Вадим Романов - Мусор преграждает путь в космос

В Солнечной системе, наряду с планетами и их спутниками, существует огромное количество каменных, железных и ледяных объектов, движущихся на огромных скоростях по хаотичным и постоянно изменяющимся орбитам. Фрагменты этого космического мусора раз за разом пересекают орбиты внутренних планет, особенно Марса и системы Земля-Луна. Земля, движущаяся по орбите вокруг Солнца с постоянной скоростью около 110 000 км/час, регулярно проходит сквозь потоки этого мусора. Большая его часть состоит из крошечных метеороидов, сгорающих в атмосфере (так называемые «падающие звезды»). Более крупные объекты взрываются в атмосфере, часть долетает до Земли. За свою долгую историю Земля неоднократно сталкивалась с космическими объектами — фактически с космическим мусором. Защитная роль атмосферы планеты состоит в предохранении её поверхности от выпадения сравнительно мелких тел — (размером от 1 м до 10 м), они сгорают в атмосфере. Но всё же значительное количество метеоритного вещества (десятки килотонн) ежегодно выпадает на Землю.

Рис. 5.1. Астероиды главного пояса Матильда Гаспра и Ида, изображённые в одном масштабе

Глобальная проблема космического мусора — так называемая астероидно-кометная опасность существовала всегда, но лишь в последние 2–3 десятилетия развития возможностей техники наблюдений была осознана как реальная опасность. Её сущность в потенциальной возможности этих объектов погубить жизнь на Земле.

Дело в том, что свыше 95 % всех известных астероидов находится в Главном поясе астероидов — между орбитами Марса и Юпитера [29]. Несколько астероидных роев вращается между орбитами Марса и Венеры, пересекая орбиту Земли. Существуют крупные астероидные объекты, постоянно находящиеся за орбитой Юпитера и других внешних планет и имеющие эллиптические орбиты и попадающие в сферу внутренних планет при приближении к перигелию. Орбиты астероидов Главного пояса в основном стабильны. Их общее число превосходит 400 тысяч: от гигантов диаметром 200 км до объектов размером 1 км и меньше. Ближе к Земле появляются рои «околоземных» астероидов — семейства астероидов типа Амура, Аполлона и Атона.

Каталогизация астероидов привела к огромному числу открываемых ежегодно таких объектов вообще и астероидов, сближающихся с орбитой Земли или пересекающих её (АСЗ) в частности, а среди них и потенциально опасных (ПО) для Земли.

В течение десятилетия 1998–2007 NASA (США) осуществляла проект «Spaceguard», задачей которого было обнаружение и каталогизация ~90 % всех астероидов с диаметром выше 1 км. Речь шла об астероидах Главного пояса, чьи орбиты не проходят вблизи орбиты Земли. В ходе выполнения этого проекта было обнаружено свыше 730 АСЗ километровых размеров, а попутно найдено свыше 5000 тел меньшего размера. Логическим продолжением проекта «Spaceguard» является следующий проект, в задачи которого входит открытие тех АСЗ, размеры которых менее 1 км (т. е. 150 м ч-1 км). По предварительным оценкам, таких объектов может оказаться порядка 120 000. Характерные конфигурации малых тел Солнечной системы, появляющихся в ОКП, показаны на рис. 2.3.8.

Размеры известных астероидов, пересекающих орбиту Земли, варьируются в пределах от 6 м до 40 км. Одно из последних падений XX века — январь 2000 г. в районе озера Тагиш в Канаде. Метеорит, являвшийся по предположениям осколком астероида типа D (немногочисленное семейство красно-чёрных астероидов с весьма низким альбедо), имел диаметр около 6 метров, массу порядка 2'10 8кг [30].

В минувшем столетии несколько астероидов прошли совсем близко от Земли, в том числе даже на расстоянии 0,007 а.е., что составляет чуть более 1 млн. км. Последним астероидом XX столетия, пролетевшим вблизи Земли, был объект 2000YA (он пролетел 24 декабря 2000 г. со скоростью 30 км/с на расстоянии 800 тыс. км от Земли) [31].

В XXI веке уже наблюдались пролёты нескольких астероидов между Землёй и Луной.

Важность наблюдения и контроля за астероидами любых типов состоит в непредсказуемости точных траекторий их движения в солнечной системе из-за гравитационных влияний планет и достаточно крупных объектов. Неопасные или потенциально опасные астероиды сегодня могут стать угрожающими завтра.

Наконец, орбиту Земли ежегодно пересекают экскретные космические тела в виде метеоритов разного размера. Они представляют собой несколько десятков метеорных потоков, состоящих из тел разного размера:

— диаметром менее 0,1 см — пылевой составляющей потока;

— от 0,1 см до 10 м — метеороидов.

В настоящее время известно около 20 главных метеорных потоков с часовыми числами 20-140 метеоров в час [29]. Кроме них выделяют до 6 тысяч малых метеорных потоков или ассоциаций. Воздействие метеорного потока экскретов на ОКП, атмосферу и, в конечном итоге, на Землю определяется его шириной, скоростью метеоров относительно Земли и числом крупных объектов в потоке. В своем большинстве массы метеороидов заключаются в пределах 10 — НО г. Размеры метеороидов при этом варьируются в пределах от 10" 5см до ~10 км.

Межпланетные объекты, размер которых не превышает нескольких сотен метров, принято называть метеорными телами, или метеороидами. Влетая с космической скоростью в атмосферу планеты, они из-за столкновения с молекулами газа сильно нагреваются, дробятся, плавятся, испаряются и оставляют за собой в полёте светящийся секунду-другую след. Это атмосферное явление называют метеором.

Если яркость метеора превосходит -4т (т. е. яркость Венеры), то его называют болидом. Наиболее яркие болиды видны даже днем; их полет иногда сопровождается яркими вспышками, дымным следом, а порой и мощными звуками. При яркости более 6 т на поверхность Земли обычно выпадает твёрдый остаток — метеорит. Наиболее вероятными кандидатами на выпадение метеорита являются медленные болиды, не демонстрирующие в конце траектории резкой вспышки, означающей разрушение.

Болид появляется на высотах 100–120 км над поверхностью Земли. На высоте 5-20 км метеорное тело полностью затормаживается, болид исчезает, а остаток не успевшего полностью испариться метеорного тела выпадает на поверхность Земли в виде метеорита. Метеороиды представляют заметную опасность для ИСЗ и пилотируемых КА.

Замечено, что когда крупные метеороиды испытывают большое давление на лобовую часть и, когда оно превышает пределы прочности материала метеороида, разваливаются на части. В результате образуется рой быстро тормозящихся фрагментов, которые в более плотных слоях атмосферы дробятся далее и выпадают на Землю в виде метеоритов.

Абляция вещества с поверхностей мелких осколков ведёт к образованию метеорной комы, которая, испаряясь за доли секунды, образует взрыв, часто наблюдающийся в конце следа крупных болидов в виде вспышки.