одного поколения (примерно 70 лет) оценивается как 6 шансов из 10 миллионов. Однако, несмотря на ничтожную малость этой величины, земляне в 1908 г., по-видимому, «вытащили выигрышный билет», когда в Сибири в бассейне реки Подкаменной Тунгуски упало небесное тело, именуемое теперь «Тунгусским феноменом». В настоящее время существуют весомые основания считать, что это небесное тело было осколком ядра кометы Энке.

Деление ядра кометы на несколько частей (фрагментов) наблюдалось многократно. Так, периодическая комета Биелы (1846II) разделилась на две части на глазах у наблюдателей в середине января 1846 г. При этом каждый из компонентов попеременно оказывался ярче другого. В марте 1976 г. яркая комета Уэста (1976VI) после тесного сближения с Солнцем распалась на четыре вторичных ядра. Причиной разрушения кометы Уэста мог стать существенный прогрев ее ледяного ядра вблизи перигелия орбиты. Это способствовало образованию многочисленных микротрещин в ядре и взрывному выходу газов из полостей в ядре. Аналогичное явление наблюдается с айсбергами в океанах, которые иногда с оглушительным взрывом рассыпаются на мелкие куски.

А комета Шумейкеров-Леви 9 в 1992 г. «имела неосторожность» сблизиться с Юпитером. В результате могучие гравитационные объятия Юпитера разнесли ядро кометы на множество осколков. Летом 1994 г. они врезались в «поверхность» Юпитера, образовав гигантские вихревые структуры, сравнимые по размерам с Землей.

«Не удержалась» и комета Галлея. После очередного прохождения перигелия в 1986 г. она, удаляясь от Солнца и находясь между орбитами Сатурна и Урана, неожиданно «вспыхнула». 12 февраля 1991 г. было обнаружено увеличение ее яркости в триста раз! Ядро кометы, состоящее из «смеси» снега, льда, замерзших газов и космической пыли и имеющее размеры 14*7,5*7,5 км, по-видимому, столкнувшись с небольшим метеоритом, выбросило пылевое облако, растянувшееся на 300 тыс. км и светящееся отраженным солнечным светом. После этого комета раскололась на несколько частей (фрагментов).
В настоящее время установлена непосредственная связь между метеорными потоками и кометами (например, Галлея, Энке, Биелы), двигавшимися ранее по тем же орбитам. Метеорные тела — рой частиц, окружавших ядро кометы, — распределены по всей орбите кометы. Поскольку распад кометы есть процесс постепенный, то метеорные потоки могут существовать достаточно длительное время. Когда Земля пересекает орбиту кометы, она сталкивается с этим роем частиц, и наблюдается великолепное зрелище в виде огромного числа метеоров (иногда наблюдается до 1000 метеоров в минуту), разбегающихся как будто из одной точки неба — радианта. Это так называемый «метеорный дождь». Возмущение орбит метеоров планетами постепенно рассеивает метеорные потоки, и в итоге возникают так называемые спорадические (случайно появляющиеся) метеоры, не относящиеся к какому-то определенному потоку.

Распределения долгопериодических комет по большим полуосям их невозмущенных орбит (т.н. первичных орбит до момента вхождения кометы в зону действия планет) группируются в области больших полуосей 2*104≤a≤105 а.е. Опираясь на этот факт, Я.Оорт в 1950 г. сделал вывод о том, что Солнечная система должна быть окружена гигантским облаком комет (т.н. «облако Оорта»), располагающимся на расстоянии до 105 а.е. от Солнца. Оно и является источником, из которого под действием тяготения близко проходящих звезд время от времени вырываются кометы. Те из них, которые попадают во внутреннюю область Солнечной системы, и наблюдаются как новые кометы.5

Однако облако Оорта, скорее всего, представляет собой лишь слабый ореол («гало»), который окружает намного более вместительное хранилище комет с числом в сотни или тысячи раз большим (≈1013-1014)! Это хранилище (банк Хиллса) располагается гораздо ближе к Солнцу, на расстоянии не более а=20000 а.е. Внутренний банк Хиллса явно не проявляется, поскольку, в отличие от гало, кометы непосредственно из него не вырываются и, следовательно, не приходят во внутренние области Солнечной системы.6 Внутренний банк комет, уже более «жестко связанный» с Солнцем (более устойчивый к внешним возмущениям, обусловленным, например, прохождением вблизи него ближайших к Солнцу звезд), может быть источником, поставляющим кометные ядра в гало, откуда они и направляются в глубины Солнечной системы.

Возмущения внутреннего (более плотного, чем облако Оорта) кометного банка способны привести к резкому усилению потока в направлении к Солнцу, а следовательно, к довольно частым столкновениям комет с Землей. «Бомбардировка» Земли кометами должна происходить не непрерывно, а относительно короткими порциями. За время существования Солнечной системы (≈4,4 млрд. лет) могло произойти около десяти кометных бомбардировок, вызванных прохождениями звезд через внутренний кометный банк Хиллса. Длительность каждой такой бомбардировки в среднем в 1000 раз короче, чем промежуток времени между ними. С этими «кометными ливнями» (по некоторым оценкам, во время такого ливня за 500 тыс. лет на Землю может выпадать до 200 комет!) может быть связано вымирание некоторых биологических видов и массовое возникновение кратеров на Земле (значительное уменьшение прозрачности земной атмосферы за счет «кометной бомбардировки» может приводить к вымиранию сначала простейших, а затем более сложных видов, в частности, динозавров).7

Некоторые современные исследования свидетельствуют о том, что вымирание отдельных биологических видов, а также массовое появление кратеров на Земле в среднем происходило с одной и той же периодичностью примерно в 26 млн. лет. Причиной подобных событий могли быть интенсивные бомбардировки поверхности Земли кометными ливнями, а периодичность связана с повторяющимися с интервалом около 30 млн. лет прохождениями Солнца через галактическую плоскость. Массивные облака пыли и газа, сосредоточенные в плоскости Галактики, должны приводить к сильным возмущениям кометного банка, вызывая появление кометных ливней.

Возможно, однако, и иное объяснение, если предположить, что наше Солнце является не одиночной звездой, а компонентом двойной системы, тем более что кратные системы достаточно распространены в звездном мире. Спутница Солнца (уже названная в честь древнегреческой богини возмездия Немезидой) могла бы представлять собой небольшую «невидимую звезду» (т.н. черный карлик — практически несамосветящийся объект типа планеты), массой в несколько сотых долей (или еще меньше) массы Солнца. Обращаясь относительно Солнца (центра масс системы) по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом в 26 млн. лет, в перигелии своей орбиты эта звезда, приближаясь достаточно близко к Солнцу (на расстояние порядка тысячи астрономических единиц), вызывала бы обильные кометные ливни.

Периоду обращения этой звезды по эллиптической орбите T=26 млн. лет соответствует, согласно 3-му закону Кеплера, большая полуось орбиты, равная a=8,8*104 а.е. Учитывая, что последняя «кометная активность» (вызвавшая очередное исчезновение некоторых биологических видов) произошла около 11 млн. лет назад (что составляет почти половину периода T), спутница Солнца должна сейчас находиться вблизи наиболее удаленной от Солнца точки орбиты (афелия), что и не позволяет обнаружить ее в настоящее время.

Таким образом, кометно-астероидная опасность представляет собой реальную угрозу для значительного числа биологических видов организмов, находящихся на Земле. Падение на Землю небесных тел (астероидов или комет) с диаметрами d≥5 км способно вызвать катастрофу глобального масштаба (характерное время выпадения на Землю подобных объектов T=20-30 млн. лет), а при 0,5

В настоящее время ввиду отсутствия достаточной информации о распространенности различных объектов в Солнечной системе (особенно небесных тел размерами десятки и сотни метров, которые могут представлять опасность при их падении на Землю), а также неэффективности ныне возможных (обсуждаемых) методов отклонения объектов, падение которых на Землю способно вызвать глобальную катастрофу (ударное воздействие, доставка на поверхность объекта ракетных двигателей большой и малой тяги, использование солнечных парусов и т.п.), для разрешения проблемы предотвращения столкновений небесных тел с Землей необходимо проведение дальнейших исследований.

Сноски:

1) Хотя кометы подобно астероидам движутся вокруг Солнца, они существенно отличаются от них по химическому составу; кометы интенсивно рассеивают солнечный свет и поэтому, несмотря на малые размеры их ядер, они часто видны невооруженным глазом.
2) Обнаруженные на расстоянии от 32 до 35 а.е. от Солнца объекты астероидного типа, по-видимому, движутся в окрестности устойчивых треугольных точек либрации Нептуна и являются «троянскими астероидами» семейства Нептуна.
3) В настоящее время считается, что Хирон (a=13,7 a.e., e=0,38, i=6,9o) был «захвачен» из занептунного пояса.
4) При определении степени кометно-астероидной опасности необходимы оценки последствий по различным факторам — световое излучение, ударные волны, загрязнение атмосферы пылью и аэрозолями и т.п. Выброс соленой воды морей и океанов (в результате падения космического тела) на высоты порядка 20-30 км может приводить к сложным физико-химическим процессам (возможно, к разрушению озонового слоя и другим необратимым последствиям) в атмосфере Земли.
5) Под влиянием возмущений от близко проходящих звезд кометы облака Оорта могут направляться как в межзвездное пространство за пределы Солнечной системы, так и по направлению к Солнцу — во внутренние области Солнечной системы, образуя долгопериодические кометы. При этом ориентация орбит комет не должна иметь какого-либо привилегированного положения относительно плоскости эклиптики, что на самом деле и наблюдается.
6) Если число кометных ядер в банке Хиллса достаточно велико
(ок. 1014), то на пределе чувствительности современной аппаратуры в принципе можно наблюдать тепловое излучение заключенных в нем кометных ядер.
7) Однако не исключено, что кометные ливни, «высыпающие» на Землю большое количество вещества (в частности, органические молекулы), способны были дать начало органической жизни на Земле.

Другие материалы рубрики


  • О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства говорят как о рождении “из ничего”, которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Для физики пустое пространство совсем не “ничего”, а весьма существенная часть Вселенной, а мысль о рождении самого пространства может показаться вообще странной. Однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное “разбухание” пространства. С каждым днем доступная современным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет. Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его “становится больше”. Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько известно физикам, может неограниченно долго растягиваться не разрываясь. Растяжение и искривление пространства напоминает деформацию упругого тела тем, что “движение” пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени.
    Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для “создания” материи — это есть космический бутстрэп (bootstrap — в переводе “зашнуровка”, в переносном смысле — отсутствие иерархии в системе элементарных частиц).



  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Наблюдая и изучая особенности Млечного Пути, астрономы долгое время не могли понять общую структуру и историю нашей Галактики. До 1920 г. ученые не были уверены, что Галактика — отдельный объект, один из миллиардов подобных. К середине 50-х гг. они наконец составили план Галактики, представляющий собой величественный диск из звезд и газа. В 60-х гг. теоретики считали, что наша Галактика сформировалась на раннем этапе космической истории — по новейшим оценкам, около 13 млрд. лет назад — и с той поры не претерпевала существенных изменений.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт - на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. км/с. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость - 30 тыс. км/с (или 0,1 скорости света, так что цвет излучения начинает меняться все заметнее). А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено - лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.