home    книги    переводы    статьи    форум    ресурсы    обо мне    English

12.4 Падение астероидов

Падение астероидов и комет часто рассматривается как одна из возможных причин вымирания человечества. И хотя такие столкновения вполне возможны, шансы тотального вымирания в результате них, вероятно, преувеличиваются. См. статьи Пустынского[i] «Последствия падения на Землю крупных астероидов» и Вишневского «Импактные события и вымирания организмов».[ii] В последней статье делается вывод, что «астероид диаметром около 60 км может стать причиной гибели всех высокоорганизованных форм жизни на Земле». Однако такого размера астероиды падают на землю крайне редко, раз в миллиарды лет. (Астероид, одновременный вымиранию динозавров, имел только 10 км в диаметре, то есть был примерно в 200 раз меньше по объёму, и большая часть биосферы благополучно пережила это событие.)

Падение астероида Апофис, которое могло бы произойти в 2029 году (сейчас вероятность оценивается тысячными долями процента), никак не может погубить человечество. Размер астероида – около 400 метров, энергия взрыва – порядка 800 мегатонн, вероятное место падения – Тихий океан и Мексика. Тем не менее, астероид вызвал бы цунами, равносильное индонезийскому 2004 года (только 1 процент энергии землетрясения переходит в цунами, а энергия землетрясения тогда оценивается в 30 гигатонн) по всему тихому океану, что привело бы к значительным жертвам, но вряд ли бы отбросило человечество на постапокалиптическую стадию.

2,2 миллиона лет назад комета диаметром 0,5-2 км (а значит, со значительно большей энергией) упала между южной Америкой и Антарктидой (Элтанинская катастрофа[iii]). Волна в 1 км высотой выбрасывала китов в Анды. Тем не менее, предки современных людей, жившие в Африке, не пострадали. В окрестностях земли нет астероидов размерами, которые могли бы уничтожить всех людей и всю биосферу. Однако кометы такого размера могут приходить из облака Оорта. В статье Нейпьера и др. «Кометы с низкой отражающей способностью и риск космических столкновений»[iv]  показывается, что число опасных комет может быть существенно недооцениваться, так как наблюдаемое количество комет в 1000 раз меньше ожидаемого  - это связано с тем, что кометы после нескольких пролётов вокруг Солнца покрываются тёмной коркой, перестают отражать свет и становятся незаметными. Такие тёмные кометы необнаружимы современными средствами. Кроме того, выделение комет из облака Оорта зависит от приливных сил, создаваемых Галактикой на Солнечную систему. Эти приливные силы возрастают, когда Солнце проходит через более плотные области Галактики, а именно, через спиральные рукава и галактическую плоскость. И как раз сейчас мы проходим через галактическую плоскость, что означает, что в нынешнюю эпоху кометная бомбардировка в 10 раз сильнее, чем в среднем за историю Земли. Нейпьер связывает предыдущие эпохи интенсивных кометных бомбардировок с массовыми вымираниями 65 и 251 млн. лет назад.

Международная группа Holocene Impact Working Group (группа исследований импактов в период Голоцена) собрала свидетельства о трёх столкновениях Земли с кометами километрового размера за последние 5000 лет. В то же время прежние оценки частоты таких столкновений говорят о том, что такие столкновения должны были иметь место только раз 500 000 лет. Это означает, как подчёркивает Нейпьер[v], что мы живём в период эпизода бомбардировки, связанного с распадом крупной кометы, пришедшей из облака Оорта, и нынешняя частота бомбардировки примерно в 200 раз выше нормальной. Обломками этой кометы являются метеоритный поток Тауриды, комета Энке и Тунгусский метеорит. Однако неизвестно, какое число тёмных объектов скрывается в этих потоках.

Основным поражающим фактором при падении астероида стала бы не только волна-цунами, но и «астероидная зима», связанная с выбросом частиц пыли в атмосферу. Падение крупного астероида может вызвать деформации в земной коре, которые приведут к извержениям вулканов. Кроме того, крупный астероид вызовет всемирное землетрясение, опасное в первую очередь для техногенной цивилизации.

Более опасен сценарий интенсивной бомбардировки Земли множеством осколков. Тогда удар будет распределяться более равномерно и потребует меньшего количества материала. Эти осколки могут возникнуть в результате распада некого космического тела (см. далее об угрозе взрыва Каллисто), расщепления кометы на поток обломков (тунгусский метеорит был, возможно, осколком кометы Энке), в результате попадания астероида в Луну или в качестве вторичного поражающего фактора от столкновения Земли с крупным космическим телом. Многие кометы уже состоят из групп обломков, а также могут разваливаться в атмосфере на тысячи кусков. Это может произойти и в результате неудачной попытки сбить астероид с помощью атомного оружия.

Падение астероидов может провоцировать извержение сверхвулканов, если астероид попадёт в тонкий участок земной коры или в крышку магматического котла вулкана, или если сдвиг пород от удара растревожит отдалённые вулканы. Расплавленные железные породы, образовавшиеся при падении железного астероида, могут сыграть роль «зонда Стивенсона» – если он вообще возможен, – то есть проплавить земную кору и мантию, образовав канал в недра земли, что чревато колоссальной вулканической активностью. Хотя обычно этого не происходило при падении астероидов на Землю, лунные «моря» могли возникнуть именно таким образом. Кроме того, излияния магматических пород могли скрыть кратеры от таких астероидов. Такими излияниями являются Сибирские трапповые базальты и плато Декан в Индии. Последнее одновременно двум крупным импактам (Чиксулуб и кратер Шивы). Можно предположить, что ударные волны от этих импактов, или третье космическое тело, кратер от которого не сохранился, спровоцировали это извержение. Не удивительно, что несколько крупных импактов происходят одновременно. Например, ядрам комет свойственно состоять из нескольких отдельных фрагментов – например, комета Шумейкера-Леви, врезавшаяся в Юпитер в 1994 году, оставила на нём пунктирный след, так как к моменту столкновения уже распалась на фрагменты. Кроме того, могут быть периоды интенсивного образования комет, когда солнечная система проходит рядом с другой звездой. Или в результате столкновения астероидов в поясе астероидов[vi].

Гораздо опаснее воздушные взрывы метеоритов в несколько десятков метров диаметром, которые могут вызвать ложные срабатывания систем предупреждения о ядерном нападении, или попадания таких метеоритов в районы базирования ракет.

Пустынский в своей статье приходит к следующим выводам, с которыми я полностью солидарен: «Согласно оценкам, сделанным в настоящей статье, предсказание столкновения с астероидом до сих пор не гарантировано и является делом случая. Нельзя исключить, что столкновение произойдёт совершенно неожиданно. При этом для предотвращения столкновения необходимо иметь запас времени порядка 10 лет. Обнаружение астероида за несколько месяцев до столкновения позволило бы эвакуировать население и ядерно-опасные предприятия в зоне падения. Столкновение с астероидами малого размера (до 1 км диаметром) не приведёт к сколько-нибудь заметным общепланетным последствиям (исключая, конечно, практически невероятное прямое попадание в район скопления ядерных материалов). Столкновение с более крупными астероидами (примерно от 1 до 10 км диаметром, в зависимости от скорости столкновения) сопровождается мощнейшим взрывом, полным разрушением упавшего тела и выбросом в атмосферу до нескольких тысяч куб. км. породы. По своим последствиям это явление сравнимо с наиболее крупными катастрофами земного происхождения, такими как взрывные извержения вулканов. Разрушение в зоне падения будут тотальными, а климат планеты скачкообразно изменится и придёт в норму лишь через несколько лет (но не десятилетий и столетий!) Преувеличенность угрозы глобальной катастрофы подтверждается тем фактом, что за свою историю Земля перенесла множество столкновений с подобными астероидами, и это не оставило доказано заметного следа в её биосфере (во всяком случае, далеко не всегда оставляло). Лишь столкновение с более крупными космическими телами (диаметром более ~15-20 км) может оказать более заметное влияние на биосферу планеты. Такие столкновения происходят реже, чем раз в 100 млн. лет, и у нас пока нет методик, позволяющих даже приблизительно рассчитать их последствия».

Итак, вероятность гибели человечества в результате падения астероида в XXI веке крайне мала. Однако вероятность падения тела километрового диаметра, которое может серьёзно подорвать нашу цивилизацию, составляет около 6%, если принять тот факт, что мы живём в период интенсивной бомбардировки (если принять частоты; три события за 5000 лет). По мере развития нашей цивилизации мы можем неограниченно эту вероятность уменьшать. Однако крупные катастрофы возможны. Есть некоторый шанс засорения космического пространства крупными осколками в результате космической войны в будущем.

Кроме того, разрушение комет может вызвать интенсивное запыление верхних слоёв земной атмосферы даже без крупных импактов, как подчёркивает Нейпьер. 

12.5 Зона поражения в зависимости от силы взрыва

Здесь мы рассмотрим поражающее действие взрыва в результате падения астероида (или по любой другой причине). Подробный анализ с аналогичными выводами см. в статье пустныского.

Зона поражения растёт очень медленно с ростом силы взрыва, что верно как астероидов, так и для сверхмощных атомных бомб. Хотя энергия воздействия падает пропорционально квадрату расстояния от эпицентра, при гигантском взрыве она падает гораздо быстрее, во-первых, из-за кривизны Земли, которая как бы защищает то, что находится за горизонтом (поэтому атомные взрывы наиболее эффективны в воздухе, а не на земле), а во-вторых, из-за того, что способность материи упруго передавать ударную волну ограничена неким пределом сверху, и вся энергия сверх того не передаётся, а превращается в тепло в районе эпицентра. Например, в океане не может возникнуть волна выше его глубины, а поскольку эпицентр взрыва точечный (в отличие от эпицентра обычного цунами, который представляет собой линию разлома), она затем будет убывать линейно в зависимости от расстояния. Избыточное тепло, образовавшееся при взрыве, или излучается в космос, или остаётся в виде озера расплавленного вещества в эпицентре. Солнце доставляет за сутки на землю световую энергию порядка 1000 гигатонн (10  джоулей), поэтому роль теплового вклада сверхвзрыва в общую температуру земли невелика. (С другой стороны, механизмом распространения тепла от взрыва будет скорее не потоки раскалённого воздуха, а выброшенные взрывом кубические километры осколков с массой, сопоставимой с массой самого астероида, но меньшей энергии, многие из которых будут иметь скорость, близкую к первой космической, и в силу этого лететь по баллистическим траекториям, как летят межконтинентальные ракеты. За час они достигнут всех уголков Земли, и хотя они, действуя как кинетическое оружие, поразят не каждую точку на поверхности, они выделят при своём входе в атмосферу огромные количества энергии, то есть прогреют атмосферу по всей площади Земли, возможно, до температуры возгорания дерева, что ещё усугубит процесс.)

Мы можем ориентировочно считать, что зона разрушения растёт пропорционально корню 4 степени от силы взрыва (точные значения определяются военными эмпирически в результате испытаний и лежат между степенями 0,33 и 0,25, при этом завися от сила взрыва, высоты, и т. д.). При этом каждая тонна массы метеорита даёт примерно 100 тонн тротилового эквивалента энергии – в зависимости от скорости столкновения, которая обычно составляет несколько десятков километров в секунду. (В этом случае каменный астероид в 1 куб. км. размером даст энергию в 300 Гигатонн. Плотность комет значительно меньше, но они могут рассыпаться в воздухе, усиливая удар, и, кроме того, движутся по крутым орбитам с гораздо большими скоростями.) Принимая, что радиус сплошного поражения от водородной бомбы в 1 мегатонну составляет 10 км, мы можем получить радиусы поражения для астероидов разных размеров, считая, что радиус поражения убывает пропорционально четвёртой степени сила взрыва. Например, для астероида в 1 куб. км это будет радиус в 230 км. Для астероида диаметром в 10 км это будет радиус в 1300 км. Для 100 км астероида это будет радиус поражения порядка 7000 км. Для того, чтобы этот радиус гарантированного поражения стал больше, чем половина широты земли (20 000 км), то есть гарантированного покрывал всю Землю, астероид должен иметь размеры порядка 400 км. (Если считать, что радиус поражения растёт как корень третьей степени, то это будет диаметр уничтожающего всё астероида около 30 км. Реальное значение лежит между этими двумя цифрами (30-400 км), сюда же попадает и оценка Пустынского, выполненная им независимо: 60 км.)

Хотя данные вычисления крайне приблизительны, из них видно, что даже тот астероид, который связывают с вымиранием динозавров, вовсе не поразил всю территорию Земли, и даже не весь континент, где он упал. А вымирание, если и было связано с астероидом (сейчас считается, что там сложная структура причин), то было вызвано не самим ударом, а последующим эффектом – «астероидной зимой», связанной с переносом пыли атмосферой. Также столкновение с астероидом может вызывать электромагнитный импульс, как у атомной бомбы, за счёт быстрого движения плазмы. Кроме того, интересно задаться вопросом, не могут ли возникнуть термоядерные реакции при столкновении с кометой, если её скорость будет близка к максимально возможной около 100 км/сек (комета на встречном курсе, наихудший случай), так как в точке удара может возникнуть температура в миллионы градусов и огромное давление, как при имплозии в ядерной бомбе. И даже если вклад этих реакций в энергию взрыва будет мал, он может дать радиоактивное загрязнение.

Сильный взрыв создаст сильное химическое загрязнение всей атмосферы, хотя бы окислами азота, которые будут образовывать дожди из азотной кислоты. И сильный взрыв засорит атмосферу пылью, что создаст условия для ядерной зимы.

Из сказанного следует, что атомная сверхбомба была бы страшна не силой своего взрыва, а количеством радиоактивных осадков, которые бы она произвела. Кроме того, видно, что земная атмосфера выступает в качестве мощнейшего фактора распространения воздействий.



[i] Владислав Пустынский. «Последствия падения на Землю крупных астероидов». http://www.meteorite.narod.ru/proba/stati/stati58.htm

[ii] С.А.Вишневский (Институт минералогии и петрографии СО РАН)

«Импактные события и вымирания организмов».

http://www.meteorite.narod.ru/proba/stati/stati57.htm

[iii] Морская астроблема вблизи Антарктиды http://vivovoco.rsl.ru/VV/NEWS/PRIRODA/PR_08_98.HTM

[iv] W. M. Napier,1,2_ J. T. Wickramasinghe and N. C. Wickramasinghe_Extreme albedo comets and the impact hazard. Mon. Not. R. Astron. Soc. 355, 191–195 (2004)

[v] William Napier. Hazards from comets and asteroids. Опубликовано: Global Catastrophic Risks, Edited by Nick Bostrom и Milan M. Cirkovic OXPORD UNIVERSITY PRESS, 2008, русский перевод: http://www.scribd.com/doc/9726345/-

[vi] «Динозавров погубило столкновение астероидов в 400 млн. км от Земли».

http://www.rambler.ru/news/science/0/11116242.html