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


  • В нашей Галактике за пределами Солнечной системы обнаружено несколько сотен планет. Исследовать их проще и дешевле при помощи автоматических зондов сверхмалого размера. Запускать эти аппараты можно с Земли из электромагнитной пушки, а ускорять и корректировать орбиты будут гравитационные поля встречных звезд.
    Полеты к звездам — любимая тема фантастов и авторов компьютерных игр. Лихо носятся их звездолеты на просторах Галактики! Вот только неясно — как и зачем? Но эти вопросы не очень волнуют любознательных читателей: «как» — это придумают инженеры, а уж «зачем» — вообще неприлично спрашивать. Вы только представьте: новые неизведанные миры, братья по разуму... Разве это неинтересно?!
    Но не все фантазии удается воплотить в жизнь. Романтическая эпоха поиска внеземных цивилизаций, рожденная в начале 1960-х успехами космонавтики и радиоастрономии, к концу столетия почти сошла на нет.



  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • В августе 1989 года с космодрома Куру ракетой-носителем Ариана 4 был запущен на орбиту вокруг Земли искусственный спутник HIPPARCOS. Название этого аппарата напоминает имя известного древнегреческого астронома Гиппарха (II в. до н.э.), открывшего явление прецессионного движения оси вращения Земли и предложившего первую фотометрическую шкалу измерения блеска звезд. Отдавая дань уважения Гиппарху, специалисты из Европейского Космического Агентства дали своему спутнику имя, которое они составили из первых букв полного названия научного проекта: HIgh Precision PARarallax COllecting Satellite — «Спутник для получения высокоточных параллаксов». Космический аппарат просуществовал на орбите 37 месяцев, и за это время он провел миллионы измерений звезд. В результате их обработки появились на свет два звездных каталога. Первый из них — HIPPARCOS.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Уходить от Солнца на еще большее расстояние, по подсчетам швейцарского астрофизика, нет смысла. Потому что в стадии красного гиганта Солнце пробудет всего несколько миллионов лет, а затем станет снова быстро сжиматься, превратится в белого карлика и начнет деградировать как источник энергии. И тогда Земле, чтобы получать достаточное количество тепла и света, понадобится орбита меньшая, чем сейчас у Меркурия. Но при таком приближении к светилу силы притяжения довольно скоро остановят вращение Земли вокруг ее оси. Планета будет повернута к Солнцу всегда одной стороной. Значит, жизнь на Земле быстро погибнет: на ночной стороне — от тьмы и холода, а на освещенной — от жары и губительного для всего живого ультрафиолетового и рентгеновского излучения, идущего от белого карлика.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • Невиданный успех фильма «Аватар» о событиях на экзопланете Пандора на самом деле может быть не такой уж и фантастикой. По крайней мере, обнаружение новых планет в других звездных системах дает нам надежды на то, что мы на самом деле увидим причудливых инопланетных существ.
    Фантастика зачастую является таковой лишь для определенной эпохи, и с развитием научно-технического прогресса она становится реальностью. Вот и «Аватар» не зря был снят, точнее, смонтирован именно сейчас — ведь еще десять-пятнадцать лет назад подобное казалось уж больно нереальным. Примерно, как обнаружение живого динозавра.
    Современные астрономы уже не отрицают, что где-то там, в других галактиках или даже в нашем родном Млечном пути, есть жизнь. Завлабораторией астроинформатики Главной астрономической обсерватории НАН Украины Ирина Вавилова так и говорит: «Считаю, что она существует. В форме простейших организмов — так точно».

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...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


  • 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