Науково-популярні статті з різних галузей астрономії

Земля під обстрілом космічних тіл

В. Г. Кручиненко

доктор фізико-математичних наук, професор

Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Щодоби в земну атмосферу влітає понад двадцять мільйонів метеорних часток, маса кожної з яких перевищує одну соту грама. Зі збільшенням розміру кількість часток зменшується, приблизно, обернено пропорційно квадрату маси. Наприклад, кількість метеорних тіл з масами понад 10 грамів, які породжують яскраві метеори — їх називають болідами і їхній блиск при спостереженні із Землі перевищує блиск Венери — складає близько 36 тисяч за добу на всю земну кулю. Кількість тіл, які не менші одного кілограма — всього 480 штук. З них приблизно 30% досягають висот від 30 км та менше. Рух таких тіл в атмосфері Землі супроводжується ударними хвилями та тепловими вибухами, вони становлять реальну небезпеку для авіалайнерів, траси яких лежать на порівняно малих висотах. Космічне тіло, що має такі параметри, як відоме Тунгуське (розмір 60 метрів і маса мільйон тон), зустрічається із Землею раз на двісті років. Для космічного корабля (КК), наприклад, метеорну небезпеку становлять вже частинки, маси яких не менші 10^-6 г. Менші — створюють лише «космічну ерозію» обшивки поверхонь сонячний батарей та інших частин КК. Щорічно на Землю падає біля 900 метеоритів масою від 1 кг і більше, а знаходять тільки 10—20 метеоритів. Колекції нараховують близько 700 метеоритів, падіння яких спостерігали, і близько 900 метеоритів, падіння яких не спостерігалося. Кам’яні метеорити складають близько 92% загальної кількості, залізні — близько 6%, залізо-кам’яні — близько 2%.

Загальний доплив космічних тіл на Землю за рік в широкому спектрі мас (від найдрібніших пилинок мікронного розміру до великих астероїдних і кометних тілз розмірами в десятки і сотні метрів) становить майже 40000 тон. Якщо за останній мільярд років доплив космічної речовини не змінювався, то завдяки ньому радіус нашої планети за цей час збільшився приблизно на 4 см.

Те, що метеорити, небесне каміння, падають з неба, відомо дуже давно. Про це написано в таких пам’ятках писемності, як Біблія, Коран, індійська Махабхарата, епос про Гайавату, літописи Китаю, Кореї. Легенди про драконів, про Змія Горинича (до речі, Горинич — той, що живе «гори», тобто зверху, на небі) пов’язані з польотом яскравих метеорів та болідів. Євангельське розуміння «апостол Петро» грецькою означає «посланець неба — камінь». Староперсидською мовою і мовами кавказьких народів поняття «небо» і «камінь» — тотожні і відповідають уявленню про те, що небо складається з каміння. Відомий культ метеоритів і поклоніння їм. Для метеоритів будували спеціальні храми. «Чорному каменю» —метеориту ще й сьогодні поклоняються мусульмани у храмі в Мецці. Давньогрецький міф про Фаетона, який начебто упав з неба на вогняній колісниці, свідчить про політ яскравого боліда над Грецією і падіння метеорита близько 3000 років тому.

У наш час поряд з іншими проблемами виживання людства серйозно заявила про себе проблема астероїдно-кометної небезпеки. Падіння великих тіл на Землю відігравали значну роль у розвитку життя на Землі в минулому і можуть мати вирішальний вплив у майбутньому. Найважливіша роль у цьому процесі належить популяції астероїдів, які можуть наближатися до Землі (АНЗ). Ймовірність зіткнення будь-якого конкретного астероїда з Землею дуже мала, але внаслідок великої кількості цих об’єктів частота зіткнень досягає відчутної величини. Вона складає приблизно одне зіткнення за мільйон років для астероїдів діаметром 1—2 км і одне за сто років для астероїдів діаметром 30 м. Згідно з наявними даними, існує біля 2100 АНЗ з діаметрами понад 1 км і біля 320 тисяч з діаметрами понад 100 м. Зіткнення із Землею кожного з них — це реальна небезпека (глобальна чи регіональна) для людства. В той же час, нам відомі орбіти лише близько 7% АНЗ з діаметрами понад 1 км і всього 0,1—0,2% орбіт АНЗ з діаметрами понад 100 м.

При падінні на поверхню планети метеорити можуть утворювати ударні або вибухові кратери. Якщо швидкість падіння не більша 4 км/с, то утворений кратер буде ударним, невеликого розміру і основна маса метеорита (монолітного чи зруйнованого) залишиться у поверхневому шарі. Серед відомих великих метеоритів до цієї категорії можна віднести залізний метеорит Гоба (вага 60 тон), знайдений у 1920 р. в Південно-Західній Африці. При падінні він утворив невелику вирву, в яку заглибився на 1,5 м.

Якщо метеорит при падінні має швидкість понад 4 км/с, то запасу його кінетичної енергії достатньо для зруйнування структури твердого тіла і утворення з речовини самого метеорита та ґрунту дуже стиснутого гарячого газу.

Об’єм речовини, що перетворюється в газ, в десятки та сотні разів більший від розмірів метеорита. Утворена таким чином вибухова хвиля призводить до значних руйнувань, великомасштабних збурень атмосфери та її значному забрудненню. Як приклад, до вибухових ми відносимо відомий Аризонський кратер (Північна Америка, час падіння за різними оцінками від 5 до 50 тис. років тому; кратер діаметром 1,2 км і глибиною 175 м; зібрано близько 30 тон дрібних фрагментів), утворений залізною брилою, що мала розмір не менше 100 м і швидкість падіння понад 11 км/с.

Мінімальний розмір астероїда, зіткнення з яким при швидкості 20 км/с може викликати на Землі глобальні катастрофічні зміни клімату, фауни і флори, становить 1 — 2 км. Таке зіткнення призведе до вибуху, тротиловий еквівалент якого становить 7∙10⁵ Мт (35 мільйонів «Хіросим»). Викид речовини з кратера приблизно в 1000 раз перевищить об’єм тіла, що може викликати ефект «ядерної зими»: підняті в атмосферу пил і сажа поглинуть сонячне випромінювання, в результаті чого різко знизиться температура на поверхні Землі, відбудуться глобальні зміни в екології, що може призвести до загибелі значної частини населення Землі впродовж декількох місяців або років. Глобальна катастрофа особливо страшна, тому що жодна нація або уряд не будуть в змозі надати допомогу іншим країнам, оскільки лихо охопить всю планету. Людська цивілізація в тому вигляді, якого вона досягла за декілька тисяч років свого розвитку, може припинити своє існування.

Нижче наведені оцінки ступеня ризику для пересічного громадянина загинути протягом життя від різноманітних причин.

Парадоксальний на перший погляд результат — ступінь ризику загинути в космічній катастрофі виявився приблизно таким же, як і у випадку авіаційної катастрофи або повені. Однак тут всебільш-менш правильно, оскільки ступінь ризику — це добуток імовірності події на кількість втрат (при зіткненні з астероїдом можуть бути не десятки або сотні жертв, а мільйони). На поверхні Землі збереглося не менше 130 кратерів вибухового походження діаметром до 200 км різноманітного вигляду і віку, у тому числі і дуже давніх, виявлених з космосу.

Останні роки все більше підтверджень знаходить припущення, що раптове зникнення гігантських динозаврів і деяких інших викопних тварин пояснюється зіткненням Землі з величезним астероїдом приблизно 65 млн. років тому. Ця подія збігається зі зміною двох геологічних епох в історії нашої планети: мезозою і кайнозою. Перехід між цими двома епохами позначений масовим вимиранням великих ящерів, динозаврів, що поступилися своїм місцем ссавцям та птахам. У геологічному шарі Землі цього періоду виявлно вміст іридію, який в сотні разів перевищує концентрацію в інших шарах. Як відомо, іридій присутній у відносно великій кількості в метеоритах, які є фрагментами астероїдів. Тому не виключено, що аномальна концентрація іридію та загибель динозаврів мають одну і ту ж причину — падіння на Землю великого астероїда. Оцінки показали, що його діаметр має бути біля 5 км. При падінні такоготіла мусив утворитися кратер діаметром 150 — 200 км.

Відзначимо, що такий кратер, діаметром 170 км і віком 64,98 ± 0,04 мільйонів років, знайдено поблизу узбережжя півострова Юкатан (Мексика).

Інша глобальна космічна катастрофа, що стала причиною вимирання так званої «мамонтової» фауни, трапилася приблизно 10 тисяч років тому. Науковці припускають, що після цієї катастрофи людство відродилося, мабуть, вже в новій формі, у вигляді різкого спалаху цивілізацій. Таким чином, вже зараз стає ясно, що глобальні вибухові катастрофи були важливим чинником в процесі розвитку життя на Землі.

Безліч вибухових кратерів на знімках Місяця, Меркурія, Марса, на поверхнях супутників планет-гігантів, що не мають атмосфер, і навіть на невеликих астероїдах — це теж свідоцтва космічних катастроф у нашій планетній системі. В останні роки особлива увага приділяється дослідженню астероїдів груп Аполлона, Амура, і Атона, які наближаються до орбіти Землі і є найбільш небезпечними для нашої цивілізації. З 1971 р. більше 10 космічних апаратів досліджують астероїди: Galileo, IRAS, HIPPARCOS, NEAR та інші. На початку лютого цього року космічний корабель STARDUST стартував до комети Вільда 2 і через сім років повернеться на Землю з кометною речовиною, яку він візьме у хвості комети. У 2002 р. порівняно на невеликій відстані від Землі пролетить астероїд Нерей. До нього відправиться японський космічний апарат з тим, щоб взяти проби ґрунту і у 2006р. повернутися на Землю.

Деякі приклади. Астероїд Гермес наближався до Землі у 1937 р. на відстань 800 тис. км., астероїд Ікар (діаметр 1,5 км), орбіта якого подібна до орбіти короткоперіодичної комети, періодично проходить близько від Землі (6 — 7 млн. км) і є одним із небезпечних для земної цивілізації: енергія зіткнення його з Землею становить 6∙10⁵ Мт ТНТ, або 30 мільйонів «Хіросим». Останнє його проходження біля Землі (на відстані 6,3 млн. км) відбулося 14 червня 1968 р.

23 березня 1989 р. невідомий раніше астероїд 1989 FC (4581 Asclepius) перетнув орбіту Землі в точці, де вона знаходилась 6 годин тому, пройшовши від Землі на відстані 700 тис. км. Цей астероїд розміром в декілька сотень метрів був виявлений вже після проходження ним небезпечного зближення із Землею. Якщо б він зіткнувся з Землею, то в результаті утворився б кратер діаметром біля 16 км і глибиною 1,5 км, а в радіусі 160 км від нього все було б зруйноване вибуховою хвилею. Падіння такого астероїда в океан викликало б грандіозне цунамі висотою в сотні метрів.

10 серпня 1972 р. космічне тіло діаметром понад 25 м пройшло через атмосферу Землі над Канадою і спостерігалося на небі як величезна вогняна куля. Незначне збурення орбіти могло б викликати його падіння на Землю, отже, і катастрофу місцевого масштабу.

Зовсім нещодавно, 1 жовтня 1990 р. відбулося падіння метеороїда діаметром біля 20 м в західній частині Тихого океану. Вибух на висоті 30 км потужністю приблизно 10 Кт супроводжувався дуже яскравим спалахом (-23 зоряної величини), який був зафіксований двома геостаціонарними ШСЗ. Згідно з розсекреченими американськими даними, вибухи в атмосфері Землі такої потужності відбуваються щорічно. 8 — 9 грудня 1992 р. великий астероїд Тоутатіс розміром біля 3 км пройшов від Землі на відстані, що дорівнює приблизно восьми відстаням до Місяця.

І, нарешті, унікальна подія липня 1994 р. — зіткнення комети Шумейкер-Леві з Юпітером, ніби попередження, ще раз нагадало про те, що подібні катастрофи в Сонячній системі — це справді реальність.

Джерело: «Наше небо», травень — червень, 1999