Wizje asteroid wyrządzających szkody na Ziemi, częsty temat kina s-f, nie są historiami wyssanymi kompletnie z palca. Mogą wydarzyć się za naszego życia. Czy jednak lęk przed asteroidami jest racjonalny i odpowiedni do stopnia zagrożenia? Poszukajmy odpowiedzi.
30 czerwca 1908 r. na wysokości około 10 km nad Syberią w okolicy rzeki Podkamienna Tunguzka doszło do eksplozji ciała niebieskiego. Dziś utożsamiamy je zazwyczaj z asteroidą o rozmiarze około 60 metrów, która wpadła w atmosferę Ziemi z prędkością 80 razy przekraczającą szybkość dźwięku. Wybuch o sile od kilku do kilkudziesięciu Megaton, w najgorszym scenariuszu porównywalny z najsilniejszym ładunkiem jądrowym, jaki zdetonował człowiek (Car Bombą o sile 58 Megaton), doprowadził do zniszczenia połaci lasu o powierzchni 4 razy większej niż Warszawa. Katastrofa Tunguska to najpoważniejsze zarejestrowane przez człowieka zdarzenie, gdy asteroida wyrządziła zniszczenia na Ziemi. Szczęśliwie w regionie niezamieszkałym, choć byli naoczni świadkowie wydarzenia, a jego siłę odnotowały sejsmometry na całej Ziemi.
Być może słyszeli je mieszkańcy Czelabińska, miasta, nad którym ponad sto lat później, 15 lutego 2013 r. około godziny 9:20 czasu lokalnego, rozbłysnął jaśniej niż Słońce duży 20-metrowy bolid. Był to koniec innej asteroidy, która rozpadła się na fragmenty na wysokości około 30 km. Eksplodowała z dużo mniejszą siłą niż obiekt w 1908 r., bo jedynie 0,5 Megatony, ale wystarczyło to, by wyrządzić poważne szkody w zabudowaniach na terenie miasta. 7200 uszkodzonych budynków i około 1500 rannych, to bilans tego wydarzenia. Gdyby do eksplozji doszło niżej, fala uderzeniowa nie rozproszyłaby się w atmosferze, a zniszczenia były dużo poważniejsze. Siła ekspozji nad Czelabinskiem przekraczała bowiem 30 razy siłę wybuchu bomby atomowej zrzuconej na Hiroszimę.
Dziś, 12 lat po wydarzeniu w Czelabińsku, żyjemy w kompletnie innym świecie. Zmieniła się nie tylko sytuacja geopolityczna, ale też znacząco rozwinęły technologie obliczeniowe, bardzo potrzebne astronomom. Na tyle, że nawet przy podobnych możliwościach obserwacyjnych, potrafimy znacznie dokładniej monitorować niebo. W 2013 r. znaliśmy niespełna 10 tysięcy asteroid pobliskich Ziemi (tzw. NEA, Near Earth Asteroid), dziś znamy ich prawie 38 tysięcy. Wiemy też o nich znacznie więcej - w roku 2010, 2020 i 2023 na Ziemię trafiły ich próbki. We wrześniu 2022 r. spróbowaliśmy nawet, i to udanie, pchnąć jedną z nich o nazwie Dimorfos. Te postępy nie zwalniają nas jednak z obowiązku ciągłej czujności i rozwoju technologicznego.
Statystyka odkryć asteroid bliskich Ziemi (NEA) i tych stanowiących zagrożenie (PHA), z podziałem na obiekty o rozmiarach powyżej 1 km, 140 m i wszystkie. (fot: Alan Chamberlin/JPL-Caltech).
Jak skutecznie możemy monitorować niebo?
Zderzenia w 1908 r. nie można było przewidzieć, zdolności obserwacyjne astronomów były wtedy mizernym ułamkiem dzisiejszego potencjału. Ale nawet meteor Czelabiński zdołał umknąć sieciom detekcyjnym, a zdarzyło się to już w czasach współczesnych. Do dziś zdołaliśmy zidentyfikować tylko 11 obiektów jeszcze przed ich zderzeniem. To stosunkowo niewielkie meteoroidy o rozmiarach do kilku metrów. Większe z nich wpadały do oceanu. Te, których fragmenty odnaleziono na lądzie, tak jak 2024 BX1 (spadł kilkadziesiąt km na zachód od Berlina) były znacznie mniejsze. Choć liczba detekcji nie jest imponująca, wskazuje na coraz większe możliwości monitoringu nieba. A to właśnie obiekty o rozmiarze poniżej 50 m, szczególnie trudne do wykrycia, stanowią największy odsetek asteroid, których orbity przebiegają blisko orbity Ziemi. Nie stanowią one dla nas większego zagrożenia, ale gdyby uderzyły w teren zamieszkany, pojawiłyby się i ofiary.
Monitorowane asteroidy w pobliżu Ziemi w weekend 15-16 lutego. Największą, o rozmiarze około 260 metrów, jest 2024 UD26, która w niedzielę minie Ziemię w odległości ponad 6 milionów km. Najbliżej Ziemi, w odległości 2,7 miliona km, przeleci 2025 BX1 o rozmiarze niespełna 50 metrów. To wciaż ponad 7 razy dalej niż odległość Księżyca. (fot: NASA/CNEOS)
Pomocą w monitorowaniu nieba są dziś nowe generacje GPU. Wykorzystuje się je w technice zwanej śledzeniem syntetycznym. Polega ona na łączeniu wielu ekspozycji wykonanych przez czułe i szybkie naukowe detektory CMOS. Umożliwia to wykrywanie coraz mniejszych, a tym samym słabiej ciemniejszych obiektów szybko przemierzających niebo. Przeznaczono ją dla niewielkich teleskopów, które rozsiane po całej Ziemi, mogą stale skanować niebo. Jedna z takich sieci obserwatoriów, budowana przez ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) nazywać będzie się Flyeye. Potencjał techniki syntetycznego śledzenia pokazują obserwacje teleskopu Webb. Ten ogromny instrument umieszczony w kosmosie 1,5 miliona km od Ziemi, nie był budowany z myślą o obserwacjach niewielkich asteroid. Jednak jak twierdzą Julien de Wit i Artem Burdanov z MITu, z jego pomocą wykryli obiekty wielkości niewielkiego autobusu (około 10 m) w obserwacjach wykonanych instrumentem MIRI w średniej podczerwieni. I to nie znajdujące się w pobliżu Ziemi, a w pasie asteroid. Ten leży pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza, w odległości od 300 do 500 milionów km od Słońca.
Ważne jednak, by takich wyspecjalizowanych i wcale nie największych teleskopów naziemnych było dużo. Istniejące już projekty oberwacji to Pan-Starrs czy ATLAS. Bardzo duże urządzenia do przeglądu nieba, jak teleskop Very Rubin - rozpocznie w tym roku obserwacje, teleskop kosmiczny Roman oraz NEO Surveyor - ich wyniesienie na orbitę zaplanowano na 2027 r., zaspokoją tylko część potrzeb ziemskiego systemu monitorowania nieba. Budowa nowych lub przystosowanie starych instrumentów wymaga odpowiedniego wsparcia finansowego. Im większa będzie świadomość ludzi dotycząca zagrożeń, jakie stanowią dla Ziemi asteroidy, tym łatwiej będzie takie wsparcie uzyskać. Jednakże nie trzeba od razu budować atmosfery paniki. Wręcz przeciwnie, lepiej zrozumieć, z czym mamy do czynienia, bo lęk nigdy nie jest dobrym doradcą.
Lęk przed asteroidą jest irracjonalny, ale czasem warto go podsycać
Hasło „asteroida uderzająca w Ziemię” w ostatnich tygodniach często pojawia się w mediach. Bohaterem jest tu obiekt 2024 YR4 o rozmiarze od 40 do 100 metrów, teoretycznie o podobnej niszczycielskiej sile jak asteroida z 1908 r., a znacznie potężniejszy niż meteoroid z Czelabińska. W zderzeniu wyzwoliłby energię nawet odpowiadającą ładunkowi 8 Megaton. 2024 Y4 obiega Słońce w ciągu czterech lat. Pod koniec listopada ta asteroida osiągnęła peryhelium swojej orbity, znacznie bliższe niż odległość Ziemia-Słońce. Wkrótce potem przecięła orbitę Ziemi, jednak ta znajdowała się w innym miejscu, dlatego nie było ryzyka zderzenia. Nie będzie go także w 2028 r., ale już w grudniu 2023 r. Ziemia może znaleźć się niebezpiecznie blisko 2024 YR4. Istnieje ryzyko zderzenia i na tym bazują goniący za sensacją, szczególnie że ostatnie dane zwiększyły je dwukrotnie do 2,1 procent, a to brzmi „bardzo groźnie”.
Prawdopodobne trajektorie asteroidy 2024 YR4 względem układu Ziemia-Księżyc. Stan na koniec lutego, gdy prawdopodobieństwo zderzenia wynosiło 1,6 procenta. Ten układ nie wyklucza zderzenia nie tylko z Ziemią, ale i Księżycem. (fot: NASA/CNEOS)
Dobrze wiedzieć, że takie asteroidy istnieją i mogą istotnie zderzyć się z Ziemią, ale trzeba też zdawać sobie sprawę z następujących rzeczy. Obecnie 2024 YR4 porusza się praktycznie prostopadle do kierunku ruchu Ziemi, więc wszelkie szacunki jej orbity są utrudnione, a błędy pomiarowe spore. W marcu, a potem w maju 2025 r., teleskop Webb poczyni dokładne obserwacje z orbity, mogą jednak i one okazać się niewystarczające. Poza tym nie jego rolą jest stałe śledzenie takich obiektów. Dopiero w 2028 r., gdy 2024 YR4 powróci w okolice Ziemi i znajdzie się znacznie bliżej niż w 2024 r. - doprecyzujemy prawdopodobną jej pozycję w 2032 r., a tym samym prawdopodobieństwo zderzenia z Ziemią.
A to może ostatecznie okazać się sporo mniejsze niż obecnie lub wręcz równe zeru. Przyczyna jest następująca - z każdą kolejną obserwacją, a także im bliżej konkretnej daty, zawężamy korytarz możliwych trajektorii asteroidy. Ostatnie obserwacje zawęziły rozmiar tego korytarza, ale wciąż Ziemia się w nim mieści. Dlatego prawdopodobieństwo zderzenia wzrosło. Może ponownie wzrosnąć, ale ponieważ najbardziej prawdopodobna wyliczona orbita 2024 YR4 na 2032 r. nie przebiega przez Ziemię, jest duża szansa, że ostatecznie w zestaw możliwych orbit nie będzie zawierał takiej, która prowadzi do kolizji. To najczęstszy scenariusz, czyli najpierw dużo szumu, gdy ryzyko zderzenia staje się niezerowe, a potem z dużej chmury mały deszcz, lub nawet jego brak. Nie można jednak wykluczyć sytuacji, że asteroida nawet niekierująca się początkowo w stronę Ziemi, w wyniku zdarzeń w odległej przestrzeni, zmieni swoją orbitę na niebezpieczną dla nas.
Dla budowy świadomości zagrożeń, jakie stanowią asteroidy i naszych zdolności ochrony Ziemi doskonałą okazją będzie rok 2029. Wtedy 13 kwietnia w odległości około 32 tysięcy km od Ziemi, bliżej niż pułap satelitów geostacjonarnych, przeleci asteroida 99942 Apophis. Obiekt o rozmiarach 340 metrów będzie widoczny gołym okiem z powierzchni Ziemi, co z pewnością przemówi do naszej wyobraźni. Zarówno wtedy, jak i w kolejnym stuleciu Apophis nie stanie się zagrożeniem. Jednakże jeszcze w 2004 r. prawdopodobieństwo zderzenia tej asteroidy z Ziemią w 2029 r. szacowano na 2,7 procent - więcej niż dla 2024 YR4. Dodatkowo obecnie wyliczone najbardziej prawdopodobna orbita 2024 YR4 w 2032 r. przebiega siedem razy dalej od Ziemi niż odległość przelotu Apophis w 2029 r. Problem do rozważenia - której zatem należy się realnie bardziej obawiać?
Co może uderzyć w Ziemię i jakie byłyby tego konsekwencje?
Asteroidy o rozmiarach rzędu 10 kilometrów i większe są na tyle duże, że jesteśmy w stanie śledzić ponad 90 procent tych obiektów. Znajdują się one też zazwyczaj na orbitach odległych od Ziemi. Te z nich, które są klasyfikowane jako PHA (Potencjalnie Niebezpieczne Asteroidy, zbliżające się do Ziemi na mniej niż 7,5 miliona km) nie zagrożą nam w możliwej do wyliczenia przyszłości. Szacowane tempo zderzeń obiektów zdolnych wywołać zniszczenia jak 65 milionów lat temu jest nie większe niż jedno na 100 milionów lat. Asteroidy o rozmiarze kilometra i większe, których według szacunków z 2022 r. jest od 700 tysięcy do 1,7 miliona, trafiają w Ziemię nie częściej niż raz na pół miliona lat. W przypadku jeszcze mniejszych asteroid, by była mowa o zniszczeniach w skali co najmniej regionalnej, muszą one mieć rozmiar większy niż 140 metrów (zgodnie z definicją obiektu PHA).
2024 YR4 nie jest taką asteroidą, a zderzenie wyrządziłoby szkody tylko lokalnie. Mogłyby być one jednak poważne, np. gdyby asteroida uderzyła w silnie zurbanizowane i istotne gospodarczo tereny. 2024 YR4 z prawdopodobieństwem zderzenia z Ziemią równym obecnie 1/47 znajduje się obecnie na czele liczącej 1743 pozycje liście ESA. Zawiera ona ciała niebieskie o niezerowym prawdopodobieństwie kolizji. Większość asteroid na wspomnianej liście to obiekty podobne rozmiarem do obiektu z Czelabińska i mniejsze. Dla obiektów typu PHA na tej liście to prawdopodobieństwo wynosi co najwyżej 1 do miliona.
Asteroida Bennu. Zdjęcie wykonane przez sondę OSIRIS-ReX. (fot: NASA)
Asteroid typu PHA znamy dziś 2469. Tych większych niż 1 km jest około 152 i ta liczba nie zmienia się od dawna. Za to sporo nowych obiektów odkrywamy w zakresie od 140 metrów do 1 km - w ciągu ostatniego roku ich liczba wzrosła o około 80 - ale żaden z nich nie stanowi realnego zagrożenia. Najwięcej uwagi z asteroid o średnich rozmiarach skupia na sobie obecnie Bennu, którą w latach 2018 - 2021 badała sonda NASA OSIRIS-ReX. To ciało niebieskie o rozmiarze około 500 m może zderzyć się z Ziemią w 2182 r. z wyliczonym już w 2021 r. prawdopodobieństwem 1/2702. To wciąż bardzo niewiele, jednak naukowcy z Południowej Korei podjęli się trudu przeprowadzenia symulacji konsekwencji zderzenia Bennu z Ziemią. Wykorzystano tu modele klimatyczne, uwzględniające globalne ekosystemy lądowo-wodno-powietrzne.
Wniosek jest następujący. Zderzenie z Bennu przetrwalibyśmy jako gatunek, choć konsekwencje dla cywilizacji będą ciężkie. Uderzenie 500-metrowej asteroidy doprowadzi do gwałtownych zmian klimatycznych w ciągu 3-4 lat. Ziemia ochłodzi się globalnie o około 4 stopnie C, opady spadną o 15 procent, a warstwa ozonowa ulegnie zubożeniu o 32 procent. Co istotne, regionalne konsekwencje mogą być jeszcze bardziej dotkliwe. Naukowców zaskoczyło też to, co komputery wyliczyły dla późniejszych lat po kataklizmie. Wpłynąłby on na bezpieczeństwo żywnościowe ludzkości, zwłaszcza jej produkcje na lądzie. Jednakże ekosystem oceaniczny, a zwłaszcza fito- i zooplankton, odbudowałby się już po sześciu latach i to nawet z większą siłą niż przed zderzeniem. Siła odbudowy zależałaby od stężenia żelaza w pyle rozprzestrzenionym w atmosferze po zderzeniu, a który stanowi doskonałą pożywkę dla organizmów takich jak algi.
Realizacja wyliczonego scenariusza zderzenia oznaczałaby, że w pewnym sensie spotkanie Ziemi z Bennu stanowiłoby dla tej pierwszej formę pewnego odświeżenia. Prof. Axel Timmerman kierujący badaniami w tym temacie, zauważa, że do takiego zdarzenia mogło dojść już w trakcie obecności człowieka na Ziemi i mogłoby wpłynąć na jego ewolucję jako gatunku - zderzenia z asteroidami wielkości Bennu zdarzają się bowiem raz na 100 do 200 tysięcy lat.
Większość asteroid widzimy co najwyżej jako punkty świetlne
W ocenie konsekwencji zderzenia asteroidy z Ziemią duży problem stanowi prawidłowe określenie rozmiaru branej pod uwagę asteroidy. Większość z nich widzimy jedynie jako punkt świetlny na zdjęciach nieba. Jesteśmy w stanie je wykryć, gdy mamy co najmniej dwie obserwacje, określić ich orbitę, gdy mamy trzy obserwacje. Rozmiar to jednak kwestia otwarta - asteroida taka jak 2024 YR4 może przy tej samej obserwowanej jasności mieć rozmiar 40 metrów i bardzo duże tak zwane albedo (zdolność odbijania światła), ale i rozmiar 100 metrów, ale małe albedo. Różnica w objętości takich dwóch obiektów będzie nawet kilkunastokrotna. Tym samym siła niszczycielska 100-metrowej asteroidy będzie znacznie większa. Na poniższym wideo asteroida 2024 YR4 na tle gwiazd zarejestrowana teleskopem VLT nie wygląda przerażająco.
Astronomowie na różne sposoby starają się zminimalizować niepewność znajomości rozmiaru asteroidy. Oprócz założeń co do pochodzenia asteroidy na podstawie orbity, co pozwala wnioskować o jej budowie i składzie powierzchniowym, wykonują obserwacje radarowe, analizują zmianę jasności związaną z rotacją asteroidy lub podczas zakrycia gwiazd. Najciekawiej prezentują się tu jednak obserwacje w średniej podczerwieni. Webb jest najlepszym tego typu instrumentem, jakim dysponujemy, stąd planowane obserwacje 2024 YR4 w najbliższych miesiącach.
Jak pozbyć się asteroidy? Warto mieć trochę czasu
Jak widać, asteroidy mogą być zagrożeniem dla ludzkości, ale też nie od razu w skali większej niż lokalna. Z bardzo dużym prawdopodobieństwem za naszego życia nie dojdzie do zderzenia z ciałem niebieskim, które wyjątkowo negatywnie wpłynęłoby na ziemski ekosystem. Wciąż jednak nie możemy wykluczyć zdarzeń losowych, których nie przewidzimy mimo postępu naukowego. Choćby na wszelki wypadek warto pomyśleć o ewentualnej obronie przed przybyszem z kosmosu, który zechce zakłócić nasz spokój. Największy problem tkwi w tym, że nigdy jeszcze nie byliśmy zmuszeni obrony Ziemi. Pod tym względem stale eksperymentujemy.
Dwie najbardziej obiecujące metody to kinetyczny impaktor i ładunek jądrowy. W pierwszym przypadku to wariant tego, co użyliśmy w trakcie misji DART. W 2022 r. udało się zmienić orbitę podwójnej asteroidy Didymos-Dimorfos uderzając w mniejszy składnik Didymos. Wzajemny okres orbitalny układu zmniejszył się o ponad pół godziny. W 2026 r. w stronę tej pary poleci sonda ESA Hera, by dokładnie zbadać skuteczność tej techniki.
W praktyce każda technika zmiany orbity asteroidy, którą dziś się proponuje, polega na jej pchnięciu. (fot: ESA)
Druga z metod wydaje się kontrowersyjna, skoro Traktat o Przestrzeni Kosmicznej z 1967 r. zabrania użycia broni jądrowej w kosmosie, ale nie sposób jej przemilczeć. Technika nie wiąże się z bezpośrednim zniszczeniem asteroidy, a detonacją w odległości kilku km od jej powierzchni. Powstałe w eksplozji promieniowanie rentgenowskie doprowadziłoby według szacunków do odparowania powierzchni ciała niebieskiego, co przełoży się na siłę wymuszającą dość szybką zmianę orbity. Ładunek o sile 1 Megatony powinien teoretycznie wystarczyć dla odchylenia trajektorii asteroidy o średnicy nawet 4 km. Skuteczność tego sposobu pozbywania się asteroid z drogi dotychczas testowano jednak tylko w niewielkiej skali na Ziemi. W Narodowym Laboratorium Sandia z pomocą Maszyny Z, która jest najsilniejszym na świecie generatorem promieniowania rentgenowskiego.
Są też inne pomysły, które z początku brzmią bardzo abstrakcyjnie. To popchnięcie asteroidy strumieniem jonów z silnika sondy czy też podgrzewanie asteroidy promieniami lasera, by wytworzyć wyrzuty materii na jej powierzchni. Dla mniejszych asteroid (o rozmiarze do 500 m) przydatny może być ciągnik grawitacyjny, czyli pojazd towarzyszący asteroidzie na jej orbicie. Wywierana przez niego siła, choć bardzo mała, może po kilku latach skumulować się i znacząco odchylić trajektorię asteroidy od kolizyjnej z Ziemią.
Niezależnie od tego, jaką technikę zmiany orbity asteroidy przyjdzie nam kiedyś użyć (oby nie było takiej potrzeby), ważne jest, abyśmy mieli na to czas. Dlatego tak ważne jest ciągłe i dokładne monitorowanie nieba, by zminimalizować ryzyko zaskoczenia.
Komentarze
2