Планетарий: Космические лилипуты

Еще в конце XVII века английский астроном Эдмунд Галлей высказал предположение, что кометы могут падать на Землю, вызывая глобальные катастрофы, сходные с библейским Всемирным потопом. Он даже полагал, что от подобного столкновения могла образоваться впадина Каспийского моря – в те времена Каспий изображался на картах в виде круга, напоминающего гигантский кратер. С тех пор идеи космического столкновения-катастрофы время от времени высказывались разными учеными. Однако до определенного момента идеи эти были не более чем предположениями.

Если бы 65 млн. лет назад кто-то мог взглянуть на Землю с высоты 100 км, то этот гипотетический наблюдатель увидел бы над районом нынешнего мексиканского полуострова Юкатан грандиозный взрыв, выбросивший за пределы земной атмосферы огромную массу воды в виде гигантской воронки. К каким последствиям может привести падение на Землю даже сравнительно небольшого небесного тела, можно судить по реконструкциям этой предполагаемой катастрофы. По мнению большинства исследователей, тогда наша планета столкнулась с астероидом, имевшим примерно 10 км в поперечнике. В атмосфере Земли он развалился на обломки, которые, падая на поверхность планеты, произвели страшные разрушения. Взрывы колоссальной мощности вызвали землетрясения, ураганы и наводнения, выжгли все живое на десятки километров вокруг. Облака пыли, дыма, пепла и пара окутали всю Землю, на годы затмив Солнце, прошли кислотные дожди. Наступило долговременное похолодание. Это вызвало массовую гибель многих видов растений и животных, в том числе динозавров. Некоторые ученые считают, что подобные катаклизмы происходили в истории Земли неоднократно, повторяясь каждые 20—30 миллионов лет.

Первый астероид– Церера – был открыт в самом начале XIX века. Вслед за ним обнаружилось еще несколько подобных небольших небесных тел, движущихся вдалеке от Земли – между орбитами Марса и Юпитера. А в самом конце столетия был найден первый астероид, путь которого пролегал сравнительно недалеко от земной орбиты. И тут идея столкновения начала обретать зримые черты. Дело в том, что характер движения этого астероида, получившего сначала номер 433, а впоследствии название Эрос, оказался необычным. В отличие от своих предшественников, расположенных вдали от» Земли – между Марсом и Юпитером, он двигался таким образом, что его путь пересекал орбиту Марса и подходил к орбите Земли ближе, чем орбиты соседних больших планет. Минимальное расстояние между Эросом и Землей оказалось равным 22,5 млн. км.

В 1932 году был обнаружен астероид Аполлон, орбита которого, как оказалось, не просто приближается к земной, но даже пересекает ее. А спустя еще 5 лет Земля чуть не столкнулась с астероидом Гермес, пролетевшим на расстоянии, всего в 1,6 раза превышавшем «месторасположение» Луны. Этот небольшой, диаметром 800 м, астероид был замечен астрономами лишь за несколько дней до сближения с Землей, поэтому точно определить его орбиту не удалось, а вскоре он и вовсе пропал из поля зрения. Его повторного прохождения вблизи нашей планеты ученые не исключают, однако теперь оно вряд ли станет столь же неожиданным, поскольку астрономы разных стран ведут за приближающимися к Земле астероидами постоянные наблюдения.

Сейчас известно более 500 космических объектов с подобными орбитами. Они, получившие название околоземных астероидов или астероидов, сближающихся с Землей, сравнительно небольшие – лишь два наиболее крупных из них достигают 30—40 км в поперечнике. Считается, что помимо них существует еще и множество маленьких, пока недоступных для обнаружения с помощью телескопа объектов. Общее же число околоземных астероидов «оценивается» на сегодняшний момент в 5 000.

На сегодняшний день известно около 500 астероидов, чьи орбиты пересекаются с орбитой Земли. Некоторые астероиды движутся по очень сильно вытянутым эллиптическим траекториям. Например, астероид Икар оказывается то ближе к Солнцу, чем Меркурий, то даже дальше от Светила, чем Марс. Считается, что есть много пока еще не обнаруженных астероидов, движущихся именно по таким орбитам, и от них вполне можно ожидать неприятных сюрпризов.

Что же представляют собой эти космические «лилипуты», столь небезопасные для человечества?

Название «астероид» происходит от греческих слов «aster» – звезда и «eidos» – вид и означает «звездоподобный», или имеющий вид звезды. Названы эти объекты были так потому, что даже в самые мощные телескопы они, в отличие от планет с хорошо различимым диском и даже деталями на нем, были видны лишь как маленькие блестящие точки. А малыми планетами их назвали потому, что они, подобно Земле и другим крупным планетам Солнечной системы, движутся по орбитам вокруг нашего Светила. Подавляющее большинство астероидов расположено между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый главный пояс астероидов, хотя некоторые из объектов выходят далеко за эти пределы. Одни из них, например Адонис, Дедал, Икар, очень близко подходят к Солнцу, другие – напротив, значительно удалены от него. Последние формируют скопления между орбитами Сатурна и Урана, а также на самой «окраине» Солнечной системы – за орбитой Нептуна (внешний пояс астероидов). С точки зрения астрономии среди небесных тел выделяют планеты, движущиеся по орбитам вокруг Солнца, и спутники, движущиеся по орбитам вокруг планет. В группу планет попадают тела самого разного размера, в том числе и сравнительно небольшие, которые так и называют – малые планеты, или астероиды. С точки же зрения планетологии (геологии планет) важно не то, как данное небесное тело движется в Солнечной системе, а какие внутри него происходили и происходят геологические процессы. При таком подходе к планетным телам относятся не только собственно планеты, но и наиболее крупные спутники и столь же крупные астероиды. А вот мелкие спутники планетология относит к астероидному классу тел – это такие объекты, на которых вряд ли происходили геологические процессы, связанные с разогревом и выплавлением магм, и у которых, скорее всего, отсутствуют ядро и кора, характерные для планет. Диаметр таких малых тел не превышает 100—200 км. 

Несколько лет назад было обнаружено, что Земля движется по своей орбите вокруг Солнца, сопровождаемая не только Луной, но и еще по крайней мере четырьмя маленькими спутниками, которые даже во время минимального сближения с Землей расположены гораздо дальше, чем Луна, и видны только в очень сильные телескопы. Первым из таких объектов, названных квазиспутниками (то есть похожими на спутники, поскольку они совершают свои обороты не вокруг самой Земли, а вокруг земной орбиты), стал астероид (3753) Круинье, который движется вокруг Солнца по одной орбите с Землей, но по спирали, описывая протяженные «пируэты» вокруг Земли. Плоскость его орбиты сильно наклонена к земной, поэтому столкновение с ним нам не угрожает – в моменты пересечения с орбитой Земли он находится либо выше, либо ниже нее. Минимальное расстояние между Круинье и Землей составляет 15 млн. км, что в 40 раз больше, чем расстояние до Луны. Этот астероид движется по обширному пространству между орбитами Меркурия и Марса, но «осью» его перемещений в космосе служит орбита Земли, вокруг которой он делает один виток в год и постепенно, за десятилетия проходит путь в виде спирали, «намотанной» вокруг орбиты Земли. За последние 5 лет были открыты еще три астероида, находящиеся в подобном же динамическом резонансе с Землей. Полагают, что из-за близости к Земле и движения по орбитам, сходным с земной, такие «неправильные» спутники могут стать первыми кандидатами для полетов с целью добычи на них полезных ископаемых, если, конечно, они там окажутся.

Ни один из астероидов, кроме яркой Весты, невозможно увидеть с Земли невооруженным глазом, а большинство из них настолько малы, что определить их размеры и форму чрезвычайно трудно даже в сильный телескоп – ведь расположены они от Земли дальше, чем Марс. Поэтому, чтобы детально рассмотреть строение поверхности астероидов, надо подобраться к ним поближе. И это уже неоднократно было сделано с помощью автоматических станций. Первое достоверное представление о том, как выглядит поверхность небесного тела, сходного по размерам и плотности с астероидами, дали снимки Фобоса и Деймоса, полученные в 1972 году с американской станции «Маrinег-9». Эти спутники Марса считаются «заблудившимися» астероидами, проходившими вблизи планеты, попавшими в поле ее притяжения да так и оставшимися навсегда на орбитах вокруг Красной планеты. Впоследствии более подробные снимки Фобоса были переданы на Землю американской AC «Viking» и советской «Фобос-2». Оказалось, что форма Фобоса вытянутая, а его размеры составляют 27x21 км. В 1990-х годах космические станции были направлены и к «настоящим» астероидам. Причем большинство из них встречались с астероидами «попутно». Американская станция «Galileo» по дороге к Юпитеру пролетела вблизи Гаспры и Иды, обнаружив у Иды спутник названный Дактилем, – первый достоверно установленный спутник астероида. Итало-европейско-американская станция «Cassmi» на своем пути к Сатурну сфотографировала не большой (диаметром 15—20 км) астероид Мазурский, впервые определив его размеры. Направлявшиеся на встречу с кометами американские зонды «Deep Space 1» и «Stardust» прошли вблизи астероидов Брайль и Аннафранк, передав на Землю их фото.

Сейчас точно определены параметры орбит почти 66 000 астероидов. Каждый из них имеет свой порядковый номер, присваиваемый Международным астрономическим союзом. Почти у 11 000 из них есть собственные названия, перед которым, чтобы не запутаться, астрономы всегда указывают еще и порядковый номер: (1) Церера, (2) Паллада, (3) Юнона, (4) Веста и так далее. В последнее время в связи с совершенствованием методов астрономических наблюдений количество открытых астероидов растет в геометрической прогрессии, удваиваясь каждые 2 года, а вот присвоение новых названий идет с «постоянной скоростью» – примерно 1 200 названий в год.

Для американской станции NEAR «встреча» с астероидом (433) Эрос была главной целью полета, попутно же станция прошла еще и возле астероида Матильда диаметром 52 км – крупнейшего из астероидов, исследованных с помощью космических станций. О цели полета говорило уже само название этой станции – сокращение от «Near Earth Asteroid Rendezvous»(«Встреча с околоземным астероидом»). Сначала станция пролетела вблизи Эроса, что позволило точнее определить параметры его орбиты и при следующей встрече с Эросом год спустя затормозиться и стать первым в мире искусственным спутником астероида. Уже во время полета станции было присвоено имя недавно погибшего в экспедиции по поиску метеоритов в австралийской пустыне американского планетолога Юджина Шумейкера – пионера геологических исследований Луны и планет, ученого, внесшего в последние годы громадный вклад в поиски околоземных астероидов. Станция стала называться NEAR-Shoemaker. После успешно проведенного очень детального фотографирования и получения глобальной карты поверхности Эроса было решено попытаться посадить станцию на астероид, хотя ни программа полета, ни конструкция самой станции этого не предусматривали. При плавном сближении станции с астероидом были получены уникальные снимки, показывающие, как выглядит поверхность этого малого небесного тела вблизи – различались детали размером до 1 см! Правда, ничего особенного там не оказалось – кратеры, камни и мелкозернистый грунт между ними, то есть примерно, как на Луне. Сев на поверхность Эроса, сила тяжести на котором в 1 500 раз меньше земной, станция NEAR-Shoemaker впервые провела исследования химического состава непосредственно на астероиде – были получены гамма-спектры, показывающие, какие химические элементы вносят основной вклад в состав грунта на Эросе.

Чтобы взять образец вещества астероида и доставить его на Землю, требуется совершить довольно длительный космический полет. Поскольку и любой астероид, и Земля постоянно движутся по своим орбитам, то необходимо так рассчитать путь космической станции, чтобы она смогла встретиться с астероидом, взять образец грунта, а затем выйти на траекторию полета к Земле. Первая такая станция – «Hayabusa» («Сокол») – уже находится в пути, она отправилась в полет 9 мая 2003 года с японского космодрома Кагосима на острове Кюсю. Японская автоматическая станция должна впервые доставить на Землю образцы грунта с астероида. В качестве цели выбран открытый в 1998 году крошечный, диаметром около 0,5 км, безымянный астероид 25143, орбита которого расположена недалеко от орбиты Земли. Станция должна подлететь к астероиду в середине 2005 года и начать его изучение, находясь в параллельном полете на расстоянии 20 км. Через 3 месяца, собрав достаточное количество сведении об астероиде, станция начнет сближение с ним. Затем «Hayabusa» зависнет в 1 метре над поверхностью, не садясь на астероид, и выстрелит в него пулей массой несколько граммов. От выстрела частицы грунта будут выброшены вверх и попадут в раструб специального устройства, которое втянет их в расположенный внутри станции контейнер. В нем образцы грунта из разных районов и должны будут опуститься на парашюте при возвращении на Землю. При каждом «выстреле» (длительность касания– около 1 секунды) станция будет приближаться к астероиду, а затем вновь удаляться от него на прежнее расстояние. В конце 2005 года «Hayabusa» должна взять обратный курс к Земле. Посадка небольшого, диаметром 50 см, контейнера с образцами намечена на 2007 год – в пустынной южной части Австралии, на полигоне Вумера, где находится космодром. Не исключено также, что в ближайшее время на Землю будут доставлены образцы грунта и еще одного малого небесного тела, которое в прошлом, скорее всего, было астероидом, а теперь вращается вокруг Марса. Это один из марсианских спутников – Фобос. В задачу проекта космического полета по маршруту Земля – Фобос – Земля, разработанного Российской Академией наук, НПО им. С.А. Лавочкина и Научно-исследовательским центром им. Г.Н. Бабакина, входит доставка образца грунта с Фобоса. Запуск этого проекта, получившего название «Фобос – Грунт», также предполагается осуществить в 2005 году. После посадки на Фобос и закрепления на нем с помощью «сухопутного якоря» (устройства, напоминающего гарпун) намечено получить телевизионную панораму местности и по ней выбрать участок, откуда манипулятор возьмет образец грунта, чтобы поместить его в возвращаемую ракету, которая должна будет прибыть на Землю в 2008 году.

Закрепляться требуется, чтобы от толчков при работе грунтоотборного устройства случайно не улететь с Фобоса – ведь сила тяжести на нем почти в 1 200 раз меньше, чем на Земле.

Изучение астероидов, расположенных в их «родном доме» – в главном поясе между Марсом и Юпитером, – планируется NASA в рамках программы «Discovery», предусматривающей полеты сравнительно небольших и недорогих космических зондов. Весьма интересным обещает быть полет станции «Dawn» («Заря»), в ходе которого впервые будут исследоваться крупнейшие астероиды – Церера и Веста. Эти два астероида должны существенно различаться по своему составу, поскольку плотность Весты 4 г/см3 , а Цереры – лишь 2 г/см3 . Такие величины дают основания предполагать, что Веста целиком каменная (ее плотность чуть больше, чем у Луны), а Церера состоит из смеси каменных пород и льда в равных пропорциях Запуск станции «Dawn» предполагается произвести в 2006 году. Она должна прибыть к Весте в 2010-м и в течение года проводить исследования с орбиты вокруг этого астероида. Затем планируется перелет внутри пояса астероидов – к Церере, который займет еще около 3 лет. Выйдя на орбиту искусственного спутника Цереры, станция должна будет на протяжении года заниматься изучением этого астероида, после чего в середине 2015 года миссия ее будет считаться завершенной.

В местах падения небесных тел на Землю нередко образуются разнообразные месторождения полезных ископаемых – алмазов, свинца, ртути, меди… Так, около половины произведенного в мире никеля связано с месторождением Садбери в канадской провинции Онтарио. Овальную в плане геологическую структуру размером 60x25 км, в которой ведется добыча, в последние годы стали считать «обязанной» своим происхождением падению в далеком прошлом небольшого астероида (такие структуры геологи называют астроб-лемами, или «звездными ранами»). Наряду с никелем в Садбери добывают и еще более дорогостоящие металлы платиновой группы, а также медь, кобальт, селен, теллур, золото, серебро. Это рудное поле считается одним из богатейших в мире. Если данные металлы действительно попали на Землю с астероидом, то это указывает на перспективность полетов к ним с целью добычи и доставки на Землю металлического сырья. По имеющимся оценкам, лишь один совсем небольшой, диаметром 2 км, астероид типа М (то есть состоящий, как предполагается, преимущественно из неокисленного железа и никеля) может содержать больше металла, чем извлечено из руд на Земле за всю историю цивилизации. Гораздо более крупным, чем Садбери, следом столкновения астероида с Землей может также являться недавно отнесенная к предполагаемым астроблемам Средне-уральская кольцевая структура (диаметром 550 км). Часть вала этой структуры отчетливо выражена в виде довольно резкого дугообразного изгиба к востоку среднего участка Уральской горной цепи, которая в целом идет почти строго с севера на юг. Подавляющее большинство уральских месторождений полезных ископаемых сосредоточено именно в этой дугообразной, наиболее низкой части Уральских гор, называемой Средним Уралом. Здесь добывают железо, медь, хром, никель, титан, золото и другие металлы, здесь же сосредоточены и месторождения знаменитых самоцветов.

Однако совсем не обязательно, что все металлы буквально «упали с неба» вместе с астероидом, который, возможно, образовал эту структуру. Они могут иметь и вполне земное происхождение. Несомненна лишь их приуроченность к дугообразным разломам земной коры, расположенным в пределах Среднего Урала. Если сюда действительно когда-то упал крупный астероид, то сформированные при его столкновении с Землей разломы могли послужить «выводящими каналами» для поступления из недр к поверхности веществ, сформировавших рудные залежи.

Многочисленная семья астероидов несет в себе одновременно и угрозу всему живому на Земле, и важнейшую информацию о формировании Солнечной системы, поскольку сохранила в первозданном виде ту материю, из которой возникли планеты. Поэтому не исключено, что когда-нибудь именно астероидам суждено стать богатейшей «сырьевой базой» человечества.

В 1947 году Международный астрономический союз учредил специальную организацию – Центр малых планет, в задачу которого входят концентрация и распространение данных обо всех астероидах, ведение их учета и присвоение им сначала временных обозначений, а после точного определения орбиты – постоянных порядковых номеров, а иногда и собственных названий. Сейчас этот Центр находится при Гарвардском университете в городе Кембридже (штат Массачусетс, США).

С 1979 года американские астрономы и планетологи Элеанор Хелин, а также супруги Юджин и Кэролайн Шумейкер начали систематический поиск так называемых «околоземных объектов» (030) – комет и астероидов, пересекающих земную орбиту или проходящих вблизи Земли. Поиск ими проводился путем фотографирования участков неба через телескоп и сравнением полученных в разные дни снимков с той целью, чтобы на фоне неподвижных звезд обнаружить перемещающиеся объекты. В настоящее время создано уже несколько автоматизированных астрономических сетей для поиска новых астероидов, с помощью которых удалось обнаружить много неизвестных ранее небольших объектов. В последнее время ученые разных стран стали разрабатывать методы защиты Земли от угрозы возможной астероидной бомбардировки. В большинстве своем они сводятся к различного рода взрывным воздействиям на небесное тело с тем, чтобы разрушить его или изменить орбиту.

Георгий Бурба, кандидат географических наук