Наука и технологии 30 Ноября 2021

Брешь в планетарной защите

Науке известно более миллиона астероидов, в том числе 27 тысяч сближающихся с Землей. Но «пришельцы», подобные Челябинскому метеориту, могут появиться в любую минуту — сейчас или через тысячу лет. Астероиды, летящие к Земле со стороны Солнца, не видны с Земли. О том, почему проблема их обнаружения еще не решена, — в материале «Стимула»
Брешь в планетарной защите
Леонид Еленин рекордсмен на постсоветском пространстве по открытию астероидов и комет, научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В.Келдыша
Архив Л. Еленина

26 октября 2021 года рекордсмен среди российских астрономов по числу открытых околоземных астероидов научный сотрудник Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН Леонид Еленин обнаружил неизвестный прежде астероид. Комментируя открытие, Еленин рассказал о его значимости, о разном понимании термина «опасный астероид» учеными и обывателями, о невыученных уроках Челябинского метеорита и о том, как можно заблаговременно обнаруживать подобные объекты.

Как решаются и будут решаться в дальнейшем вопросы планетарной защиты? Об этом «Стимулу» рассказали вице-президент РАН Юрий Балега и научный руководитель Института астрономии РАН, председатель экспертной группы по космическим угрозам при Совете РАН по космосу Борис Шустов.

Будничное открытие

Астероид, получивший обозначение 2021 UL17, попал в поле зрения Леонида Еленина во время работы в рамках программы по наблюдению за космическим рентгеновским телескопом «Спектр-РГ» 26 октября 2021 года. «Астероид открыт на кадрах, полученных для международной кампании баллистической поддержки космической миссии “Спектр-РГ”. Я измерял координаты самого космического аппарата. Но по старой привычке всегда проверяю кадры на наличие чего-то новенького», — рассказал астроном. Соавтором по открытию астероида стал грузинский астроном-наблюдатель Рагули Инасаридзе, работавший на 70-cантиметровым менисковым телескопом Максутова—Иоаннисиани в Абастуманской астрофизической обсерватории. Курортный поселок Абастумани расположен на юге Грузии, на склоне Месхетского хребта на высоте 1250‒1450 метров над уровнем моря, в 78 километрах от железнодорожной станции Боржоми. Обсерватория здесь работает с 1932 года.


ИНАСАРИДЗЕ.jpg
Астроном-наблюдатель Рагули Инасаридзе в Абастуманской астрофизической обсерватории
Архив Л. Еленина

Открытие независимо подтвердили словацкие коллеги из обсерватории Kysuce.

2021 UL17 — это околоземной астероид размером 60‒90 метров в диаметре. Его орбита сближается с орбитой Земли на дистанцию в 0,14 астрономической единицы. «Открытый нами околоземной астероид не представляет никакой опасности для Земли. Вероятность столкновения — 0,0 процента. Он намного более тесно сближается с Марсом, чем с нашей планетой», — сообщил Леонид Еленин.

Радость открытия для него неразрывно соединена с грустью. «Это мой четырнадцатый околоземной астероид», — говорит Леонид Еленин. На его личном счету около 40% всех околоземных астероидов когда-либо открытых в России и в СССР. А грустит рекордсмен оттого, что американские профессиональные обзорные телескопы открывают такое количество новых околоземных астероидов за пару ночей: «К открытию астероида 2021 UL17 я отношусь буднично. Потому что в мировой астрономии, занимающейся контролем околоземных объектов, это вообще ничто. Мы открыли один объект из 27 тысяч. Причем не какой-то уникальный, имеющий высокую вероятность столкновения с Землей. Нет! Абсолютно средненький, обычный объект, каких тысячи. Вклад этого открытия в общую популяцию открытых объектов ничтожен».


UL 17.jpg
14-й околоземной астероид Леонида Еленина 2021 UL17
Архив Л. Еленина

Наш собеседник указал на огромную разницу между научным термином «потенциально опасные астероиды» и астероидами, опасными в «бытовом» смысле. Научный термин распространяется на все астероиды диаметром более 100‒140 метров и орбитой, которая сближается с орбитой Земли на расстоянии пять сотых астрономической единицы (астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца). Но пять сотых астрономической единицы — это 7,5 млн километров. Таким объектам уделяется пристальное внимание, их орбиты отслеживаются. Но чтобы потенциальная опасность перешла в бытовую плоскость и грозила реальным столкновением, могут пройти тысячелетия.

«Объектов, представляющих реальную угрозу столкновения, на сегодняшний момент не обнаружено. Был “популярен” потенциально опасный объект — астероид Апофис, ему посвящалось много внимания, но сейчас мы уже точно знаем, что Апофис пролетит мимо Земли и в 2029 году, и в 2036-м. Мы можем отслеживать движение  подавляющего большинства объектов размером более километра, но вот небесные тела, прилетающие со стороны Солнца, пусть и не очень большие, как Челябинский метеороид, мы отследить не в состоянии. И именно они представляют наибольшую опасность, поскольку их больше, чем крупных тел, и появляются они неожиданно. Наш же астероид примечателен только тем, что его открыли не американцы. Для обсерваторий бывшего СССР это событие. Печально, что такое открытие — это событие для наших обсерваторий», — говорит астроном.

Главный вклад в открытие околоземных астероидов, по его оценкам, «безусловно, у США». Это единственная страна мира, которая имеет собственную государственную программу «Космическая стража» (Spacwatch) для отслеживания астероидов. Программа запущена в 1998 году. Для работы по этой программе выделены телескопы, они модернизируются, вводятся в строй новые. «В результате 97‒98 процентов открытий околоземных астероидов и комет получают американцы, — констатирует наш собеседник. — Что-то делают европейцы. В их программах больше теории, чем практики. Они рассчитывают сближения, уточняют орбиты. Российские астрономы тоже занимаются теоретической составляющей, к примеру Институт прикладной астрономии РАН, Институт астрономии РАН, Томский университет. Свой обзорный проект, пусть и не такой масштабный, есть у китайских коллег». Леонид Еленин акцентирует внимание на том, что только теории либо только практики недостаточно: «Нужен не только большой телескоп с подходящим полем зрения, нужно еще понимание, как наблюдать, что наблюдать, где наблюдать, чем обрабатывать. Это целый путь, и американцы его прошли». Всем остальным же не хватает системности.


ЕЛЕНИН ТЯН ШАНЬ.jpg
Леонид Еленин в Тянь-Шаньской обсерватории
Архив Л. Еленина

Опыт остался невостребованным

У России был проект по обнаружению астероидов, осуществленный Институтом прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН. В 2010‒2018 годах два 40-сантиметровых робота-телескопа работали в Австралии и в США. И именно на этих телескопах Леонид Еленин сделал большую часть своих открытий.

«Главная цель этого проекта была в отработке концепции таких наблюдений: как наблюдать, как обрабатывать эти наблюдения, — комментирует Леонид Еленин. — Система работала как прототип, в маленьком масштабе, но, в принципе, этот опыт можно было бы масштабировать. Телескопы управлялись Институтом прикладной математики имени Келдыша, где я работаю. Это были удаленные телескопы: один у нас стоял в США, другой — в Австралии. Они были разнесены как по долготам, так и по широтам. Один — в Северном полушарии, другой — в Южном. И они могли практически круглосуточно находить объекты. Один находил новый астероид, и когда наступало утро, второй подхватывал ведение объекта». По словам Леонида Еленина, за время работы системы из двух телескопов открыто более полутора тысяч объектов. Для российской астрономии это, по его оценке, большое событие, а для мировой — капля в море.

magnifier.png У России был проект по обнаружению астероидов, осуществленный Институтом прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН. В 2010‒2018 годах два 40-сантиметровых робота-телескопа работали в Австралии и в США. И именно на этих телескопах Леонид Еленин сделал большую часть своих открытий

Российские 40-сантиметровые телескопы по стоимости соответствовали крышке главного зеркала инструментов, на которых работают американцы. А это телескопы диаметром 160, 180сантиметров. «С чем могли, с тем мы и работали», — констатирует наш собеседник.

Но и эти довольно скромные инструменты выведены из эксплуатации по финансовым соображениям. Один не на что было чинить, на финансирование второго не было средств.

«Оба телескопа выведены из эксплуатации. Финансирование было прекращено. Телескоп в Австралии был выведен из эксплуатации из-за технических проблем, которые не удалось решить: надо было вкладывать большие по меркам скромного проекта деньги. А телескоп в Америке был закрыт 31 декабря 2018 года, потому что содержание удаленного телескопа и его техническое обслуживание требовало больших средств. Все упирается в финансирование. В итоге получилось, что, хотя у нас были маленькие телескопы и на их примере мы могли этот опыт масштабировать, к сожалению, он остался невостребованным. В текущих программах создания каких-то телескопов для наблюдения и поиска околоземных объектов не предусмотрено», — говорит Леонид Еленин.


АВСТРАЛИЯ.jpg
Площадка в Австралии, где работал телескоп Института прикладной математики РАН
Архив Л. Еленина

Новая попытка

Спустя три года после закрытия программы наблюдений на 40-сантиметровых роботах-телескопах в Австралии и в США Институт прикладной математики готовится к запуску нового телескопа, тоже 40-сантиметрового, но уже на территории России, в Горном Алтае.

«Это телескоп с уникальной оптической схемой, очень сложной, — говорит Леонид Еленин. — Я не буду вдаваться в детали, скажу лишь что это очень светосильный телескоп. Такие даже американцы не делают, потому что очень сложно не только его рассчитать и произвести, но и юстировать потом (юстировка — это приведение механизма в рабочее состояние, в данном случае — тонкая настройка оптических элементов телескопа для получения максимально возможного качества изображения — “Стимул”), чтобы можно было получить качественную картинку. Когда иностранные коллеги смотрят на наши оптические системы, они удивляются, что такое можно создать. Но мы создаем сложные вещи не от хорошей жизни, а потому что по-другому невозможно. Американцы используют умеренную светосилу телескопов и ставят на них огромные детекторы, получая большие поля зрения, которые необходимы для поисковой задачи. У нас нет возможности ставить такие большие детекторы, потому что это просто какие-то космические деньги, поэтому нам приходится улучшать до предела и экстремально усложнять оптическую схему, чтобы достичь нужных полей».

magnifier.png Сейчас большое количество мелких объектов диаметром 10‒20 метров открываются уже после пролета, постфактум. «Восемь часов назад объект пролетел в 15 тысячах километров над поверхностью Земли» — так выглядят сообщения о подобных открытиях. 15 тысяч километров — это высота орбит навигационных спутников

Ожидалось, что телескоп начнет наблюдения летом, но процесс пуско-наладочных работ затянулся. «Настройка таких систем очень сложна. Но оптики работают, и я надеюсь, что мы все проблемы устраним. Телескоп “Хаббл”, когда его запустили, тоже оказался технически непригодным, и его уже ремонтировали на орбите. Справились. И мы тоже справимся», — уверен Леонид Еленин.

Вице-президент РАН Юрий Балега отметил, что проект Института прикладной математики РАН в Горном Алтае — один из многих. «Примерно десять крупных команд в США и Европе занимаются исключительно ранним обнаружением сближающихся с Землей астероидов. И в нашей стране тоже такие команды есть. Телескоп в Горном Алтае — один из примеров, — уточнил Юрий Балега. — Есть еще около сотни университетских групп, не очень хорошо оснащенных, которые тоже имеют свои инструменты и будут заниматься этой тематикой». По его словам, одна из точек наблюдения располагается на Кубе, где сотрудники Института астрономии РАН помогли кубинским коллегам установить небольшой обзорный 20-сантиметровый телескоп и в будущем разместят российский метровый телескоп.


БАЛЕГА.jpg
Вице-президент РАН Юрий Балега
scientificrussia.ru / Андрей Луфт

Шаги иностранных коллег

Тем временем Обсерватория им. Веры Рубин (первоначальное название — LSST) готовится к запуску нового восьмиметрового телескопа в Чили, который будет вести поиск новых астероидов. «Это даст очередной прорыв, и коллеги будут обнаруживать более мелкие объекты и на более дальнем расстоянии, — признает Леонид Еленин. — Наземную оптическую составляющую тоже нужно развивать, увеличивать размеры главного зеркала, увеличивать поля зрения и стараться детектировать объекты на дальних дистанциях, детектировать более мелкие объекты». Но если говорить о совсем небольших объектах, порядка 10 метров, замечает Еленин, то почти ничего не изменится: «Характерное время упреждения — интервал времени от обнаружения объекта до его входа в атмосферу, это буквально часы. Абсолютно точно менее суток. Открыть такой объект на большей дистанции не позволяют возможности телескопов, так как мелкие объекты обладают очень слабым блеском, недостаточным даже для гигантских телескопов».

Сейчас, по его словам, большое количество мелких объектов диаметром порядка 10‒20 метров открываются уже после пролета, постфактум. «Восемь часов назад объект пролетел в 15 тысячах километров над поверхностью Земли» — так выглядят сообщения о подобных открытиях. 15 тысяч километров — это высота орбит навигационных спутников.

Слепящее светило и недостаточно громкий гром

Однако наибольшую досаду российского открывателя астероидов вызывает тот факт, что при всех своих финансовых возможностях мировая астрономия буквально топчется на месте, точно так же как и российская. Уроки, которые преподал ученым метеорит, который взорвался над Челябинском 15 февраля 2013 года, по его мнению, остались невыученными.

Челябинский метеорит относился к той части популяции околоземных астероидов, которые движутся к Земле со стороны Солнца. И наземные средства их обнаружения, как бы развиты они ни были, здесь бессильны. Такие объекты можно наблюдать или на рассвете, или на закате. Днем никакими способами с Земли их не различить.

«Есть такая пословица: “Гром не грянет — мужик не перекрестится”. Абсолютно верная. Но грянул же вроде гром, когда упал Челябинский метеороид! Видимо, гром был недостаточно громким… Слава богу, тогда обошлось без жертв, но около тысячи человек пострадали. Было огромное количество конференций, на одной из них, прямо на конференции, работая с ноутбука, я открыл один из астероидов… Но постепенно все забыли о Челябинском метеороиде, — отмечает Леонид Еленин, в последнее время отказывающийся общаться с журналистами из-за того, что те любят сгущать краски, и самый безобидный астероид норовят назвать “летящим к Земле”. — Меня трудно уличить в том, что я нагнетаю. Я, наоборот, за проверенные данные, но все астрономы знают, что вопрос столкновения Земли с каким-то достаточно крупным объектом — это не вопрос, будет или нет, а просто вопрос времени: когда это будет. Может быть, на нашем веку этого не будет, может быть, этого не будет в течение тысячи лет, но когда-нибудь это все равно случится! Нужно к этому готовиться, причем не в авральном режиме».

Класс объектов, которые двигаются со стороны Солнца и представляют наибольшую опасность, так как их нельзя заранее отследить наземными средствами обнаружения, остается и самым неизученным.


ШУСТОВ.jpg
Председатель экспертной группы по космическим угрозам при Совете РАН по космосу Борис Шустов
trv-science.ru

«Популяция астероидов, приходящих с дневного неба, столь же велика, как и тех тел, которые приходят с ночного неба, — рассказал “Стимулу” Борис Шустов, научный руководитель Института астрономии РАН, председатель экспертной группы по космическим угрозам при совете РАН по космосу. — Сравнительно недавно НАСА опубликовала данные с военного спутника, который отслеживает все крупные взрывы в верхних слоях атмосферы, можно сказать в ближнем космосе. Все эти взрывы связывают с тем, что в атмосферу врезаются тела от одного метра и более и выделяется энергия, измеряемая килотоннами. Этот военный спутник отслеживает, не испытывает ли кто-нибудь оружие в ближнем космосе. Статистика такова: за 30 лет произошло примерно 600 вторжений в атмосферу тел более одного метра. По этой статистике половина тел прилетает с ночного неба, половина — с дневного. И в этом нет ничего удивительного: тела летят с разных направлений примерно одинаковым потоком.

magnifier.png «Наш проект СОДА потребует финансирования в размере около ста миллионов долларов. Он довольно прилично проработан, получил одобрение технической комиссии и уже несколько лет находится в “Роскосмосе”. Денег на его реализацию не выделено. Но мы оптимисты, надеемся, что это произойдет»

«Сейчас известно всего несколько десятков объектов, идущих со стороны Солнца. Понятно, что их много-много больше. Пока у человечества нет технических средств для массового обнаружения таких объектов, потому что с поверхности Земли или с космических телескопов, расположенных на близких к Земле орбитах, они не могут быть обнаружены. Или будут обнаружены за часы до предполагаемого столкновения с Землей», — говорит Леонид Еленин. Выход он видит в том, чтобы «выводить оптические или инфракрасные инструменты дальше от Земли и смотреть на пространство от Солнца до Земли как бы сбоку». С такой позиции эти объекты будут обнаруживаться.

По сведениям Леонида Еленина, на данный момент ни в России, ни в других странах подобные космические миссии не реализованы, хотя разработки есть.

Один из проектов предполагает выведение на разные, в том числе очень высокие орбиты целой группировки спутников, другой — размещение «двух больших телескопов в точках Лагранжа (точки Лагранжа — места идеально сбалансированных гравитационных сил. — “Стимул”) — L4 и L5 на той же орбите, что и Земля, только под углом 60 градусов к положению Земли. Один телескоп должен лететь впереди Земли, второй — позади Земли, и они оба должны наблюдать пространство между Землей и Солнцем». Леонид Еленин оценивает проект как «мертворожденный» из-за его амбициозности и дороговизны. По оценкам Бориса Шустова, стоимость этого проекта порядка миллиарда долларов. В Институте прикладной математики разрабатывалась концепция «Космического патруля» — выведение нескольких аппаратов на гелиоцентрическую орбиту, прорабатывалось размещение аппаратов на орбитах Венеры и Меркурия.

Борис Шустов отметил, что один подобный проект стоит в планах НАСА. «Это инфракрасный телескоп NEO Surveyor (примерный перевод — Наблюдатель околоземных объектов), который должен располагаться в окрестности точке Лагранжа L1 — на расстоянии в полтора миллиона километров от Земли в сторону Солнца. Там уже находятся несколько космических аппаратов, изучающих собственно Солнце. Новый аппарат будет смотреть не на Солнце, а в обратную сторону, на окрестности Земли», — пояснил Борис Шустов.

Наиболее реалистичным Леонид Еленин считает проект СОДА (Система обнаружения дневных астероидов) Института астрономии РАН, который предполагает вывод на орбиту одного телескопа в точку Лагранжа L1 на линии между Землей и Солнцем: «Телескоп должен “смотреть” в сторону Земли и фиксировать летящие к Земле астероиды».

«Это небольшой телескоп диаметром всего лишь 20‒25 сантиметров, — уточнил Борис Шустов. — Но его вполне достаточно, чтобы обнаруживать все тела диаметром более 10 метров. Мы не беремся вообще все тела обнаруживать, вплоть до мелочи, а только те, которые представляют интерес с точки зрения астероидно-кометной опасности. Тела менее 10 метров разрушаются при входе в атмосферу и не представляют большой угрозы». Челябинский метеороид был 17-метровым. Борис Шустов сообщил, что этот телескоп сможет обнаруживать астероиды не позже чем за 4‒10 часов до их столкновения с Землей с учетом того, что средняя скорость астероида — 20 километров в секунду, а до точки L1 до Земли полтора миллиона километров. Этого времени, по мнению эксперта, будет достаточно, чтобы определить траекторию астероида, место его вхождения в атмосферу и при необходимости подключить МЧС к оповещению населения, проживающего в районе падения тела, о том, что, например, не стоит в течение какого-то времени находиться вблизи окон. При падении космического тела под Челябинском большинство пострадавших порезались разбитым стеклом.

magnifier.png Опасность столкновения Земли с крупным объектом в несколько километров, угрожающим существованию цивилизации, ничтожно мала. Вероятность столкновения со 100-метровым объектом существенно больше, он может вызвать или воронку диаметром в километр на суше, или цунами в океане, но не приведет к глобальным катаклизмам

«Наш проект СОДА потребует финансирования в размере около ста миллионов долларов. Он довольно прилично проработан, получил одобрение технической комиссии и уже несколько лет наше предложение находится в “Роскосмосе”. Денег на реализацию не выделено. Но мы оптимисты, надеемся, что это произойдет», — говорит Борис Шустов.

«Наземными средствами мы уже не сможем догнать американцев, они далеко ушли, а вот сделав такой космический аппарат, который мог бы обнаруживать летящие к Земле со стороны Солнца астероиды, мы бы могли внести очень существенный вклад в планетарную защиту, — говорит Леонид Еленин. — К тому же такой телескоп расширил бы наше понимание об обычных околоземных объектах, мы проверили бы свои модели на популяции этих объектов, смогли бы подтвердить или опровергнуть эти модели, и полученные данные легли бы в основу новых моделей, уточненного понимания формирования Солнечной системы, миграции объектов, формирования орбит, то есть могли бы внести вклад в фундаментальную науку. У нас великолепная астрономическая школа, и я не вижу никаких сложностей в развитии этой темы в России, кроме финансирования, потому что людей, которые хотели бы этим заниматься и могли бы это делать, достаточно много. Но этот потенциал пока так и остается невостребованным, а ниша — незанятой».

Юрий Балега полагает, что опасность столкновения Земли с крупным объектом в несколько километров, угрожающим существованию цивилизации, ничтожно мала. Вероятность столкновения со 100-метровым объектом существенно больше, он может вызвать или воронку диаметром в километр на суше, или цунами в океане, но не приведет к глобальным катаклизмам.

Еще по теме:
06.05.2022
Один из создателей НИИ гриппа вирусолог Александр Смородинцев — о военном детстве, научном сотрудничестве, популяризации...
22.04.2022
В России вскоре начнется эксперимент по внедрению беспилотной авиации. В пяти регионах постановлением правительства введ...
15.04.2022
Гостиничный бизнес готовится к новому туристическому сезону — в новой экономической реальности. Но многих предпринимател...
14.04.2022
Исследователи из Сколтеха, НИУ ВШЭ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН разработали набор инстр...
Наверх