Незваные космические гости. Интервью с чл.-корр. РАН Борисом Шустовым

В фильмах астероиды пугают нас своей непредсказуемостью и неотвратимостью. Пока не появляется герой, которого NASA отправляет прямиком на поверхность астероида, чтобы заложить взрывчатку. Происходит бесшумный взрыв, и астероид уходит с опасного для землян курса. Очередной happy end. Интересно, что подобные сценарии пишут не только в Голливуде. К примеру, каждые два года перед началом международной конференции по планетарной защите ученые моделируют ситуацию, в которой большой астероид приближается к Земле. Участники отрабатывают способы расчета курса, а также предлагают меры в случае вымышленного столкновения. А насколько космос безопасен для Земли и предсказуем для землян? Готовы ли мы в действительности предотвратить космическую угрозу? Почему Челябинский метеорит остался незамеченным для радаров? Отвечает один из главных специалистов по космическим угрозам в России Борис Михайлович Шустов.

— Борис Михайлович, вы как руководитель Экспертной рабочей группы при Совете по космосу РАН часто и много говорите о космических угрозах, среди которых астероидно-кометная. В чем она проявляется, и насколько серьезными могут быть последствия для нашей планеты?

— Начну с того, что мы живем в мире, полном разных опасностей. Но это совершенно нормально. Наше существование основано на преодолении таких опасностей. И чем больше мы знаем, тем больше опасностей замечаем. Царю Соломону приписывают такую фразу: «От многой мудрости много скорби, и умножающий знание умножает печаль».

Так вот, выход в космос и расширение границ наших знаний, естественно, открыли нам не только новые горизонты, но и понимание того, что в космосе много опасности.

Для начала определим, что есть опасность, а что — угроза. Опасность — это, в принципе, некоторый фактор, который может потенциально негативно сказаться на жизни и здоровье отдельного человека или человечества в целом. А угроза — это уже конкретизированная опасность. Например, для космонавтов и астронавтов на МКС существует опасность столкновения с космическим мусором. А угрозой может стать столкновение станции в определенное время с каким-то конкретным объектом, скажем, с обломком спутника. То есть угроза всегда конкретна с точки зрения времени и места — параметров, определяющих риски и необходимые решения. Например, если риск столкновения с обломком в 1 сантиметр и более составляет 0,0001, то производится маневр уклонения. Подобные действия предпринимаются на МКС несколько раз в год.

Среди космических угроз выделяют, конечно, и космическую погоду или непредсказуемое поведение Солнца, чьи вспышки периодически приводят к серьезным последствиям. Еще один тип угроз — биологический. Когда мы отправляем аппараты в космос, то выносим и микроорганизмы, которые затем в некоторых экспериментах возвращаются назад. Институт медико-биологических проблем РАН провел несколько замечательных экспериментов серии «Биориск» по экспонированию микроорганизмов и даже более высоких форм жизни в открытом космосе. В одном из экспериментов спустя 31 месяц микроорганизмы вернулись из космоса вполне жизнеспособными.

Далее выделяют астрофизическую угрозу. Некоторые СМИ с пониженной социальной ответственностью порой пугают, что, дескать, звезда Бетельгейзе взорвется, или гамма-вспышка нанесет непоправимый вред Земле. Важно помнить, что подобные астрофизические опасности есть, но они проявляются на очень большой шкале времени. Вас беспокоит, что будет через миллион или через миллиард лет? Наверно, нет.

Конечно, астрофизические угрозы интересны, их много, но это отдельная тема для астрономов, астрофизиков, и она значима скорее с фундаментальной точки зрения.

И, наконец, — астероидно-кометная опасность, то есть потенциальная угроза столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы. Это разнообразные объекты — от пыли до тысячекилометровых тел — самых крупных астероидов. Кстати, многие астероиды выглядят не как монолиты, а представляют собой, скорее, груду камней. Многие исследования и даже экспедиции к астероидам это подтвердили.

Астероидно-кометная опасность всегда была, есть и будет. Сама Земля когда-то образовалась в результате подобной бомбардировки кометами и астероидами. Однако сейчас эти процессы, разумеется, ослабли. Между тем, в течение последних двух-трех миллиардов лет темп бомбардировки не менялся. Об этом свидетельствует «космический журнал», который отлично фиксирует подобные события — наш спутник Луна. На Луне все, что образовалось в результате ударов, то есть многочисленные кратеры, сохраняется без изменений. На Земле их тоже было много. Но эрозийные процессы привели к тому, что большинство кратеров практически просто исчезло, и мы о них не знаем. Сегодня крупных кратеров насчитывается около двухсот. Один из крупнейших на территории нашей страны — кратер Попигай на Таймыре.

Ясно, что астероидная бомбардировка продолжится. Но вопрос в том, насколько существенна опасность столкновения. Конечно, если с Землей столкнется тело размером в 1 километр, это приведет к катастрофе глобального масштаба. И даже неважно, куда ударит это тело. Отклик распространится по всей планете. Трехсотметровое тело по типу нашумевшего Апофиса может уничтожить целый регион. Известный Тунгусский метеорит — пятидесятиметровое тело размером с 14-тиэтажный дом, сегодня мог бы уничтожить полностью территорию Москвы. Но и 17-метровое челябинское тело принесло разрушения, пусть и сравнительно небольшие. Челябинску в этом плане повезло. Если бы метеорит летел по крутой траектории почти вертикально, то он бы взорвался на гораздо меньшей высоте. Тогда поражение было бы очень серьезным.

Подобные события, но гораздо меньшего масштаба, происходят постоянно: ежедневно и ежечасно. Просто более мелкие частицы быстро сгорают в атмосфере, и мы видим их ночью в виде метеоров или болидов. Тело по типу челябинского падает на Землю в среднем 1 раз в 20 лет. Подобное Тунгусскому — раз в тысячу лет. Более крупные тела — еще реже.

— Какие задачи стоят перед специалистами по астероидно-кометной угрозе?

— Сегодня важно оценить уровень опасности для человечества, а также обнаружить те тела, которые потенциально могут столкнуться с Землей. Как оказалось, это не так просто. Крупное тело или малые планеты мы отчетливо видим даже на больших расстояниях. А вот тела размером 50-100 метров, которые могут быть потенциально опасны, заметить трудно. Полнота наших знаний об этих телах очень мала. Какие это должны быть знания? Нам нужно знать, где тело находится, какова его скорость, как оно движется. Так мы сможем предсказать, где оно будет, скажем, через 20 лет, не столкнется ли оно с Землей и так далее. Для тел типа Тунгусского полнота таких знаний всего лишь около 1%, для тел типа Апофиса — на уровне 20-30%. А для тел размером в километр и более уже близко к 100 %. Проще говоря, самые опасные на большой шкале времени тела были обнаружены просто в силу их размера.

Поэтому первоочередная задача для астрономов, занимающихся тематикой астероидно-кометной опасности, — построить систему, которая бы позволила обнаруживать потенциально опасные тела и прогнозировать их движение.

Вторая задача связана с оценкой риска. Она включает в себя сразу несколько и научных, и технических направлений. Чтобы точно сказать, столкнется ли тело с поверхностью Земли, необходим качественный прогноз движения по орбите. Солнечная система — очень сложный объект, где сосредоточена масса гравитирующих тел, и она вся словно дышит. Поэтому одной или двумя формулами законов Кеплера ее не опишешь, все намного сложнее.

Ясно, что малые тела сильнее подвержены влиянию более крупных объектов, чем наоборот. Поэтому они могут легко переходить на необычные орбиты, которые исследуют специалисты по небесной механике.

Оценивая риски, мы должны понимать, о каком объекте идет речь. Если это, скажем, сплошной булыжник, должны приниматься одни меры противодействия, если это груда камней, то другие, если это просто смесь пыли со льдом, то есть комета (или как называл ее американский астрофизик Фред Уипл — мартовский сугроб), то небольшая комета не столь опасна, как скала того же размера, поскольку она более рыхлая и может распасться раньше, чем долетит до Земли. Таким образом, нанесет ли опасный объект серьезный ущерб, зависит еще и от его состава. Поэтому необходимо узнать, из чего он состоит.

— Как это сделать?

— С помощью телескопов мы измеряем отраженное излучение от Солнца. Чтоб разобраться, обратимся к понятию спектра. Каждый из нас познает мир, исходя из спектрального восприятия. Вспомните поговорку: в темноте все кошки серы. Действительно, в темной комнате кошку мы определим только по контурам, ведь в данном случае отсутствует цветовая характеристика. Когда включается свет, мы получаем дополнительное информационное измерение. Именно поэтому цвет — очень важный параметр. Астрономы, по сути, измеряют цвет, то есть энергию, пришедшую в разных длинах волн, и получают представление о том, из чего состоит космическое тело.

— Как прогнозируются последствия падения космических тел?

— Дело в том, что заранее просчитать последствия падения довольно сложно. Хотя формулы давно существуют. Начну с того, что большая часть людей на Земле живет в прибрежной зоне, и один из поражающих факторов в такой ситуации — это цунами. Если крупное тело размером в 200 метров и более падает где-то возле берега, то цунами не избежать. При этом, предсказать разрушительные последствия очень сложно, ведь в данном случае они сильно зависят от рельефа дна и от конкретной местности. Поэтому для таких событий рассчитывают специальные таблицы последствий цунами. Данные заранее просчитывают на суперкомпьютерах, и они используются при принятии решений.

В рамках этого направления мы с коллегами предложили создать цунамийную таблицу для наиболее опасных участков Земли, где сосредоточено большое количество людей, единиц производства и прочих инфраструктурных объектов. Конечно, мы не знаем наверняка, когда и что прилетит в эти районы. Но если это произойдет, и мы успеем сообщить о  месте падения тела и его размерах, то ответственные органы смогут очень быстро знать, каких последствий ожидать и какие меры предпринять. Пока идея обсуждается, а ее реализацию уже начали в Институте динамики геосфер РАН.

— Какие меры принимаются в случае серьезной угрозы для населения?

— Как правило, сейчас рассматриваются два метода парирования угрозы. Первый предусматривает возможность заранее (за 10-20 лет) отклонить опасное тело с угрожающей орбиты. Но этот вариант подходит в случае, когда мы задолго знаем о том, что тело неизбежно движется к Земле. Когда опасный астероид уже близко, отклонение малоэффективно и необходимо незамедлительно сбить его.

Эта тематика непрерывно обсуждается на уровне ООН. Но пока других эффективных средств, кроме оружейного воздействия и ядерных технологий, нет.

— Недавно в Вене Международная академия астронавтики провела 7 конференцию по планетарной защите под эгидой Управления ООН по вопросам космического пространства (UNOOSA). Расскажите, какие ключевые вопросы обсуждались на мероприятии?

— Конференция была посвящена трем направлениям астероидно-кометной угрозы: методам обнаружения, способам определения степени риска и средствам отражения и уменьшения ущерба. Из-за условий пандемии конференция прошла в удаленном формате. Это главное на двухлетней шкале событие для специалистов по астероидной и кометной опасности.

Помимо основных направлений участники обсуждали и социальные вопросы. В таких ситуациях важно правильно подавать информацию населению, чтобы не вызывать панику. Ведь паника может быть страшнее, чем последствия от падения астероида.

Плюс ко всему, на конференции проводились своеобразные учения, ставшие традиционными. За несколько недель до начала конференции задавалась выдуманная ситуация: в космосе обнаружено тело, движущееся к Земле. Затем постепенно уточнялись данные по орбите, размерам и скорости.  В начале район возможного падения оценивался очень приблизительно и был в длину около 20 тысяч километров. Потом область сужалась по мере поступления новой информации. Далее уже обсуждались способы взаимодействия, информирования и эвакуации.

Через два года в Вене вновь состоится конференция, посвященная астероидно-кометной опасности. Этой тематике, а также проблемам космического мусора и космической погоды в ООН уделяется большое внимание. Ежегодно в феврале Комитет ООН по мирному использованию космоса проводит научно-техническую сессию, где специалисты занимаются как раз научно-техническими проблемами, а затем в июне Комитет обсуждает также юридические и правовые вопросы. С 2002 по 2013 год я работал как представитель России в рабочей группе АТ-14, которая занималась вопросами, связанным с объектами, сближавшимися с Землей. Результатом работы стал документ, в котором были собраны рекомендации ООН о том, что делать в случае угрозы столкновения Земли с астероидом или кометой.

В соответствии с нашими рекомендациями была создана консультативная группа по планированию космических полетов «Space Mission Planning Advisory Group». Члены группы работают над созданием космических средств для изучения опасных объектов, а также разработкой мер по парированию угрозы. Один из главных текущих проектов — это полет к двойному астероиду Дидим. Проект состоит из двух групп космических аппаратов (КА). Первый КА — DART (США) — это ударник, во второй группе основной аппарат-наблюдатель — европейский аппарат HERA (Гера) и еще несколько очень малых КА (кубсатов). Примерно через год должен стартовать ударник. А затем к астероиду отправится Гера.

Как я уже упомянул, астероид Дидим — двойной. Это километровое тело, вокруг которого летает небольшой спутник Дидимун. Планируется, что ударник DART буквально врежется в спутник и изменит период его обращения вокруг астероида. Это позволит оценить эффективность этого космического кинетического оружия, а также проанализировать внутреннее строение космического тела.

Также активно работает программа International Asteroid Warning Network (Международная сеть предупреждения об опасных астероидах) под эгидой ООН. В нее входят крупнейшие космические агентства, обсерватории, в том числе любительские, однако все работы ведутся на добровольных началах. Основная задача участников программы — сформировать базу для международного сотрудничества по обнаружению опасных тел. Сегодня ни одно государство в одиночку не справится с этой угрозой. Необходимо объединять усилия и создавать распределенную сеть. Только тогда есть шанс обнаружить «гостей из космоса» вовремя.

— Какой проект представляли вы на международной конференции в Вене?

— Я представлял отечественный проект по обнаружению малых тел, которые летят со стороны Солнца, то есть в дневное время суток. Челябинское тело не было обнаружено никакими астрономическими средствами, поскольку оно прилетело с дневного неба. На дневном небе оптические телескопы слепы. А радиосредства, радары работают на коротких расстояниях. Тысячи километров здесь не играют роли. Необходимо фиксировать космические объекты гораздо раньше, за несколько миллионов километров, ведь астероиды летят очень быстро, преодолевая тысячу километров за минуту. А чтобы принять необходимые меры, нужны часы, а лучше десятки часов. Для этого следует обнаружить тело за миллион километров, скажем, на расстоянии от Земли в три радиуса лунной орбиты.

В дневное время Солнце мешает следить за небом. Поэтому мы предложили вывести аппарат в так называемую точку Лагранжа L1 (точку либрации, расположенную по направлению к Солнцу на 1.5 млн км от Земли). Чем интересна точка либрации? Аппарат, помещенный туда, будет двигаться по орбите вместе с Землей, не тратя энергию, лишь изредка корректируя орбиту с помощью двигателей. Наш телескоп повернется «спиной» к Солнцу и, описывая некий конус вокруг Земли, будет регистрировать все тела размером более десяти метров, которые пересекут этот конус, т. е. будут пролетать вблизи нашей планеты.

Мы назвали проект SODA (Система обнаружения дневных астероидов — System of Observation of Day-time Asteroids). Со стороны Роскосмоса интерес есть, вопрос активно обсуждается. Мы надеемся, что работы по реализации начнутся в скором времени. Здесь у нашей страны есть возможность занять лидирующие позиции. Достаточно запустить небольшой (25–30 см в диаметре) телескоп, который будет фиксировать все тела больше 10 метров. Они требуют особого внимания в контексте астероидно-кометной опасности, поскольку сталкиваются с Землей наиболее часто.

— Уделяют ли внимание этой проблеме в других странах? Есть ли хорошие примеры?

— Да, хорошие примеры есть. Прежде всего, в США, где работы в этом направлении начались в 90-х годах прошлого века. Была разработана целая государственная программа. В данном случае речь идет не просто о финансировании. Внимание государства меняет отношение ученых к задаче, поскольку подчеркивает ее важность. В нашей стране, к сожалению, подобных программ не было и нет до сих пор.

В США, кстати сказать, программа появилась неслучайно. В начале NASA уклонялось от развития данного направления, дескать, задача не наша. Все изменилось, когда в 1989 году вблизи орбиты Земли пролетел крупный 300-метровый астероид. Его удалось обнаружить уже по уходящей орбите. Тогда американское научное сообщество спохватилось, и началась серьезная дискуссия: готовы ли мы к подобным событиям в будущем? После этого в середине 90-х NASA инициировало программу «Космическая стража». И сразу же начался рост темпа обнаружения опасных космических тел. Стали появляться новые инструменты, программы, а главное, специалисты. Как следствие — США абсолютно доминируют в этом направлении.

— В нашей стране появилось понимание значимости этой области после падения Челябинского метеорита?

— Отмечу, что в законе о NАSА прописан свод задач, за решение которых агентство ответственно. В этом законе (NASA authorization act) указано, что космическое агентство берет на себя ответственность за организацию обнаружения опасных небесных тел естественного происхождения. В России в 2015 году вышел закон о космической деятельности, где тоже (в результате нашего постоянного «зудежа») появилась подобная фраза. Но смысл формулировки пока что на уровне — Роскосмосу хорошо было бы заняться этим делом. А между тем, от проблемы уже не отмахнуться.

Активны не только США. Недавно в Сицилии запустили телескоп Европейского космического агентства под названием «Глаз мухи» (Fly-Eye). Множество объективов осматривают одновременно большой участок неба. Китайские коллеги запускают, с моей точки зрения, поистине фантастический проект сети из почти 80 телескопов, специально предназначенных для исследования приближающихся к Земле объектов.

— Когда говорят об астероидах, часто вспоминают облако Оорта, знаменитый пояс Койпера. Все ли объекты приходят из этих областей, или есть гости из далекого космоса?

— В основном астероиды приходят из так называемого Главного пояса астероидов — кольца между Марсом и Юпитером. Некоторое количество тел прилетают с дальних окраин Солнечной системы. И пока известно всего два тела, прилетевших из межзвездного пространства.

Если говорить об облаке Оорта, то стоит отметить, что мы давно привыкли, что границы Солнечной системы очерчены в районе орбиты Плутона. На самом деле она, конечно, гораздо более протяженная. И есть множество данных, что Солнечная система погружена в огромное сферическое облако мелких комет от километрового и более размера — льдистых тел, которые остались еще со времен формирования Солнечной системы.

Плюс во ко всему, Солнце — не единственная звезда в Галактике. Она движется относительно других звезд. Когда звезды сближаются друг с другом, а происходит это не так уж редко, то другая звезда своей гравитацией может подействовать на облако Оорта, изменив орбиты некоторых комет. Но подобные события происходят крайне редко. Основная же масса астероидов, прилетающих на Землю, обеспечена именно поясом астероидов. Тема происхождения астероидов также весьма интересна и актуальна до сих пор.

— Что необходимо предпринять сегодня, чтобы парировать данную угрозу?

— На сегодняшний день нам известны все крупные тела километрового размера. Мы знаем, что столкновения с ними в ближайшие тысячи лет не предвидится. Наиболее опасны частые столкновения с более мелкими телами, которые вызывают локальный эффект. Поэтому в первую очередь необходимо развивать собственную сеть наблюдений, которая будет интегрирована в сеть международную. Почему это важно? Чиновники часто говорят: «А зачем вам собственная сеть наблюдений? Американцы делятся всеми данными». Действительно, все события фиксируются и предоставляются в открытом доступе в финансируемом США Центре малых планет. Но это нельзя назвать полноценным международным сотрудничеством. Ведь сотрудничество предполагает обоюдный вклад в общее дело, иначе мы будем "нахлебниками" и сможем рассчитывать только на добрую волю. 

И еще хочется отметить важную роль образования. Сейчас, к счастью, астрономию вернули в школы. Надеюсь, что она там не пасынок и не поставщик часов для каких-то других предметов. Людей нужно, конечно, образовывать. Мы живем в эпоху, когда людям стало в каком-то смысле проще думать, в том смысле, что есть много возможностей неплохо жить, не напрягая голову, пользуясь придуманными за нас штампами. Работа головой не так привлекает, она ведь требует усилий и критичности по отношению прежде всего к самому себе. Работа головой сложна, а самокритичность неприятна. Поэтому немало людей находит себе замену полегче, они  увлечены астрологией, хиромантией и прочими сомнительными вещами, где все строится на вере, и даже на эффектных суевериях. И все равно общий уровень научной информированности населения нужно повышать. Это в первую очередь относится к естественным наукам, в частности к астрономии. Сегодня авторитет нашей науки в обществе невысок. В недавнем приказе Высшей аттестационной комиссии введены три специальности по теологии, а три специальности по астрономии сокращены и уплотнены до одной «Физика космоса, астрономия».

Конечно, нельзя заставлять всех людей заниматься наукой. Но давать такую возможность и, как минимум, рассказывать о том, как в действительности устроен мир совершенно необходимо. Я всегда говорю молодым людям, будущим астрономам: «Вы не для себя работаете. Ваша функция — познавать окружающий мир, Вселенную и доводить эти знания до людей». Люди могут их отвергать, не воспринимать и прочее, но это ваша просветительская обязанность — рассказывать об устройстве Вселенной нашего сложного и прекрасного мира.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования и Российской академии наук.