Asteroides y nosotros
No es un artículo temático para mí, pero me pareció interesante hablar sobre el peligro de un asteroide. En principio, este es un tema trillado, pero en los últimos años ha adquirido gradualmente un contenido diferente, por lo que creo que será interesante.Impacto
Simulación de una explosión atmosférica del meteorito Tunguska . Las estimaciones actuales dan el poder de impacto de 5..15 megatones.El impacto es el impacto de un asteroide (en principio de cualquier tamaño) en la Tierra, con la posterior liberación de su energía cinética en la atmósfera o en la superficie. Cuanto menor es el impacto en la energía, más a menudo ocurre. La energía de impacto es una buena manera de determinar si un cuerpo cósmico es peligroso para la tierra o no. El primer umbral de este tipo es alrededor de 100 kilotones de TNT equivalente a la liberación de energía, cuando el asteroide que llega (a la entrada de la atmósfera comienza a llamarse meteorito) deja de limitarse a caer en YouTube y comienza a causar problemas. Un buen ejemplo de tal evento umbral es el meteorito Chelyabinsk de 2014: un pequeño cuerpo con dimensiones características de 15 ... 20 metros y una masa de ~ 10 mil toneladas con su onda de choque causó daños a mil millones de rublos e hirió a ~ 300 personas.Una selección de videos de la caída del meteorito de Chelyabinsk.Sin embargo, el meteorito de Cheliábinsk apuntaba muy bien, y en general no perturbó particularmente la vida de incluso Cheliábinsk, sin mencionar toda la Tierra. La probabilidad de entrar accidentalmente en un territorio densamente poblado durante una colisión con nuestro planeta es de aproximadamente un pequeño porcentaje, por lo tanto, el umbral real de los objetos peligrosos comienza con un poder de 1000 veces más: aproximadamente cientos de megatones, la energía de impacto característica para cuerpos de calibre 140-170 metros.
A diferencia de las armas nucleares, la energía liberada por los meteoritos está más manchada en el espacio y el tiempo, y por lo tanto es un poco menos mortal. En la foto, la explosión de la instalación nuclear Ivy Mike, 10 megatones.Tal meteorito tiene un radio de destrucción de cien kilómetros, y aterrizando con éxito, puede terminar con muchos millones de vidas. Por supuesto, hay piedras en el espacio exterior y una más grande: un asteroide de 500 metros causará una catástrofe regional, que afectará el terreno a miles de kilómetros del lugar de su caída, un kilómetro y medio puede borrar la vida de un cuarto de la superficie del planeta, y 10 kilómetros organizarán una nueva extinción masiva y definitivamente destruirán la civilización.Ahora que hemos calibrado el nivel de Armageddon por tamaño, podemos pasar a la ciencia.Asteroides Cercanos a la Tierra
Por supuesto, solo un asteroide cuya órbita en el futuro cruza la trayectoria de la Tierra puede convertirse en un impactador. El problema es que primero debe ver tal asteroide, luego medir su trayectoria con suficiente precisión y modelarlo en el futuro. Hasta los años 80, el número de asteroides conocidos que cruzaban la órbita de la Tierra estaba en las decenas, y ninguno de ellos era peligroso (no se acercaba a más de 7,5 millones de kilómetros de la órbita de la Tierra al modelar la dinámica, por ejemplo, 1000 años por delante). Por lo tanto, el estudio del peligro de asteroides se centró principalmente en el cálculo probabilístico: ¿cuántos cuerpos mayores de 140 metros pueden estar en órbitas cruzando la Tierra? ¿Con qué frecuencia ocurren los impactos? El peligro se estimó probabilísticamente "en la próxima década para tener un impacto con una capacidad de más de 100 megatones es 10 ^ -5",pero la probabilidad no significa que no tendremos una catástrofe global mañana.
Cálculo de la frecuencia de impacto probable en función de la energía. En el eje vertical, la frecuencia de "casos por año", en el eje horizontal, es el poder de impacto en kilotones. Rayas horizontales: tolerancias para el tamaño. Marcas rojas: observaciones de impactos reales con un error.Sin embargo, el crecimiento cualitativo y cuantitativo conduce a un rápido aumento en el número de objetos detectados cerca de la Tierra. La aparición en los años 90 de CCD por telescopios (que aumentó su sensibilidad en 1-1.5 órdenes de magnitud) y, al mismo tiempo, los algoritmos automáticos para procesar imágenes del cielo nocturno condujeron a un aumento en la tasa de detección de asteroides (incluida la cercana a la Tierra) en dos órdenes de magnitud a principios de siglo.Buena animación de detección y movimiento de asteroides de 1982 a 2012. Los asteroides cercanos a la Tierra están marcados en rojo.En 1998-1999, el proyecto LINEAR entró en funcionamiento: dos telescopios-robots con una apertura de solo 1 metro, equipados con solo una matriz de 5 megapíxeles (más adelante comprenderá de dónde proviene "todo"), con la tarea de detectar tantos asteroides y cometas como sea posible, en .h. cerca de la tierra Este no fue el primer proyecto de esta orientación (un par de años antes todavía era bastante exitoso NEAT), pero el primero, especialmente diseñado para esta tarea. El telescopio se distinguió por las siguientes características, que luego se convertirán en el estándar:- Una matriz astronómica CCD especial con retroiluminación de píxeles, que aumentó su eficiencia cuántica (el número de fotones incidentes registrados) a casi el 100%, frente al 30% para los no astronómicos estándar.
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El telescopio LINEAR en sí, ubicado en White Sands, Nuevo México.LINEAR se convertirá en una estrella de la primera magnitud de una búsqueda de asteroides, habiendo descubierto en los próximos 12 años 230 mil asteroides, incluidos 2300 que cruzan la órbita de la Tierra. Gracias a otro proyecto MPC ( Minor Planet Center ) , la información sobre los candidatos encontrados para asteroides se distribuye a través de varios observatorios para mediciones adicionales de órbitas. En la década de 2000, entró en funcionamiento un estudio del cielo automatizado similar de Catalina (que estará más dirigido a la búsqueda de objetos cercanos a la Tierra, y los encontrará cientos en un año).
El número de asteroides cercanos a la Tierra descubiertos por diferentes proyectos por añoGradualmente, las estimaciones de la probabilidad de Armagedón generalmente comienzan a ceder a las estimaciones de la probabilidad de muerte de un asteroide en particular. Entre los primeros cientos, y luego miles de asteroides cercanos a la Tierra, aproximadamente el 10% se destacan cuyas órbitas están más cerca de 0.05 unidades astronómicas de la órbita de la Tierra (aproximadamente 7.5 millones de km), mientras que el tamaño del asteroide debe exceder los 100-150 metros (la magnitud absoluta del cuerpo sistema solar H> 22).A finales de 2004, la NASA le dijo al mundo que el asteroide Apophis 99942 descubierto a principios de año con una probabilidad de 1 en 233 golpearía la Tierra en 2029. El asteroide, según las mediciones modernas, tiene un diámetro de unos 330 metros y una masa estimada de 40 millones de toneladas, lo que da alrededor de 800 megatones de energía de explosión.
. .Sin embargo, en el ejemplo de Apophis, la probabilidad misma de que un cuerpo en particular salga a la superficie se convirtió en un impactador. Conociendo la órbita del asteroide con precisión finita e integrando nuevamente su trayectoria con precisión finita, solo se puede estimar una elipse en el momento de una posible colisión, en la que, por ejemplo, caerá el 95% de las posibles trayectorias. A medida que se refinaron los parámetros de la órbita de Apophis, la elipse disminuyó hasta que el planeta Tierra finalmente se cayó, y ahora se sabe que el 13 de abril de 2029 el asteroide pasará a una distancia de al menos 31.200 km de la superficie de la Tierra (pero nuevamente, este es el borde más cercano de la elipse de error).
Ilustración de cómo se comprimió el tubo de las posibles órbitas del asteroide Apophis en el momento de una posible colisión a medida que se refinan los parámetros de la órbita. Como resultado, la Tierra no se vio afectada.
Otra ilustración interesante de Apophis es el cálculo de posibles puntos de colisión (teniendo en cuenta la incertidumbre) para una colisión en 2036. Por cierto, se puede ver que la trayectoria pasó cerca del sitio de la caída del meteorito Tunguska.Por cierto, para evaluar rápidamente el peligro comparativo de los asteroides cercanos a la Tierra, se desarrollaron dos escalas: la simple de Turín y la más compleja de Palermo . Turinskaya simplemente multiplica la probabilidad de colisión y el tamaño del cuerpo estimado, asignándole un valor de 0 a 10 (por ejemplo, Apophis en el pico de la probabilidad de colisión tenía 4 puntos), y Palermskaya calcula el logaritmo de la razón de la probabilidad de impacto de un cuerpo en particular con la probabilidad de impacto de tal energía desde hoy hasta el momento posible. colisiones
Al mismo tiempo, los valores positivos en la escala de Palermo significan que un solo cuerpo se convierte en una fuente potencial de desastre más importante que todos los demás, combinados abiertos y sin descubrir. Otro punto importante de la escala de Palermo es la convolución de la probabilidad de impacto y su energía, que dan una curva bastante intuitiva del grado de riesgo dependiendo del tamaño del asteroide: sí, las piedras de 100 metros parecen ser incapaces de causar un daño significativo, pero caen mucho y relativamente a menudo, generalmente llevan más víctimas potenciales que los "asesinos de civilizaciones" de 1,5 kilómetros.Sin embargo, volvamos a la historia de la detección de asteroides cercanos a la Tierra y objetos peligrosos de potencial medio. En 2010, entró en funcionamiento el primer telescopio Pan-STARRS, con un telescopio de campo ultra amplio de 1,8 metros de apertura, equipado con un sensor de 1400 megapíxeles.
Una fotografía de la galaxia de Andrómeda desde el telescopio Pan-STARRS 1, que nos permite evaluar su gran angular. A modo de comparación, la luna llena y los cuadrados de colores se dibujan en el campo, el campo de visión "habitual" de los grandes telescopios astronómicos.A diferencia de LINEAR, toma 30 segundos con una profundidad de visualización de 22 profundidades. magnitudes (es decir, podría detectar un asteroide de 100-150 metros de tamaño a una distancia de 1 unidad astronómica, contra un límite de kilómetro a esa distancia para LINEAR), y un servidor de alto rendimiento (1480 núcleos y 2.5 petabytes de discos duros) cumple 10 todas las noches terabytes a la lista de fenómenos transitorios. Cabe señalar que el objetivo principal de Pan-STARRS no es la búsqueda de objetos cercanos a la Tierra, sino la astronomía estelar y galáctica: la búsqueda de cambios en el cielo, por ejemplo, supernovas distantes o eventos catastróficos en sistemas binarios cercanos. Sin embargo, cientos de nuevos asteroides cercanos a la Tierra fueron descubiertos en este telescopio sin sentido durante el año.
Servidor Pan-STARRS. En términos generales, la foto ya está en 2012, hoy el proyecto se ha expandido bastante, se ha agregado un segundo telescopio y se están construyendo dos más.Es necesario mencionar una misión más: el telescopio espacial WISE de la NASA y su extensión NEOWISE. Este dispositivo tomó imágenes en el infrarrojo lejano, detectando asteroides por su brillo IR. En términos generales, inicialmente tenía como objetivo buscar asteroides más allá de la órbita de Neptuno: objetos del cinturón de Kuiper, disco disperso y enanas marrones, pero en la misión de extensión, después de que el telescopio se quedó sin refrigerante y su temperatura se volvió demasiado alta para la tarea inicial, esto Cerca de 200 cuerpos cercanos a la Tierra fueron encontrados con un telescopio.Como resultado, en los últimos 30 años, el número de asteroides cercanos a la Tierra conocidos ha aumentado de ~ 50 a 15,000. Hoy, 1763 de ellos están listados como objetos potencialmente peligrosos, de los cuales ninguno tiene una calificación de más de 0 en las escalas de Turín y Palermo.Muchos asteroides
¿Es mucho o poco? Después de la misión NEOWISE, la NASA reevaluó el número de modelo de asteroides de la siguiente manera:
Aquí, la imagen sombreada muestra los asteroides cercanos a la Tierra conocidos (no solo objetos peligrosos), los contornos son una estimación de los existentes, pero aún no se han encontrado. La situación para 2012.Ahora, las estimaciones de la proporción de asteroides detectados se realizan mediante una síntesis modelo de la población y el cálculo de la visibilidad de los cuerpos de esta población desde la Tierra. Este enfoque permite una buena estimación de la proporción de cuerpos detectados, no solo mediante la extrapolación de la función "tamaño-número de cuerpos", sino también teniendo en cuenta la visibilidad.Las curvas rojas y negras son estimaciones modelo del número de cuerpos de diferentes tamaños en órbitas cercanas a la Tierra. Las líneas discontinuas azules y verdes son la cantidad detectada.
La curva negra de la imagen anterior está en forma de tabla.Aquí en la tabla, los tamaños de los asteroides se dan en unidades de H - magnitudes estelares absolutas para los objetos del sistema solar. Se realiza un recálculo aproximado de las dimensiones de acuerdo con esta fórmula y de ella podemos concluir que conocemos más del 90% de los objetos cercanos a la Tierra de más de 500 metros y aproximadamente la mitad del tamaño de Apophis. Para cuerpos de 100 a 150 metros, solo se conoce aproximadamente el 35%.Sin embargo, podemos recordar que alrededor del 0.1% de los objetos peligrosos eran patéticos hace 30 años, por lo que el progreso es impresionante.Otra estimación de la proporción de asteroides detectados según el tamaño. Para cuerpos de 100 metros de tamaño, hoy se detecta un pequeño porcentaje de la cantidad total.Sin embargo, este no es el final de la historia. Hoy, el telescopio LSST está en construcción en Chile , otro telescopio de observación monstruo que estará equipado con una óptica de 8 metros y una cámara de 3.2 gigapíxeles. En unos años, a partir de 2020, después de eliminar unos 50 petabytes (en general, el lema del proyecto "convertir el cielo en una base de datos) de imágenes LSST, encontraré~ 100,000 asteroides cercanos a la Tierra, que determinan las órbitas de casi el 100% de los cuerpos de tamaños peligrosos. Por cierto, además de los asteroides, el telescopio también debería producir varios miles de millones de objetos y eventos, y la base de datos debería sumar un total de 30 billones de líneas, lo cual es una cierta complejidad para los DBMS modernos.
Para realizar su tarea, el LSST tiene un diseño óptico muy inusual, donde el tercer espejo se coloca en el centro del primero.
La cámara de 3,2 gigapíxeles se enfrió a -110 C con una pupila de 63 cm: la herramienta de trabajo LSST.¿Se salva la humanidad? En realidad no Hay una clase de piedras ubicadas en órbitas internas de la Tierra con una resonancia 1: 1, que son muy difíciles de ver desde la Tierra, hay cometas de período largo, generalmente cuerpos relativamente grandes, con velocidades muy altas en relación con la Tierra (es decir, potencialmente muy poderosos impactadores), que podemos observar hoy no más de 2-3 años antes de la colisión. Sin embargo, de hecho, por primera vez en los últimos tres siglos, desde que nació la idea de la colisión de la Tierra con un cuerpo celeste, en unos años tendremos una base de datos de trayectorias de la gran mayoría de los cuerpos peligrosos que transportan la Tierra.En la siguiente parte, describiré el punto de vista de la ciencia sobre los métodos para influir en los asteroides peligrosos. Source: https://habr.com/ru/post/es400317/
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