Asteroiden und wir
Für mich kein ganz thematischer Artikel, aber es schien mir interessant, über eine Asteroidengefahr zu sprechen. Im Prinzip ist dies ein abgedroschenes Thema, aber in den letzten Jahren hat es allmählich einen anderen Inhalt erhalten, daher denke ich, dass es interessant sein wird.Auswirkungen
Simulation einer atmosphärischen Explosion des Tunguska-Meteoriten . Aktuelle Schätzungen geben die Schlagkraft von 5,15 Megatonnen an.Der Aufprall ist der Einschlag eines Asteroiden (im Prinzip jeder Größe) in die Erde mit der anschließenden Freisetzung seiner kinetischen Energie in der Atmosphäre oder an der Oberfläche. Je geringer der Einfluss auf die Energie ist, desto häufiger tritt er auf. Aufprallenergie ist ein guter Weg, um festzustellen, ob ein kosmischer Körper für die Erde gefährlich ist oder nicht. Die erste derartige Schwelle liegt bei etwa 100 Kilotonnen TNT-Äquivalent zur Energiefreisetzung, wenn ein ankommender Asteroid (der am Eingang zur Atmosphäre als Meteorit bezeichnet wird) nicht mehr auf YouTube beschränkt ist und Probleme mit sich bringt. Ein gutes Beispiel für ein solches Schwellenereignis ist der Tscheljabinsker Meteorit von 2014 - ein kleiner Körper mit charakteristischen Abmessungen von 15 bis 20 Metern und einer Masse von ~ 10 Tausend Tonnen verursachte eine Milliarde Rubel Schaden und verletzte ~ 300 Menschen.Eine Auswahl von Videos zum Fall des Tscheljabinsker Meteoriten.Der Tscheljabinsker Meteorit zielte jedoch sehr gut und störte im Großen und Ganzen nicht einmal das Leben von Tscheljabinsk, ganz zu schweigen von der ganzen Erde. Die Wahrscheinlichkeit, während einer Kollision mit unserem Planeten versehentlich in ein dicht besiedeltes Gebiet zu gelangen, liegt bei einigen Prozent. Daher beginnt die tatsächliche Schwelle gefährlicher Objekte mit einer 1000-mal höheren Leistung - etwa Hunderten von Megatonnen, der charakteristischen Aufprallenergie für Körper des Kalibers 140-170 Meter.
Im Gegensatz zu Atomwaffen ist die von Meteoriten freigesetzte Energie räumlich und zeitlich stärker verschmiert und daher etwas weniger tödlich. Auf dem Foto - die Explosion der Atomanlage Ivy Mike, 10 Megatonnen.Ein solcher Meteor hat einen Zerstörungsradius von hundert Kilometern und kann bei erfolgreicher Landung viele Millionen Menschenleben beenden. Natürlich gibt es Steine im Weltraum und einen größeren - ein 500-Meter-Asteroid wird eine regionale Katastrophe verursachen, die das Gelände Tausende von Kilometern vom Ort seines Sturzes entfernt betrifft. Eineinhalb Kilometer können Leben von einem Viertel der Planetenoberfläche abwischen, und ein 10-Kilometer-Asteroid wird ein neues Massensterben verursachen und die Zivilisation definitiv zerstören.Nachdem wir das Armageddon-Niveau anhand der Größe kalibriert haben, können wir zur Wissenschaft übergehen.Erdnahe Asteroiden
Natürlich kann nur ein Asteroid, dessen Umlaufbahn in Zukunft die Flugbahn der Erde kreuzt, ein Impaktor werden. Das Problem ist, dass Sie zuerst einen solchen Asteroiden sehen, dann seine Flugbahn mit ausreichender Genauigkeit messen und ihn in Zukunft modellieren müssen. Bis in die 80er Jahre lag die Anzahl der bekannten Asteroiden, die die Erdumlaufbahn überquerten, im Zehnerbereich, und keiner von ihnen war gefährlich (sie näherte sich nicht näher als 7,5 Millionen Kilometer von der Erdumlaufbahn, als sie beispielsweise 1000 Jahre später die Dynamik modellierten). Daher konzentrierte sich die Untersuchung der Asteroidengefahr hauptsächlich auf die Wahrscheinlichkeitsberechnung - wie viele Körper, die größer als 140 Meter sind, können sich in Umlaufbahnen befinden, die die Erde überqueren? Wie oft treten Auswirkungen auf? Die Gefahr wurde wahrscheinlich geschätzt, "im nächsten Jahrzehnt ist es 10 ^ -5, eine Wirkung mit einer Kapazität von mehr als 100 Megatonnen zu erzielen".Aber Wahrscheinlichkeit bedeutet nicht, dass wir morgen keine globale Katastrophe erleben werden.
Berechnung der wahrscheinlichen Aufprallfrequenz als Funktion der Energie. Auf der vertikalen Achse ist die Häufigkeit von „Fällen pro Jahr“ auf der horizontalen Achse die Aufprallkraft in Kilotonnen. Horizontale Streifen - Toleranzen für die Größe. Rote Markierungen - Beobachtungen von tatsächlichen Auswirkungen mit einem Fehler.Das qualitative und quantitative Wachstum führt jedoch zu einem raschen Anstieg der Anzahl der erkannten erdnahen Objekte. Das Auftreten von CCD-Arrays in Teleskopen in den 90er Jahren (die ihre Empfindlichkeit um 1 bis 1,5 Größenordnungen erhöhten) und gleichzeitig automatische Algorithmen zur Verarbeitung von Bildern des Nachthimmels führten um die Jahrhundertwende zu einer Erhöhung der Erkennungsrate von Asteroiden (einschließlich erdnaher Größenordnungen) um zwei Größenordnungen.Gute Animation der Erkennung und Bewegung von Asteroiden von 1982 bis 2012. Erdnahe Asteroiden sind rot markiert.In den Jahren 1998-1999 wurde das LINEAR-Projekt in Betrieb genommen - zwei Teleskoproboter mit einer Apertur von nur 1 Meter, ausgestattet mit einer Matrix von nur 5 Megapixeln (später werden Sie verstehen, woher es kommt, „alles“), mit der Aufgabe, so viele Asteroiden und Kometen wie möglich zu erkennen .h. in der Nähe der Erde. Dies war nicht das erste Projekt dieser Ausrichtung (ein paar Jahre zuvor war NEAT noch recht erfolgreich), sondern das erste, das speziell für diese Aufgabe entwickelt wurde. Das Teleskop zeichnete sich durch folgende Merkmale aus, die dann zum Standard werden:- Eine spezielle astronomische CCD-Matrix mit Pixel-Hintergrundbeleuchtung, die ihre Quanteneffizienz (die Anzahl der aufgenommenen einfallenden Photonen) auf fast 100% erhöhte, gegenüber 30% bei nicht-astronomischen Standardphotonen.
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Das LINEAR-Teleskop selbst befindet sich in White Sands, New Mexico.LINEAR wird ein Stern der ersten Größenordnung einer Asteroiden-Suche, der in den nächsten 12 Jahren 230.000 Asteroiden entdeckt hat, darunter 2300, die die Erdumlaufbahn überqueren. Dank eines weiteren MPC-Projekts ( Minor Planet Center ) werden Informationen über die gefundenen Kandidaten für Asteroiden über verschiedene Observatorien verteilt, um zusätzliche Messungen der Umlaufbahnen durchzuführen. In den 2000er Jahren wurde eine ähnliche automatisierte Himmelsvermessung von Catalina in Betrieb genommen (die eher auf die Suche nach erdnahen Objekten abzielt und diese Hunderte pro Jahr findet).
Die Anzahl der erdnahen Asteroiden, die von verschiedenen Projekten pro Jahr entdeckt wurdenAllmählich ergeben sich Schätzungen der Wahrscheinlichkeit von Harmagedon im Allgemeinen zu Schätzungen der Wahrscheinlichkeit des Todes eines bestimmten Asteroiden. Unter den ersten Hunderten und dann Tausenden von erdnahen Asteroiden stechen etwa 10% hervor, deren Umlaufbahnen näher als 0,05 astronomische Einheiten von der Erdumlaufbahn (etwa 7,5 Millionen km) entfernt sind, während die Größe des Asteroiden 100 bis 150 Meter (die absolute Größe des Körpers) überschreiten sollte Sonnensystem H> 22).Ende 2004 teilte die NASA der Welt mit, dass der zu Beginn des Jahres entdeckte Asteroid Apophis 99942 mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 233 2029 die Erde treffen würde. Der Asteroid hat nach modernen Messungen einen Durchmesser von etwa 330 Metern und eine geschätzte Masse von 40 Millionen Tonnen, was etwa 800 Megatonnen Explosionsenergie ergibt.
. .Am Beispiel von Apophis wurde jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Körper auftauchte, zu einem Impaktor. Wenn man die Umlaufbahn des Asteroiden mit endlicher Genauigkeit kennt und seine Flugbahn wieder mit endlicher Genauigkeit integriert, kann zum Zeitpunkt einer möglichen Kollision, bei der beispielsweise 95% der möglichen Flugbahnen fallen, nur eine Ellipse geschätzt werden. Als die Parameter der Apophis-Umlaufbahn verfeinert wurden, nahm die Ellipse ab, bis der Planet Erde endgültig herausfiel. Nun ist bekannt, dass der Asteroid am 13. April 2029 in einer Entfernung von mindestens 31.200 km von der Erdoberfläche vorbeifahren wird (dies ist jedoch wiederum die nächstgelegene Kante der Fehlerellipse).
Darstellung, wie die Röhre der möglichen Umlaufbahnen des Asteroiden Apophis zum Zeitpunkt einer möglichen Kollision komprimiert wurde, während die Parameter der Umlaufbahn verfeinert wurden. Infolgedessen war die Erde nicht betroffen.
Ein weiteres interessantes Beispiel von Apophis ist die Berechnung möglicher Kollisionspunkte (unter Berücksichtigung der Unsicherheit) für eine Kollision im Jahr 2036. Übrigens ist zu sehen, dass die Flugbahn in der Nähe des Sturzes des Tunguska-Meteoriten verlief.Um die vergleichende Gefahr erdnaher Asteroiden schnell einschätzen zu können, wurden zwei Skalen entwickelt - die einfache Turin und die komplexere Palermo . Turinskaya multipliziert einfach die Kollisionswahrscheinlichkeit und die Größe des geschätzten Körpers und weist ihm einen Wert von 0 bis 10 zu (zum Beispiel hatte Apophis auf dem Höhepunkt der Kollisionswahrscheinlichkeit 4 Punkte), und Palermskaya berechnet den Logarithmus des Verhältnisses der Aufprallwahrscheinlichkeit eines bestimmten Körpers mit der Hintergrundwahrscheinlichkeit des Aufpralls dieser Energie von heute bis zum möglichen Zeitpunkt Kollisionen.
Gleichzeitig bedeuten positive Werte auf der Palermo-Skala, dass ein einzelner Körper zu einer bedeutenderen potenziellen Katastrophenquelle wird als alle anderen - offen und unentdeckt zusammen. Ein weiterer wichtiger Punkt der Palermo-Skala ist die angewandte Faltung der Aufprallwahrscheinlichkeit und ihrer Energie, die eine eher kontraintuitive Kurve des Risikograds in Abhängigkeit von der Größe des Asteroiden ergibt - ja, 100-Meter-Steine scheinen keinen signifikanten Schaden verursachen zu können, aber sie fallen stark ab und tragen relativ häufig im Allgemeinen mehr potenzielle Opfer als 1,5 Kilometer "Mörder von Zivilisationen".Kehren wir jedoch zur Geschichte der Entdeckung erdnaher Asteroiden und gefährlicher Objekte mit mittlerem Potenzial zurück. 2010 wurde das erste Pan-STARRS-Teleskop mit einem Ultra-Weitfeldteleskop mit einer Apertur von 1,8 Metern und einem 1400-Megapixel-Sensor in Betrieb genommen!
Ein Foto der Andromeda-Galaxie aus dem Pan-STARRS 1-Teleskop, mit dem wir ihren Weitwinkel bewerten können. Zum Vergleich werden der Vollmond und die farbigen Quadrate im Feld gezeichnet - dem „üblichen“ Sichtfeld großer astronomischer Teleskope.Im Gegensatz zu LINEAR dauert die Aufnahme 30 Sekunden mit einer Betrachtungstiefe von 22 Tiefen. Werte (d. h. könnten einen Asteroiden mit einer Größe von 100 bis 150 Metern in einer Entfernung von 1 astronomischen Einheit gegen die Kilometergrenze in dieser Entfernung für LINEAR erkennen) und ein Hochleistungsserver (1480 Kerne und 2,5 Petabyte Festplatten) werden jede Nacht 10 Terabyte zur Liste der vorübergehenden Phänomene. Es sollte beachtet werden, dass der Hauptzweck von Pan-STARRS nicht die Suche nach erdnahen Objekten ist, sondern die stellare und galaktische Astronomie - die Suche nach Veränderungen am Himmel, zum Beispiel entfernten Supernovae oder katastrophalen Ereignissen in engen binären Systemen. Im Laufe des Jahres wurden in diesem Unsinn-Teleskop jedoch Hunderte neuer erdnaher Asteroiden entdeckt.
Server Pan-STARRS. Generell ist das Foto bereits im Jahr 2012, heute hat sich das Projekt stark erweitert, ein zweites Teleskop wurde hinzugefügt, zwei weitere werden gebaut.Es ist notwendig, eine weitere Mission zu erwähnen - das NASA WISE-Weltraumteleskop und seine Erweiterung NEOWISE. Dieses Gerät machte Bilder im fernen Infrarot und erkannte Asteroiden anhand ihres IR-Lichts. Im Allgemeinen zielte es ursprünglich darauf ab, nach Asteroiden jenseits der Umlaufbahn von Neptun zu suchen - Objekte des Kuipergürtels, verstreute Scheiben und braune Zwerge, aber in der Erweiterungsmission, nachdem das Teleskop kein Kältemittel mehr hatte und seine Temperatur für die anfängliche Aufgabe zu hoch wurde, war dies der Fall Mit einem Teleskop wurden etwa 200 erdnahe Körper gefunden.Infolgedessen ist in den letzten 30 Jahren die Anzahl der bekannten erdnahen Asteroiden von ~ 50 auf 15.000 gestiegen. Heute werden 1763 von ihnen als potenziell gefährliche Objekte aufgeführt, von denen keines auf den Skalen von Turin und Palermo eine Bewertung von mehr als 0 aufweist.Viele Asteroiden
Ist es viel oder wenig? Nach der NEOWISE-Mission hat die NASA die Modellnummer der Asteroiden wie folgt neu bewertet:
Hier zeigt das schattierte Bild die bekannten erdnahen Asteroiden (nicht nur gefährliche Objekte), die Konturen sind eine Schätzung der vorhandenen, aber noch nicht gefundenen. Die Situation für 2012.Nun werden Schätzungen des Anteils der nachgewiesenen Asteroiden durch eine Modellsynthese der Population und eine Berechnung der Sichtbarkeit der Körper dieser Population von der Erde aus vorgenommen. Dieser Ansatz ermöglicht eine gute Schätzung des Anteils erkannter Körper nicht nur durch Extrapolation der Funktion „Größe-Anzahl der Körper“, sondern auch unter Berücksichtigung der Sichtbarkeit.Die roten und schwarzen Kurven sind Modellschätzungen der Anzahl von Körpern unterschiedlicher Größe in erdnahen Umlaufbahnen. Blaue und grüne gestrichelte Linien sind die erkannte Menge.
Die schwarze Kurve aus dem vorherigen Bild ist tabellarisch.Hier in der Tabelle sind die Größen der Asteroiden in Einheiten von H angegeben - absolute Sterngrößen für Objekte des Sonnensystems. Eine grobe Neuberechnung der Dimensionen erfolgt nach dieser Formel. Daraus können wir schließen, dass wir mehr als 90% der erdnahen Objekte kennen, die größer als 500 Meter und etwa halb so groß wie Apophis sind. Für Körper von 100 bis 150 Metern sind nur etwa 35% bekannt.Wir können uns jedoch daran erinnern, dass vor 30 Jahren etwa 0,1% der gefährlichen Objekte als erbärmlich bekannt waren, sodass die Fortschritte beeindruckend sind.Eine weitere Schätzung des Anteils der nachgewiesenen Asteroiden in Abhängigkeit von der Größe. Bei Körpern mit einer Größe von 100 Metern werden heute einige Prozent der Gesamtmenge erfasst.Dies ist jedoch nicht das Ende der Geschichte. Heute befindet sich das LSST- Teleskop in Chile im Bau - ein weiteres Beobachtungsmonsterteleskop, das mit einer 8-Meter-Optik und einer 3,2-Gigapixel-Kamera ausgerüstet sein wird. In einigen Jahren, ab 2020, werde ich nach dem Entfernen von etwa 50 Petabyte (im Allgemeinen das Motto des Projekts "Den Himmel in eine Datenbank verwandeln") von LSST-Bildern finden~ 100.000 erdnahe Asteroiden, die die Umlaufbahnen von fast 100% der Körper gefährlicher Größe bestimmen. Übrigens sollte das Teleskop neben Asteroiden auch mehrere Milliarden Objekte und Ereignisse produzieren, und die Datenbank selbst sollte 30 Billionen Zeilen umfassen, was für moderne DBMS eine gewisse Komplexität darstellt.
Um seine Aufgabe zu erfüllen, hat das LSST ein sehr ungewöhnliches optisches Design, bei dem der dritte Spiegel in der Mitte des ersten platziert ist.
Die 3,2-Gigapixel-Kamera kühlte mit einer Pupille von 63 cm auf -110 ° C ab - das LSST-Arbeitswerkzeug.Ist die Menschheit gerettet? Nicht wirklich. Es gibt eine Klasse von Steinen in Erdumlaufbahnen mit einer 1: 1-Resonanz, die von der Erde aus sehr schwer zu erkennen sind. Es gibt langperiodische Kometen - normalerweise relativ große Körper mit sehr hohen Geschwindigkeiten relativ zur Erde (d. H. Möglicherweise sehr mächtig) Impaktoren), die wir heute spätestens 2-3 Jahre vor der Kollision feststellen können. Tatsächlich werden wir jedoch in einigen Jahren zum ersten Mal in den letzten drei Jahrhunderten, seit die Idee der Kollision der Erde mit einem Himmelskörper geboren wurde, eine Datenbank mit Flugbahnen der überwiegenden Mehrheit der gefährlichen Körper haben, die die Erde tragen.Im nächsten Teil werde ich den Standpunkt der Wissenschaft zu Methoden zur Beeinflussung gefährlicher Asteroiden beschreiben. Source: https://habr.com/ru/post/de400317/
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