Czy Ziemi zagraża obiekt z kosmosu?
Badacze asteroid chcą udowodnić, że opracowana głównie przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) technika znana jako Asteroid Impact Deflection Assessment (AIDA), stanowi realną i potencjalnie skuteczną metodę obrony planetarnej. Test będzie polegał na uderzeniu w mniejszy obiekt układu podwójnej asteroidy Didymos 65803, znajdującej się pomiędzy Ziemią a Marsem. Jeden statek kosmiczny zostałby wysłany, aby uderzyć w asteroidę. Kolejny - aby monitorować zdarzenie i zbierać dane (1).
NASA rozpoczęła już budowę statku kosmicznego w ramach projektu DART (Double Asteroid Redirection Test), który ma wystartować latem 2021 r., osiągając we wrześniu 2022 r. cel, z prędkością 6,6 km/s. Aby uchwycić moment uderzenia, towarzyszyć tej misji ma włoska miniaturowa sonda CubeSat o nazwie LICIACube. ESA uruchomiłaby następnie misję o nazwie Hera, w ramach której przeprowadzono by szczegółowe pomiary asteroidy i kształtu powstałego w wyniku uderzenia krateru, co pomogłoby w ustaleniu, czy technika ta jest przydatna w walce z rzeczywistym zagrożeniem. Start Hery miałby miejsce w październiku 2024 r., a na odbycie podróży w przestrzeni kosmicznej potrzebne byłyby kolejne dwa lata. Prace nad tym projektem trwają. Europejscy ministrowie ds. przestrzeni kosmicznej muszą w listopadzie podjąć w tej sprawie kluczowe decyzje.
- DART może wykonać swoją misję bez Hery. Jego wpływ na orbitę asteroidy będzie wtedy mierzalny przy użyciu wyłącznie ziemskich obserwatoriów naziemnych - powiedział Ian Carnelli, odpowiedzialny za zarządzanie misją Hera w ESA. - Jednak przeprowadzenie obu tych projektów znacznie zwiększy poziom zdobytej wiedzy.
Uważa się, że właśnie zderzenie sprzed 66 mln lat między Ziemią a obiektem o szerokości ok. 10 km doprowadziło do powstania krateru Chicxulub i miało związek z masowym wymieraniem w kredzie, powszechnie uznawanym za przyczynę wyginięcia większości dinozaurów.
Chociaż szanse na poważną kolizję z podobnym kosmicznym obiektem są w najbliższym czasie niskie, istnieje niemal pewność, że jeśli nie zostaną podjęte działania obronne, w końcu do niej dojdzie. Wydarzenia astronomiczne w rodzaju uderzenia w Jowisza komety Shoemaker-Levy 9 w 1994 r. czy eksplozja meteoru nad Czelabińskiem w 2013 r. - wraz z rosnącą liczbą obiektów w tabeli ryzyka - ponownie zwróciły uwagę na takie zagrożenia.
Apophis raczej nie będzie "Bogiem Chaosu", ale może pomóc
Agencje badają metody zapobiegania, tymczasem media dość regularnie przeszywają ostrzeżenia przed przelatującymi "w pobliżu Ziemi" obiektami. Zwykle alarmy te są przesadzone, ale wrażenie, że nieustannie coś sporego fruwa po okolicy (2), nie chce odejść. We wrześniu tego roku minął Ziemię 2000 QW7, co zresztą czyni regularnie co 6956 dni. Najbliżej nas, w odległości 5,3 mln km, znalazł się 14 września. Po raz kolejny odwiedzi te rejony 19 października 2038 r. Według NASA asteroida ma wymiary ok. 290×650 m. Centrum Badań Obiektów Bliskich Ziemi NASA ujawniło, że porusza się z prędkością ok. 23 tys. km/godz. Warto dodać, że obiekt zaledwie trzydzieści razy większy od 2000 QW7 był odpowiedzialny za wyginięcie dinozaurów.
Amerykańska agencja kosmiczna zwyczajowo uspokaja, że nie ma ryzyka zderzenia asteroidy z Ziemią. Jednak szef NASA Jim Bridenstine (3) ostrzegł wiosną tego roku, że w stosunkowo niedalekiej przyszłości może pojawić się jakaś zabójcza asteroida.
- Nie chodzi o Hollywood, ani o filmy - mówił Bridenstine, otwierając szóstą konferencję Międzynarodowej Akademii Astronautyki "Planetary Defense Conference", która odbyła się na przełomie kwietnia i maja w College Park w Maryland. - Liczy się ochrona jedynej planety, jaką dobrze znamy.
Czy i kiedy przyszłe asteroidy mogą uderzyć w Ziemię? To pytanie warte wiele, może nawet cenę przetrwania ludzkości.
W 2029 r. astronomowie będą mieli szansę zbadać skałę kosmiczną z odległości zaledwie 31 tys. km od Ziemi. Asteroida 99942 Apophis, o średnicy 325 ± 15 m i masie 6,1×1010 kg, to planetoida należąca do grupy Atena, zaliczana do grupy asteroid bliskich Ziemi (Near-Earth Asteroids, w skrócie: NEA) oraz potencjalnie niebezpiecznych (Potentially Hazardous Asteroid, PHA). Jest mniej więcej takiej samej wielkości jak 2000 QW7, ale jej bliskość do Ziemi sprawiła, że nazwano ją "Bogiem Chaosu".
Pierwotny raport NASA z 24 grudnia 2004 r., szeroko komentowany w mediach, określał "prawdopodobieństwo" zderzenia z Apophisem któregoś ziemskiego sztucznego satelity na ok. 1 do 300. Kolejne obliczenia NASA ustaliły tę wartość na 1 do 233, co owocowało przyznaniem 2 stopnia w skali Torino (jeszcze do niej wrócimy). Tego samego dnia, bazując na wynikach 64 obserwacji, NASA zrewidowała możliwość zderzenia na 1 do 62, co przyczyniło się do podwyższenia skali zagrożenia do 4 stopnia. 25 grudnia 2004 r. prawdopodobieństwo zderzenia wzrosło już do poziomu 1 do 45, a 27 grudnia 2004 r. na podstawie 176 obserwacji zostało podwyższone na 1 do 37.
Po przeprowadzeniu dokładniejszych badań specjaliści z NASA uznali jednak, że prawdopodobieństwo kolizji planetoidy ze sztucznym satelitą jest dla roku 2029 r. niezmiernie małe, ponieważ trajektoria Apophisa nie przechodzi przez strefę, w której znajdują się sztuczne satelity, a zarówno on sam, jak i satelity są obiektami o niewielkim przekroju. Nawet zaś gdyby do takiego zderzenia wówczas doszło, zmieniłoby ono położenie Apophisa w kolejnym przelocie w pobliżu Ziemi w 2036 r. zaledwie o kilkaset kilometrów. Tego typu efekt nie miałby więc znaczącego wpływu na obliczone prawdopodobieństwo uderzenia w Ziemię w tymże 2036 r. Naukowcy NASA obrazowo porównali ewentualny efekt zderzenia sztucznego satelity z Apophisem do zderzenia owada z szybą samochodu.
Obecnie prawdopodobieństwo kolizji z Ziemią jest oceniane jako zerowe w 2036 r., a całkowite w ciągu najbliższych sto lat wynosi 0,0000089.
- Apophis jest przedstawicielem rodziny ok. 2 tys. znanych i potencjalnie niebezpiecznych asteroid - powiedział Paul Chodas, dyrektor Centrum Badań Obiektów Bliskich Ziemi (CNEOS - Center for Near-Earth Object Studies), podczas wspomnianej Konferencji Obrony Planetarnej ("Planetary Defense Conference"). - Obserwując go podczas przelotu w 2029 r., zdobędziemy ważną wiedzę naukową, którą kiedyś będziemy mogli wykorzystać w obronie planetarnej.
Przegapiona asteroida to też korzyść
Zatem zdawałoby się, że mamy spokój. Wciąż dochodzi jednak do wydarzeń, które sprawiają, że chyba nie do końca. Zjawienie się w 2013 r. nad Rosją zupełnie znienacka meteorytu czelabińskiego uświadomiło wszystkim, że nasza wiedza o otoczeniu Ziemi i czających się w okolicy - zwłaszcza tej bliższej Słońcu - obiektach, jest ograniczona i w dodatku nie wiemy, ile nie wie wiemy.
Co więcej, 25 lipca br. asteroida wielkości boiska piłkarskiego zbliżyła się do powierzchni naszej planety na odległość 65 tys. km, czyli zaledwie około jednej piątej dystansu do Księżyca. Obiekt nazwany 2019 OK jako ciało niebieskie bliskie Ziemi został po raz pierwszy odkryty przez brazylijskie Southern Observatory for Near-Earth Asteroids Research (SONEAR) dopiero dzień przed bliskim podejściem. Informacje te zostały niezależnie potwierdzone przez inne obserwatoria, w tym radar Arecibo w Puerto Rico. Od tego momentu, wiedząc, gdzie ma się znajdować asteroida i szukając jej wzrokiem, przeszukano archiwa badań nieba programów Pan-STARRS (4) oraz ATLAS. Okazało się, że w obu przypadkach uchwycono asteroidę w tygodniach poprzedzających przelot, ale ze względu na jej niewielką prędkość nie zwrócono na nią uwagi i nie uznano za obiekt stanowiący potencjalne zagrożenie.
Jak zapewnił w komunikacie Rüdiger Jehn, szef działu ESA ds. obrony planetarnej, fakt "braku rozpoznania" potencjalnie groźnej asteroidy "zostanie wykorzystany do przetestowania oprogramowania wchodzącego w skład projektowanego teleskopu do polowania na asteroidy - Flyeye" (5). Uchybienia mogą zatem pomóc w kalibrowaniu systemów bezpieczeństwa planetarnego. Oby były to wciąż uchybienia dotyczące obiektów, które nie trafiają w Ziemię…
Znamy i śledzimy tysiące asteroid w Układzie Słonecznym, więc dlaczego ta została odkryta tak późno? 2019 OK porusza się po wysoce eliptycznej orbicie - od orbity bliskiej Wenus do znacznie dalej położonej niż orbita Marsa. Oznacza to, że czas spędzony w pobliżu Ziemi, pozwalający na wykrycie zagrożenia, jest stosunkowo krótki. Asteroidy wielkości 2019 OK są dość powszechne w Układzie Słonecznym, ale uderzają w Ziemię średnio co 100 tys. lat. Podróżując po wysoce eliptycznej orbicie, która znajduje się na orbicie Wenus, ta akurat asteroida nie zbliży się ponownie do Ziemi przez co najmniej dwieście lat. To nieco uspokaja w przypadku 2019 OK, ale co z tysiącami podobnych obiektów?
Aby udoskonalić metody polowania na zagrażające nam obiekty, ESA opracowuje wspomniany zautomatyzowany teleskop Flyeye do nocnych obserwacji nieba w pobliżu Ziemi. Jest to zalążek całej sieci teleskopów monitorujących niebo i będących podstawą systemu jak najwcześniejszego ostrzegania. Do 2030 r. ESA ma zapewnić wczesne ostrzeganie w przypadku niebezpiecznych asteroid o rozmiarach większych niż 40 m z około trzytygodniowym wyprzedzeniem, dysponując w dodatku do tego czasu przetestowaną techniką odchylania trajektorii asteroidów mniejszych niż 1 km - jeśli są znane z ponad dwuletnim wyprzedzeniem.
Pamiętajcie o kometach
Mimo wszystko o obiektach NEO (near earth object) wiemy sporo, choć nie wszystko. Całkowitą zagadką są dla nas natomiast odległe komety, zwłaszcza te o cyklach orbitalnych sięgających tysięcy lat. Niewykluczone, że gdzieś tam na peryferiach Układu Słonecznego zawraca właśnie w naszym kierunku wielka bryła lodu, obierając kurs kolizyjny z Ziemią. Jednak zanim się zbliży, mamy jeszcze trochę czasu, zarówno na dostrzeżenie zagrożenia, jak i na działanie.
Niestety, nawet gdy poznamy dokładnie całą wielką chmurę NEO i uznamy, że żaden naprawdę wielki obiekt nam nie zagraża, zostanie jeszcze element niepewności związany z obiektami dalszymi, trajektoriami komet, a może i większych ciał, których cykle orbitalne sięgają milionów lat - niektórzy mówią nawet o tajemniczym brązowym karle, towarzyszącym Słońcu. Nie wiemy w ogóle czy i gdzie istnieją oraz jaki potencjalnie bilard mogą uruchomić.
Niedawno Astronomowie z Uniwersytetu Complutense w Madrycie i Uniwersytetu w Cambridge odkryli, że 70 tys. lat temu, kiedy ludzie już chodzili po powierzchni naszej planety, czerwony karzeł zwany gwiazdą Scholza zbliżył się do Układu Słonecznego i grawitacyjnie zaburzył orbity komet oraz planetoid. Naukowcy potwierdzili, że ruch części z tych obiektów nadal nosi ślad owego bliskiego spotkania. Nie dalej zresztą jak ok. rok temu odkryliśmy przelatujący w pobliżu Ziemi (24 mln km) obiekt Oumuamua, pochodzący spoza Układu Słonecznego. Nie znamy więc ani dnia, ani godziny.
Wydarzenia na obrzeżach Układu Słonecznego, które mogą wpłynąć na trajektorie milionów krążących tam komet i innych ciał, są nam mniej znane. Ale o jednym wiemy. Astronomowie ogłosili, że za 1,36 miliona lat gwiazda Gliese 710 wedrze się do naszego Układu Słonecznego, przez co ogromna masa komet z Obłoku Oorta może zmienić trajektorie i zagrozić Ziemi. Taki wniosek wynika z analizy danych pochodzących z misji Gaia, czyli projektu ESA, mającego na celu stworzenie trójwymiarowej mapy Drogi Mlecznej.
Obliczenia przeprowadzili naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Podczas tego przejścia w pobliżu Słońca, Gliese 710 znajdzie się głęboko w Obłoku Oorta rozciągającym się w odległości 50-150 tys. AU (jednostek astronomicznych). Przechodząc przez Obłok, zaburzy ruch wielu komet, z których część skieruje się do środka Układu Słonecznego. Według naukowców, powstały w ten sposób deszcz komet może mieć gęstość nawet dziesięciu tego rodzaju obiektów rocznie i trwać przez… 3-4 miliony lat.
Pomiędzy paniką a słuszną przezornością
Kwestie związane z zagrożeniami z kosmosu i ewentualną techniką obrony przed nimi są przedmiotem silnych kontrowersji już od kilku dekad. Zarzuty dotyczące przesady i niepotrzebnego siania paniki ścierają się ze świadomością, że jednak powinniśmy zadbać o techniki monitorowania, wykrywania i neutralizacji zagrożeń, bo impakty ciał kosmicznych miały w ziemskiej historii bez wątpienia miejsce, a ich konsekwencje niejednokrotnie były przerażające.
W 1998 r. w mediach pojawiła się złowieszcza wiadomość. Dane obserwacyjne dotyczące asteroidy 1997 XF11 sugerowały, że w 2028 r. w Ziemię może uderzyć prawie kilometrowy obiekt! Informacja wyszła z Minor Planet Center, w USA. Media ją podchwyciły, kreśląc wizję zagłady Ziemi. W tym samym roku miał też premierę film "Armageddon" (6), który dodatkowo pobudzał masową wyobraźnię. Po przeprowadzeniu dokładniejszej analizy orbitalnej z dostępnymi obserwacjami asteroidów, Don Yeomans - ówczesny lider grupy Dynamiki Układu Słonecznego w NASA w Pasadenie w Kalifornii, a późniejszy dyrektor CNEOS - wraz z Paulem Chodasem doszedł do wniosku, że "nie ma szans na to, by XF11 uderzył w naszą planetę ani w roku 2028, ani przez następne dwieście lat". Medialny szum pokazał jednak, że politykę informacyjną w sprawie obiektów, które zbliżają się do Ziemi, trzeba koniecznie uporządkować. W przeciwnym razie grozi nam globalna panika.
Właśnie m.in. dlatego powstało CNEOS. Od blisko dwudziestu lat centrum to służy NASA do dokładnego mapowania orbit wszystkich znanych NEO, przewidywania ich bliskich podejść, rzetelnej oceny ich możliwych "interakcji" z naszą planetą oraz dostarczania rzetelnych i sprawdzonych informacji zarówno astronomom z całego świata, jak i społeczeństwom.
Wspomniane Minor Planet Center w Cambridge, Massachusetts, kataloguje orbity asteroid i komet od 1947 r. Ostatnio dołączyły do niego projekty badawcze specjalizujące się w lokalizowaniu obiektów bliskich Ziemi (NEO), z których wiele (od początku 2007 r.) finansowanych jest przez biuro programowe NASA Near Earth Object, w ramach programu Spaceguard. Jednym z najbardziej znanych pozostaje LINEAR, uruchomiony w 1996 r., wykorzystujący dwa metrowe teleskopy i półmetrowy teleskop w Nowym Meksyku. Do 2004 r. w ramach LINEAR odkrywano rokrocznie dziesiątki tysięcy obiektów - program odpowiadał za 65% wszystkich nowych odkryć asteroid.
Niezwiązanym już z NASA projektem, choć współpracującym z agencją, jest Spacewatch, Uniwersytetu Arizony, specjalizujący się w badaniu małych obiektów Układu Słonecznego, w szczególności zaś rozmaitych typów planetoid i komet. Wśród innych znanych programów są: Near Earth Asteroid Tracking (NEAT) prowadzony przez NASA i Jet Propulsion Laboratory, Lowell Observatory Near-Earth-Object Search (LONEOS), Catalina Sky Survey, Campo Imperatore Near-Earth Object Survey (CINEOS) oraz Asiago-DLR Asteroid Survey (ADAS). Od kilku lat w obserwacjach aktywnie uczestniczy też teleskop działający w ramach projektu Pan-STARRS.
Z ponad 20 tys. znanych dziś NEO (liczba ta nieustannie rośnie - jeszcze 6 stycznia br. wynosiła 19 363) prawie dwa tysiące obiektów (w styczniu było ich jeszcze 1955) sklasyfikowano jako potencjalnie niebezpieczne (PHO - Potentially Hazardous Objects). Z definicji NEO jest asteroidą lub kometą, która mieści się w obrębie 1,3 jednostki astronomicznej (AU) od Słońca. PHO podchodzą do naszej planety bliżej niż reszta, czyli co najmniej na 7,5 mln km od orbity Ziemi. Większość to asteroidy, ale w tej grupie znajduje się też ponad sto komet. Ponad pół tysiąca NEO klasyfikuje się jako obiekty, w których przypadku istnieje niezerowe prawdopodobieństwo uderzenia w Ziemię.
W tej chwili, jak zapewniają naukowcy, wiemy o wszystkich obiektach bliskich Ziemi o średnicy powyżej kilometra. Gorzej jest z namierzaniem mniejszych, np. milionów asteroidów o rozmiarach w zakresie 15-140 m. Jak się uważa, właśnie w tym przedziale mieścił się słynny obiekt, który 30 czerwca 1908 r. zniszczył tajgę na obszarze 2 tys. km2, w rejonie rzeki Tunguzka. Do tej grupy należał również wspominany meteoryt czelabiński sprzed ponad sześciu lat, który eksplodował w atmosferze ziemskiej z energią kinetyczną 27 bomb z Hiroszimy.
Obecne mechanizmy wykrywania asteroid w podejściu końcowym opierają się na naziemnych teleskopach z szerokim polem widzenia. Oczywiście istnieją tu znaczne ograniczenia w wykrywalności. Teleskopy naziemne pozostają ślepe na większość asteroid, które znajdują się pomiędzy Ziemią a Słońcem. Nawet te duże mogą przemknąć niezauważone. Pan-STARRS i ATLAS działają na Hawajach, co oznacza, że widzą te same części nieba o tej samej porze dnia i dotyczą ich te same warunki atmosferyczne. Z kolei dwa inne (Catalina Sky Survey oraz Zwicky Transient Facility) znajdują się w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, więc cierpią z powodu podobnego nakładania się warunków obserwacji.
Warto jednak pamiętać, że teleskopy naziemne mogą jedynie wykrywać obiekty zbliżające się po nocnej stronie planety, z dala od Słońca. Aby zwiększyć możliwość identyfikowania obiektów po słonecznej stronie, proponuje się więc przede wszystkim wykorzystanie teleskopów kosmicznych, które mogą obserwować znacznie większy obszar nieba wokół Ziemi. Bez względu na pogodę pracują one 24 godziny na dobę przez cały rok. Mają też tę zaletę, że mogą korzystać z czujników podczerwieni bez zakłóceń ziemskiej atmosfery. Są jednak droższe i mają zwykle krótszą żywotność.
Teleskop komiczny Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) działa na długości fali podczerwieni 0,4 m. Uruchomiono go w grudniu 2009 r., "hibernowano" w lutym 2011 r., po czym reaktywowano w 2013 r., specjalnie w celu wyszukiwania obiektów bliskich Ziemi w ramach misji NEOWISE. W szczytowym okresie, kiedy wszystkie jego cztery czujniki były sprawne, WISE przeprowadził 2,28 miliona obserwacji asteroid. Po wyczerpaniu czynnika kriogenicznego statku NEOWISE i spadku wydajności czujników dokonuje ok. 0,15 miliona obserwacji asteroid rocznie. Kolejna generacja teleskopów kosmicznych w podczerwieni jest projektowana tak, aby nie wymagały chłodzenia kriogenicznego.
Do monitorowania NEO - głównie planetoid z grupy Atiry, których orbity znajdują się między Ziemią a Słońcem - wykorzystywane jest od kilku lat europejskie obserwatorium kosmiczne Gaia (7). Satelita ten może z kosmosu monitorować wycinek nieba niewidoczny z powierzchni Ziemi, co ma zwiększyć nasze szanse obrony przed asteroidami. W lutym 2017 r. na orbicie znalazł się też kanadyjski satelita NEOSat, mający wypatrywać dużych asteroid. W 2018 r. NASA wprowadziła na orbitę całą grupę mikrosatelitów NEA Scout, które pomagają naziemnej aparaturze wypełnić lukę w wiedzy o meteorytach podobnych do tego, jaki upadł w Czelabińsku. Zgodnie z założeniem, kiedy taki obiekt zbliży się do Ziemi, jeden z satelitów ma podlecieć do niego, wykonać zdjęcia jego powierzchni oraz "dotknąć" go w celu zbadania jego struktury i składu chemicznego. Z kolei w zakresie podczerwieni szukać będzie asteroidów projektowane obserwatorium NASA NEOCam.
Tabela ryzyka
Obserwacje i monitoring to początek. Na podstawie dostarczanych danych są następnie wykonywane obliczenia przecięcia orbity. Pracują nad tym dwa niezależne systemy - jeden prowadzony przez NASA (Sentry), a drugi przez ESA (NEODyS, czyli Near Earth Objects Dynamic Site).
Minimalna odległość przecięcia orbity (MOID) pomiędzy asteroidą a Ziemią to odległość pomiędzy najbliższymi punktami ich orbit. Jeśli MOID jest duża, oba obiekty nigdy nie zbliżą się do siebie. W konsekwencji - o ile orbita planetoidy nie zostanie zakłócona w taki sposób, że MOID w pewnym momencie ulegnie redukcji - nigdy nie dojdzie do zderzenia z Ziemią i ciało niebieskie może zostać zignorowane. Jeśli jednak MOID jest mała, wówczas konieczne staje się przeprowadzenie bardziej szczegółowych obliczeń, w celu określenia, czy w przyszłości nie grozi nam zderzenie. Asteroidy o MOID mniejszym niż 0,05 AU i absolutnej wielkości jaśniejszej niż 22 są klasyfikowane jako potencjalnie niebezpieczne.
Gdy tylko znana jest początkowa orbita, da się prognozować potencjalne pozycje i porównywać je z przyszłą pozycją Ziemi. Jeśli odległość pomiędzy asteroidą a środkiem Ziemi pozostaje mniejsza niż promień Ziemi, przewidywane jest potencjalne uderzenie. Aby uwzględnić niepewność dotyczącą orbity asteroidy, wykonuje się kilka przyszłych projekcji (symulacji). Każda z nich zakłada nieco inne parametry w zakresie niepewności. Pozwala to na oszacowanie procentowego prawdopodobieństwa wystąpienia oddziaływania. Przykładowo, jeśli w ramach przeprowadzonego tysiąca symulacji, wykryjemy opcję zderzenia, wówczas jego ryzyko da się oszacować na ok. 7%.
System NEODyS opiera się na stale i automatycznie aktualizowanej bazie danych dotyczącej orbit planetarnych w pobliżu Ziemi. Strona NEODyS zawiera tzw. tabelę ryzyka, na której znajdują się wszystkie NEO z wyliczonym odpowiednio dużym prawdopodobieństwem uderzenia w Ziemię, od dziś do 2100 r. W tabeli ryzyka NEO są podzielone na grupy:
● specjalne - należy do niej np. planetoida 99942 Apophis;
● obserwowalne - to te, które trzeba badać i precyzować dane na temat ich orbity;
● możliwe do odzyskania - obiekty obecnie niewidoczne, ale prawdopodobnie nadające się w niedalekiej przyszłości do obserwacji;
● zagubione - obiekty praktycznie zagubione, o niepewnej orbicie;
● małe - nawet jeśli są "zagubione", uważa się je za zbyt małe, aby mogły spowodować poważne uszkodzenia na Ziemi (choć należy zauważyć, że meteor czelabiński kwalifikował się właśnie do tej kategorii).
System Sentry NASA nieustannie skanuje katalog znanych asteroid, analizując ich orbity pod kątem ewentualnych przyszłych oddziaływań. Podobnie jak NEODyS, wylicza on MOID dla każdego obiektu bliskiego Ziemi oraz tworzy listę możliwych przyszłych oddziaływań, wraz z prawdopodobieństwem dla każdego z nich. Używa jednak nieco innego algorytmu niż NEODyS, co zapewnia użyteczną kontrolę nad wynikami analiz.
Funkcjonujące obecnie systemy oparte na znanych i namierzonych obiektach nie przewidują póki co żadnych "prawdopodobnych" zagrożeń. Ze zidentyfikowanych dotąd obiektów najwyżej w skali prawdopodobieństwa lokuje się asteroida 2010 RF12, która teoretycznie może uderzyć w Ziemię we wrześniu 2095 r., z prawdopodobieństwem szacowanym na 6,1%. W przypadku takiego trafienia planetoida wejdzie w atmosferę z prędkością ok. 12,26 km/s, a energia uderzenia wyniesie ok. 9 kiloton TNT, czyli nie dojdzie raczej do żadnej gigantycznej katastrofy.
Jak nie zniszczenie, to odchylenie
W 2016 r. NASA rozpoczęła procedurę tworzenia nowego biura, we współpracy z Siłami Powietrznymi, Departamentem Obrony i Federalną Agencją Zarządzania Kryzysowego (FEMA). Nowa jednostka - Biuro Koordynacji Obrony Planetarnej - ma zajmować się zapobieganiem katastrofom związanym z pędzącymi w kierunku Ziemi planetoidami. Bo w końcu gdy uda nam się dostrzec zagrożenie, trzeba coś z nim zrobić.
Tu pomysłów nie brakuje. Opisywaliśmy już pomysły NASA polegające na "zawróceniu" asteroidy - czyli projekt DART. W ramach szykowanego od kilku lat testu satelita ma uderzyć w asteroidę Didymos 65803 z prędkością powyżej 6 km/s, czyli dziewięciokrotnie większą niż prędkość kuli karabinowej. Efekt będzie obserwowany i odmierzany przez precyzyjne instrumenty obserwacyjne na Ziemi. Pomiary podpowiedzą uczonym, jaką kinetyczną energię powinien mieć bolid, aby strzelanie miało sens. Bo strzelanie do PHO i próby zmiany ich trajektorii to jeden z głównych pomysłów na zapobieżenie katastrofie.
Strategie unikania kolizji dzielą się na dwa podstawowe zestawy: zniszczenie i odchylenie. Fragmentacja koncentruje się na unieszkodliwieniu obiektu poprzez jego rozdrobnienie i rozproszenie fragmentów w taki sposób, aby ominęły Ziemię, lub stały się wystarczająco małe, aby spalić się w atmosferze. Wykorzystuje się tu fakt, że zarówno Ziemia, jak i impaktor znajdują się na orbicie. Uderzenie ma miejsce, gdy oba elementy znajdują się w tym samym punkcie przestrzeni kosmicznej w tym samym czasie, lub - bardziej poprawnie - gdy jakiś punkt na powierzchni Ziemi przecina orbitę impaktora w momencie jego przybycia.
Strategie unikania kolizji mogą być postrzegane jako bezpośrednie lub pośrednie, zależne od tego, w jakim tempie przenoszą energię na obiekt. Preferowane są metody bezpośrednie, ponieważ pozostają zazwyczaj mniej kosztowne pod względem czasowym i finansowym, a ich efekty mogą być natychmiastowe. Sposoby te wydają się najbardziej skuteczne w walce z obiektami stałymi, ale nie są zbyt efektywne w walce z dużymi, luźnymi skupiskami kosmicznego gruzu. Metody pośrednie, takie jak ciągniki grawitacyjne, mocowanie rakiet czy zmiany w zachowaniu masy, są znacznie wolniejsze, co ma swoje wady, gdy nie ma czasu na przygotowania do akcji.
Wiele NEO uważa się właśnie za "latające kupy gruzu", luźno połączone grawitacyjnie, a typowa próba odkształcenia kinetycznego o odpowiedniej wielkości może rozbić obiekt na drobniejsze fragmenty. Jeśli asteroida rozpadnie się na kawałki, jakikolwiek fragment o szerokości większej niż 35 m nie spali się w atmosferze i może uderzyć w Ziemię. Śledzenie tysięcy fragmentów, które mogłyby powstać w wyniku takiej eksplozji, byłoby bardzo trudnym zadaniem. Ocena, co jest lepsze - zaniechanie działania czy fragmentacja, pozostaje trudna do przeprowadzenia, bo nigdy nie byliśmy świadkami deszczu średnich meteorytów.
Wyniki symulacji superkomputera Cielo, przeprowadzonych w latach 2011-2012, w których szybkość i ilość dostarczanej energii były wystarczająco wysokie i dopasowane do wielkości gruzu (np. po kontrolowanej eksplozji jądrowej), wskazywały, że jakiekolwiek fragmenty asteroid, powstałe po dostarczeniu impulsu energii, nie stanowiłyby zagrożenia, ale uzyskałyby tzw. prędkość ucieczki.
Eksplozja ładunku jądrowego powyżej, na lub nieco poniżej powierzchni potencjalnie groźnego ciała niebieskiego to jedna z branych pod uwagę opcji, przy czym optymalna wysokość detonacji zależy od składu i wielkości obiektu. Nie wymaga to odparowania całego NEO w celu złagodzenia zagrożenia uderzeniowego. Jeśli obiekt jest bardzo duży, ale nadal stanowi relatywnie luźno związany zlepek gruzu, rozwiązaniem może być zdetonowanie jednego lub serii wybuchowych ładunków jądrowych obok asteroidy, w odległości 20 m lub większej od jego powierzchni. Jeśli ta strategia, nazywana stand-off, zostałaby wprowadzona w życie wystarczająco wcześnie, siła pochodząca od podmuchów jądrowych zmieniłaby trajektorię obiektu na tyle, by uniknąć uderzenia. Tak wynika z symulacji komputerowych i dowodów eksperymentalnych.
W 2011 r. Centrum Badań nad Odchyleniem Asteroid na Uniwersytecie w Iowa rozpoczęło badania nad strategiami, które mogłyby dotyczyć obiektów o średnicy od 50 do 500 m, gdy czas do uderzenia w Ziemię byłby krótszy niż rok. Badacze doszli do wniosku, że aby zapewnić wymaganą energię, eksplozja jądrowa lub inne działanie o tej samej mocy, pozostają jedynymi metodami, które mogą przeciwdziałać bardzo dużej asteroidzie. Praca ta zaowocowała stworzeniem koncepcyjnego Hypervelocity Asteroid Intercept Vehicle (HAIV), zawierającego impaktor kinetyczny mający stworzyć wstępny krater dla podpowierzchniowej detonacji jądrowej.
Gdy asteroida jest jeszcze daleko od Ziemi, sposobem na odchylenie jej toru jest bezpośrednia zmiana jej pędu poprzez zderzenie z nią statku kosmicznego. Zgodnie z przeprowadzoną w 2007 r. przez NASA analizą alternatywnych metod odchylania asteroidy niejądrowe impaktory kinetyczne mogą być stosowane w niektórych scenariuszach ugięcia/łagodzenia toru, szczególnie w przypadku NEO, które składają się z jednego, niewielkiego, stałego kawałka kosmicznej materii.
Europejska Agencja Kosmiczna prowadzi projekt dwóch misji kosmicznych planowanych na ok. 2020 r. Nazwano je AIDA (dawniej Don Quijote) - a mają polegać na zmianie trajektorii ciał kosmicznych tą właśnie metodą. Zespół ESA Advanced Concepts Team zademonstrował również teoretycznie, że wysyłając do kolizji z asteroidą prosty statek kosmiczny ważący mniej niż tonę, można by uzyskać odchylenie planetoidy Apophis. Inny program ESA - NEOShield-2 - również polega na zastosowaniu impaktora kinetycznego.
Alternatywą dla gwałtownego czy wybuchowego odchylenia jest powolne odpychanie asteroidy z kursu, np. za pomocą umocowanego na jej powierzchni sinika jonowego. To tylko jedna z koncepcji. Edward T. Lu i Stanley G. Love zaproponowali użycie do tego celu masywnego bezzałogowego statku kosmicznego unoszącego się nad asteroidą, jako "ciągnika grawitacyjnego". Aby jednak przyniosło to efekt, statek musiałby prawdopodobnie spędzić kilka lat, lecąc obok asteroidy.
Przeprowadzona jeszcze w 2007 r. przez NASA analiza alternatywnych rozwiązań w zakresie ugięć stwierdziła jednak, że techniki łagodne, slow push, są najdroższe, mają najniższy poziom gotowości technicznej, a ich zdolność zarówno do lotu zagrażającego NEO, jak i przekierowania go, byłaby ograniczona - chyba że mówimy o misjach w perspektywie dziesięcioleci.
Lasery? Malowanie?
Istnieją też mniej konwencjonalne pomysły. Jeden z nowszych to malowanie groźnego obiektu na biało. Zmieniając to, jak asteroida odbija światło słoneczne, możemy sprawić, że będzie się mniej nagrzewała, a to z kolei wpłynie na jej kurs. W tym roku zaproponowano, aby zrobić tak z asteroidą Bennu, co do której jest pewna obawa, że we wrześniu 2135 r. uderzy w Ziemię. Specjalista z NASA, Michael Moreau, uważa, że pomalowanie obiektu o średnicy stu kilkudziesięciu metrów choćby z jednej strony sprawi, że wiatr słoneczny zepchnie go z niebezpiecznej dla nas trajektorii.
Inne propozycje to m.in. zawijanie asteroidy w arkusz odblaskowego tworzywa sztucznego, takiego jak aluminiowana folia PET, traktowana jako żagiel słoneczny, a także "malowanie" lub odkurzanie obiektu dwutlenkiem tytanu (wersja biała), aby zmienić jego trajektorię przez zwiększenie ciśnienia odbitego promieniowania, lub sadzy (wersja czarna), aby zmienić jego trajektorię poprzez tzw. efekt Jarkowskiego, polegający na działaniu na powierzchnię planetoidy nieizotropowej absorpcji i emisji promieniowania słonecznego, co może spowodować w długim okresie istotną zmianę parametrów orbity planetoidy. Eugene Shoemaker w 1996 r. zaproponował odchylanie potencjalnego impaktora poprzez uwolnienie na drodze obiektu chmury pary wodnej, co delikatnie ją spowolni.
Zaproponowano również mocowanie masy uwięzi i balastu do asteroidy w celu zmiany jej trajektorii poprzez zmianę jej środka masy, albo sprężanie strumienia magnetycznego w celu hamowania magnetycznego lub wychwytywania obiektów zawierających wysoki procent żelaza meteorycznego poprzez zastosowanie szerokiej cewki drutu na swojej ścieżce orbitalnej (gdy przechodzi przez nią, indukcyjność wytwarza elektromagnes, który ma być generowany).
Szybszą metodą może być użycie silnego lasera. Takie jest założenie projektu DE-STAR, opracowanego przez profesorów Philipa Lubina i Gary’ego Hughesa. System byłby zasilany energią słoneczną i wytwarzałby skoncentrowaną wiązkę światła, która mogłaby rozbić kosmiczną skałę na mniej groźne kawałki, a nawet zamienić ją w parę. Badacze twierdzą, że wszystkie elementy systemu już istnieją - chodzi tylko o połączenie ich w urządzeniu, które w najmniejszej wersji miałoby średnicę 100 m (czyli tyle, co Międzynarodowa Stacja Kosmiczna). Taki orbitalny laser byłby w stanie zmienić trasę np. komety na niegroźną dla nas. Urządzenie sto razy większe potrafiłoby zaś w ciągu roku całkowicie zlikwidować asteroidę o średnicy 500 m.
Gdyby jednak kosmiczna skała miała średnicę rzędu kilometra, a zderzenie miałoby nastąpić szybko, pozostałyby nam tylko radykalne środki, takie jak wspominane już użycie broni atomowej. Sposób pokazany w filmie "Armageddon", czyli lądowanie i wiercenie w asteroidzie, raczej odpada. Lepiej wystrzelić podwójną rakietę. Pierwszy człon uderzyłby w asteroidę i zrobił w niej krater, w którym eksploduje drugi człon z ładunkiem atomowym. Rozbicie dużego ciała na drobniejsze kawałki wprawdzie całkowicie nas nie ratuje, ale zmniejsza potencjalna siłę impaktu.
NASA precyzuje te plany. Zespół inżynierów opracował niedawno koncepcyjny projekt Hypervelocity Asteroid Mitigation Mission for Emergency Response, czyli HAMMER (8). Zdaniem naukowców, gdyby HAMMER miał zostać wystrzelony w kierunku asteroidy Bennu, to odchylenie jej kursu zajęłoby co najmniej 7,4 roku. To czas potrzebny na produkcję, szkolenie, uruchomienie koncepcyjnego statku kosmicznego i wiele innych działań.
Najważniejsze jest więc wczesne ostrzeganie. Nawet niewielka siła przyłożona do asteroidy na wiele lat przed przewidywanym uderzeniem jest w stanie zmienić jej orbitę. Interwencja w ostatniej chwili może z kolei wymagać tak dużej energii, że zapobieżenie katastrofie będzie nierealne.
Obecne szacunki naukowców mówią o tym, że ryzyko uderzenia Bennu w Ziemię w 2135 r. wynosi ok. 1 na 2700. Obiekt ma znaleźć się wówczas w pobliżu orbity Księżyca. To z kolei może wpłynąć na trajektorię asteroidy i w efekcie prowadzić do potencjalnego zagrożenia Ziemi później, w latach 2175-2199. NASA podkreśla jednak, że prognozy dotyczące tak odległych okresów są mgliste, dodając, że być może misja sondy OSIRIS-REx, która właśnie przymierza się do kontaktu z Bennu, pozwoli orzec coś precyzyjniej.
Prawdopodobieństwo zderzenia z Ziemią jest określane za pomocą 11-stopniowej skali Torino, w której 0 oznacza zerowe prawdopodobieństwo kolizji, zaś ostatni punkt, oznaczony numerem 10 - zniszczenia o skali globalnej, zmiany klimatyczne i ryzyko zagłady cywilizacji. Skala Torino określa prawdopodobieństwo w perspektywie stu lat. Obecnie na opublikowanej przez NASA liście NEO tylko jeden z wykrytych obiektów uzyskał stopień 1.
Skala jest dość abstrakcyjna. Eksperci czasem pokazują więc bardziej obrazowo, jak dużego obiektu potrzeba, aby zniszczyć miasto, państwo, kraj lub całą planetę. Trzeba przy tym pamiętać, że mniejsze obiekty eksplodują w atmosferze, dzieląc się na mniejsze kawałki, jak np. meteoryt czelabiński.
I tak, obiekt wielkości domu może wybuchnąć w ziemskiej atmosferze z siłą większą niż broń jądrowa, którą USA zrzuciły na Hiroszimę w 1945 r. Taka skała kosmiczna byłaby w stanie zrównać z ziemią większość budynków w promieniu ponad 2 km. Asteroida o wielkości 20-piętrowego budynku przy odpowiednim składzie, szybkości i kącie natarcia, może zniszczyć centrum dużego miasta. Obiekt o rozmiarach boiska piłkarskiego potrafiłby całkowicie zniszczyć wielką aglomerację, np. Tokio, powodując trzęsienie ziemi o sile 7,7 w skali Richtera, odczuwalne w promieniu 1600 km. Impakt asteroidy o średnicy kilometra miałby skutki globalne, całkowicie pustosząc obszar wielkości Węgier. Pył wyrzucony w atmosferę zasłoniłby promieniowanie słoneczne i wywołał zmiany klimatyczne na całej Ziemi. Skała kosmiczna o gabarytach Mount-Everest zabiłyby większość życia na Ziemi. Asteroida w rozmiarze takim jak np. aglomeracja londyńska to już globalna zagłada życia.
Gdy mówimy o rozwijaniu technik potencjalnej zmiany trasy zagrażających Ziemi obiektów, pojawiają się jednak pewne wątpliwości, które formułował nawet sam Carl Sagan (9). Co bowiem, jeśli kraj mający odpowiednie techniczne możliwości, uniknie uderzenia, narażając inne państwo? A nawet wykorzysta tego rodzaju technikę, aby celowo wystawić inne państwo na cel? Ludzie w końcu dowiedli, że z tego co w zamyśle uczonych miało zbawiać świat, potrafią uczynić narzędzie zagłady.
Mirosław Usidus
