Asteroidförsvar inkluderar ett antal tekniker som kan användas för att ändra banan för objekt nära jorden och förhindra en sannolikt katastrofal nedslagshändelse . Fallet av en tillräckligt stor asteroid eller annat jordnära objekt kan orsaka enorma tsunamier , eldstormar lika stora som en kontinent eller en nedslagsvinter (en enorm mängd damm kommer att stiga upp i stratosfären som blockerar solen), eller till och med flera apokalyptiska händelser på samma gång.
För sextiosex miljoner år sedan kolliderade jorden med ett föremål som var cirka tio kilometer i diameter, vilket resulterade i bildandet av Chicxulub -kratern och utrotningen av Krita-Paleogen , förmodligen orsaken till utrotningen av icke- fågeldinosaurierna . Sannolikheten för en sådan händelse är inte högre nu än vid någon annan tidpunkt i jordens historia, men förr eller senare kommer det att hända. Nya astronomiska händelser, som kometens Shoemaker-Levy 9 :s inverkan på Jupiter, Chelyabinsk-meteoritnedslaget 2013 och det växande antalet objekt på Sentry Risk Table , har uppmärksammat sådana hot, och befintlig teknik kan förhindra att sådana föremål kolliderar med jorden.
För att förbereda och implementera en plan för att undvika kollisioner måste en asteroid i de flesta fall upptäckas flera år innan kollisionen. Det antas att för att framgångsrikt reflektera ett objekt med en direkt kollisionsbana krävs en förändringshastighet på 3,5/t × 10 −2 ms −1 (där t är antalet år före en potentiell påverkan). Under vissa förutsättningar krävs dessutom mycket lägre förändringstakt. [1] Till exempel kommer asteroiden (99942) Apophis att flyga förbi jorden 2029 och återvända till en kollisionsbana 2035 eller 2036. En potentiell kollision kan förhindras flera år före förbiflygningen: detta skulle kräva en förändringshastighet på 10 −6 ms −1 . [2]
Fall av föremål som är tiotals kilometer stora kan orsaka global skada, upp till mänsklighetens död . Kollisionen av en tio kilometer lång asteroid med jorden uppskattas som en händelse av nivån av massutrotning : det är högst sannolikt att orsaka irreparabel skada på biosfären . Små föremål med en diameter på hundratals meter, beroende på hastigheten, orsakar betydande skada. Ett mindre hot kommer från kometer som flyger in i det inre solsystemet . Även om kollisionshastigheten för en komet med långa perioder sannolikt kommer att vara flera gånger högre än för en jordnära asteroid, kommer dess fall inte att vara mer destruktivt för lika storlekar på grund av den låga densiteten av kometer. Men varningstiden lär inte bli längre än några månader. [3]
Innan du antar en lämplig handlingsplan är det också nödvändigt att bestämma objektets materialsammansättning. Rymdfarkoster som Deep Impact är ganska kapabla att hantera en sådan uppgift.
1992, i en rapport som utarbetats för NASA- byrån [4] rekommenderades det att organisera Spaceguard Survey-programmet för att söka efter asteroider som korsar jordens omloppsbana , kontrollera dem och observera dem ytterligare. Det förväntades att denna observation under 25 år skulle avslöja 90 % av objekten större än en kilometer. Tre år senare rekommenderade en annan NASA-rapport [5] att utforskande observationer skulle utföras inom tio år, vilket skulle göra det möjligt att identifiera 60-70 % av kortsiktiga jordnära objekt större än en kilometer i storlek, och i en annan fem år för att nå 90 % indikatorer.
År 1998 satte NASA upp ett mål: år 2008 att upptäcka och katalogisera 90 % av alla jordnära objekt med en diameter på mer än en kilometer som skulle kunna kollidera med jorden. Storleken bestäms efter att studier har visat att fall av ett föremål med en diameter på mindre än en kilometer kommer att orsaka betydande lokal eller regional skada, men kommer inte att orsaka en världsomspännande katastrof [4] . NASA-aktiviteter har lett till att finansiering har påbörjats för ett antal aktiviteter för att söka efter jordnära objekt. Upptäckten 2009 av ett jordnära föremål med en diameter på två till tre kilometer visade att alla stora föremål ännu inte har hittats.
USA:s representanthus från Kalifornien , demokraten George Brown Jr., i Air & Space Power Chronicles stödde projekt för att skydda planeten och sa att "om det någon gång i framtiden är fastställt i förväg att jorden är hotad av en asteroidnedslag som kan orsaka en massiv utrotning, och dess kollision med vår planet kommer att förhindras, kommer denna händelse att vara en av de viktigaste prestationerna i mänsklighetens historia.
Sedan Brown ägnade många år av sitt liv åt att skydda planeten, utsågs USA:s representanthus HR 1022 till hans ära - The George E. Brown, Jr. Jordnära objektundersökningslagen . Denna lagstiftning, som gav finansiering för program för att observera objekt nära jorden, infördes av Kaliforniens republikan Dana Rohrabaker . [6] Det inkluderades så småningom i NASA Authorization Act , som antogs av kongressen den 22 december 2005 och undertecknades i lag av presidenten. Den angav särskilt:
Den amerikanska kongressen förklarar att USA:s allmänna välfärd och säkerhet kräver att NASA:s unika expertis riktas mot detektering, spårning, katalogisering och karakterisering av jordnära asteroider och kometer för att underlätta tidig upptäckt och minska den potentiella faran för sådana föremål till jorden. NASA:s ledning bör planera, utveckla och implementera ett observationsprogram för jordnära objekt för att upptäcka, spåra, katalogisera och karakterisera de fysiska egenskaperna hos jordnära objekt 140 meter i diameter eller större för att bedöma hotet mot jorden från sådana objekt . Mål för observationsprogram: Uppnå 90 % katalogisering av jordnära objekt (baserat på statistiskt förutspått antal jordnära objekt) inom femton år efter denna lagstiftning. Chefen för NASA ska till kongressen, senast ett år efter antagandet av denna lag, överlämna en första rapport som anger följande: a) en analys av möjliga alternativa medel som NASA kan använda för observationsprogrammet, inklusive terrestra och rymd- baserade alternativa medel och tekniska beskrivningar; b) Rekommenderad metod och beräknad budget för genomförandet av övervakningsprogrammet som motsvarar den rekommenderade metoden. c) en analys av möjliga alternativ som NASA skulle kunna använda för att reflektera ett objekt med en trolig jordpåverkansbana.
Som ett resultat av detta presenterades i början av mars 2007 en rapport för kongressen med titeln "Analys av alternativ". Studien genomfördes av NASA:s programanalys- och utvärderingsavdelning med stöd av konsulter från Aerospace Corporation, S. M. Langley Research Center och SAIC.
Minor Planet Center har katalogiserat banorna för asteroider och kometer sedan 1947. Nyligen började observationsprogram som specialiserade sig på sökandet efter objekt nära jorden att arbeta samtidigt med det. Många av dessa finansieras av NASA:s Near Earth Object (NEO) division genom Space Security Watch-programmet . Ett av de mest kända programmen är LINEAR- projektet, som lanserades 1996. År 2004 upptäckte LINEAR-projektet tiotusentals föremål årligen; den stod för 65 % av alla nya asteroidupptäckter. [7] Den använder två meter teleskop och en halv meter teleskop som ligger i New Mexico . [åtta]
Spacewatch -projektet organiserades 1980 av Tom Gerels och Robert McMillan från Lunar and Planetary Laboratory vid University of Arizona ; det drivs nu av Dr. MacMillan. Den använder ett 90 cm teleskop som ligger vid Kitt Peak Arizona National Observatory ; den är utrustad med utrustning för automatisk inriktning, mätning och analys av jordnära objekt. Projektet fick ett 180 cm teleskop för att söka efter objekt nära jorden, och upplösningen på det elektroniska bildfångningssystemet ökades från det gamla 90 cm teleskopet; sålunda har dess sökmöjligheter ökat. [9]
Andra program som spårar jordnära objekt: " Near-Earth Asteroid Tracking " (NEAT), " Search for Near-Earth Objects at the Lowell Observatory ", " Catalina Sky Survey ", " Campo Imperatore Near-Earth Object Survey ", " Japanese Spaceguard Association", " Asiago-DLR Asteroid Survey ". [10] Pan -STARRS-teleskopet färdigställdes 2010; projektet pågår för närvarande. "Space Security Watch" är det vanliga namnet för alla dessa löst relaterade program; NASA finansierar några av ovanstående projekt för att uppfylla den amerikanska kongressens mål att upptäcka 90 % av alla jordnära objekt som är större än en kilometer i diameter senast 2008. [11] En NASA-studie från 2003 visade att det skulle krävas 250-450 miljoner dollar för att upptäcka 90 % av alla jordnära asteroider 140 meter eller större till 2028. [12]
NEODyS är en onlinedatabas över alla kända jordnära objekt.
Som en del av Orbit@home-projektet är det planerat att tillhandahålla distribuerad databehandling för att optimera sökstrategier. Projektet ligger för närvarande på is.
Den stora synoptiska undersökningen , som för närvarande är under uppbyggnad , förväntas ge omfattande observationer med hög precision.
Systemet "Asteroid Terrestrial-impact Last Alert" , som är under utveckling, kommer att skanna himlen ofta för att upptäcka objekt i sent skede.
Den 9 november 2007 höll U.S. House Science and Technology Subcommittee on Space and Airspace en utfrågning om statusen för NASA:s Near-Earth Object Observation Program. NASA-tjänstemän har föreslagit att använda " Infrared Space Telescope " (IKT). [13]
IKT genomförde observationer av rymden i det infraröda området , i ett högkänsligt läge. I det infraröda området kan lågalbedo lågobserverbara asteroider detekteras . Förutom de huvudsakliga vetenskapliga uppgifterna användes den för att upptäcka objekt nära jorden. Man tror att IKT kan upptäcka 400 jordnära objekt på ett år (ungefär 2 % av det totala antalet nära-jorden-objekt av intresse).
NEOSSat är en liten satellit som lanserades i februari 2013 av den kanadensiska rymdorganisationen . Han utför detektering av jordnära objekt från rymden. [14] [15]
En rapport som publicerades den 26 mars 2009 i tidskriften Nature beskrev upptäckten av en asteroid innan den kom in i jordens atmosfär, och förutspådde tidpunkten för nedslaget och var skräpet skulle landa. Asteroid 2008 TC 3 , fyra meter i diameter, upptäcktes ursprungligen av Catalina Sky Survey den 6 oktober 2008. Beräkningar fastställde att fallet skulle inträffa 19 timmar efter upptäckten, i den nubiska öknen i norra Sudan . [16]
Ett antal potentiella hot har upptäckts, till exempel asteroiden (99942) Apophis (tidigare känd som 2004 MN 4 ), som uppskattades ha en 3% chans att drabbas 2029. Baserat på nya data har denna sannolikhet blivit noll. [17]
Ellipserna i diagrammet till höger visar asteroidens sannolika position när den närmar sig jorden. Eftersom asteroiden fortfarande är dåligt förstådd har felellipsen initialt en stor diameter och inkluderar jorden. Ytterligare observationer minskar felellipsen, men jorden går fortfarande in i den. Detta ökar risken för en kollision. Slutligen, efter ytterligare en serie observationer (radarobservationer eller att hitta tidigare upptäckter av samma asteroid på arkivbilder), minskar ellipsen tills jorden är utanför felområdet, och sannolikheten för en kollision blir nästan noll. [arton]
För att undvika kollisioner krävs avvägningar i kategorier som övergripande prestanda, kostnad, effektivitet och teknikberedskap. Metoder för att ändra banan för en asteroid/komet föreslås. [19] De kan delas in enligt olika kriterier, såsom typ av kollisionsundvikande (avböjning eller fragmentering), energikälla (kinetisk, elektromagnetisk, gravitationell, sol-/termisk eller nukleär), och strategi (avlyssning, rendezvous, eller fjärrinsättning). Strategier är indelade i två klasser: genom förstörelse och genom fördröjning. [19]
Förstörelsestrategin är att källan till hotet är fragmenterad och dess skräp krossas och skingras så att det antingen passerar förbi jorden eller brinner upp i dess atmosfär .
Strategier för att undvika kollisioner kan vara direkta eller indirekta. Med direkta metoder, som atombombning eller kinetisk ramning, sker den fysiska avlyssningen av eldklotet. Direkta metoder kan kräva mindre tid och pengar. Sådana metoder kan fungera mot nyupptäckta (och även mot tidigare upptäckta) hårda föremål som kan förskjutas, men de är sannolikt ineffektiva mot lösa stenhögar. Vid indirekta metoder skickas en speciell anordning (gravitation bogserbåt, raketmotorer eller elektromagnetiska katapulter) till objektet. Vid ankomst ägnas en del tid åt att ändra kurs för att följa objektet och ändra asteroidens bana så att den undviker att träffa jorden.
Många jordnära föremål är en flytande hög med skräp, knappt sammanhållen av gravitationen . När du försöker avleda ett sådant objekt kan det kollapsa, men inte ändra dess bana nämnvärt. Samtidigt kommer alla fragment som är större än 35 meter inte att brinna upp i atmosfären och falla till jorden.
Fördröjningsstrategin använder principen att jorden och hotobjektet kretsar runt. En kollision inträffar när båda objekten når samma punkt i rymden samtidigt, eller, för att vara mer exakt, när någon del av jordens yta skär objektets bana under dess passage. Eftersom jordens diameter är cirka 12 750 kilometer och dess rörelsehastighet är 30 km/s, färdas den avståndet till sin diameter på 425 sekunder (något mer än sju minuter). Att fördröja eller påskynda ankomsten av hotet med en given mängd kan, beroende på kollisionens geometri, leda till att kollisioner undviks. [tjugo]
Att explodera en kärnkraftsanordning över, på eller under ytan av en asteroid är ett potentiellt alternativ för att avvärja hotet. Den optimala spränghöjden beror på föremålets sammansättning och storlek. I händelse av ett hot från en hög med skräp, för att undvika spridning, föreslås det att utföra en strålningsimplosion , det vill säga en underminering ovanför ytan. [21] Under explosionen omvandlas den frigjorda energin i form av neutroner och mjuka röntgenstrålar (som inte penetrerar materia [22] ) till värme när den når objektets yta. Värme [23] förvandlar föremålets substans till ett utbrott och det kommer att gå utanför banan, enligt Newtons tredje lag kommer utbrottet att gå i en riktning och föremålet i motsatt riktning. [24]
Fullständig förstörelse av objektet krävs inte för att eliminera hotet. Att reducera massan av ett föremål, som ett resultat av en termisk frigöring från detonationen av en kärnteknisk anordning, och effekten av jettryck som härrör från detta kan ge det önskade resultatet. Om föremålet är en hög med löst skräp, kan vägen ut vara att detonera ett antal kärntekniska anordningar i närheten av asteroiden, på ett sådant avstånd att de inte bryts sönder dess lösa delar. [24] [25]
Förutsatt att strålningsimplosionen genomförs med tillräcklig tidsmarginal kommer den frigjorda energin från kärnkraftsexplosioner att räcka för att ändra objektets flygbana och undvika en kollision. NASA drog slutsatsen att det fram till 2020-talet, med hjälp av kärnvapenimplosion, kommer det att vara möjligt att reflektera jordnära objekt med en diameter på 100-500 meter om de upptäcks två år innan de faller till jorden, och stora föremål om de upptäcks fem år innan falla. [26]
En NASA-analys från 2007 av metoder för hotavböjning sa: [27]
Strålningsimplosion (kärnkraftsexplosioner) uppskattas vara 10 till 100 gånger effektivare än de icke-nukleära alternativen som analyserats i denna studie. Andra tekniker, som producerar en yt- eller djup kärnvapenexplosion, kan vara mer effektiva, men det finns en risk att förstöra ett jordnära föremål till skräp, vars fall kan vara farligare.
2011 undersökte Bong Ui, chef för Asteroid Threat Research Center vid Iowa State University , strategier för att förebygga asteroidhot med ett år eller så i förväg. Han drog slutsatsen att, givet den energi som krävs, var en kärnvapenexplosion sannolikt det enda sättet att avleda en tillräckligt stor asteroid på så kort tid. I fallet med andra tekniker för avböjning av asteroider, såsom bogserbåtar, gravitationsbåtar, solsegelbåtar och elektromagnetiska katapulter, kommer en marginal på 10-20 år att krävas före sammanstötningen. Ui:s konceptfordon, Hypervelocity Asteroid Interception Device , kombinerar en kinetisk ram och en nukleär explosion. När den rampas bildas en första krater för en efterföljande underjordisk kärnvapenexplosion. [28] Denna lösning omvandlar effektivt energin från en kärnvapenexplosion till asteroidens avböjande kraft. En annan föreslagen plan, liknande den tidigare, använder en kärnvapenexplosion på ytan istället för en kinetisk ram för att skapa en krater. Den resulterande kratern används sedan som ett raketmunstycke för att styra energin från nästa kärnvapenexplosion. [29]
Boken Islands in Space , publicerad 1964, indikerar att kraften i en kärnvapenexplosion som krävs för att avleda asteroider i flera hypotetiska utvecklingsscenarier är uppnåbar. [30] År 1967 designade doktorander vid Massachusetts Institute of Technology , ledd av professor Paul Sandorv, ett system med hjälp av boosters och kärnvapenexplosioner för att avleda en hypotetisk 1,4 kilometer bred asteroid (1566) Icarus som träffade jorden med några års mellanrum. närmar sig vår planet på avståndet från månen. [31] Denna studie publicerades senare som en del av Icarus Project, [32] [33] [34] som var inspirationen till filmen Meteor från 1979 . [34] [35] [36]
Användningen av nukleära explosiva anordningar är en internationell fråga: den regleras av FN :s kommitté för fredlig användning av yttre rymden. 1996 års omfattande kärnvapenprovförbud förbjuder formellt användningen av kärnvapen i yttre rymden. Det är dock osannolikt att en nukleär explosiv anordning programmerad att explodera endast när den avlyssnar ett hotande himmelskt föremål [37] för att förhindra att objektet faller till jorden skulle anses vara en icke-fredlig användning av yttre rymden, eller att en explosiv anordning designad för att förhindra ett hot mot livet på jorden, kommer att falla i vapenkategorin.
En annan lösning på problemet är att skicka ett stort föremål, som en rymdfarkost eller till och med ett annat jordnära föremål, som en bagge.
När asteroiden fortfarande är långt från jorden kan ett av sätten att ändra dess fart vara en bagge, utförd av en rymdfarkost.
En NASA-analys från 2007 av metoder för hotavböjning sa: [27]
Icke-nukleär kinetisk ramning är den mest utvecklade metoden. Den kan användas i fall mot små jordnära föremål som består av fast materia.
Europeiska rymdorganisationen genomför redan en förstudie av en möjlig rymdflygning som ska testa denna teknik. Programmet, som heter " Don Quijote " , är ett konstruerat uppdrag för att avvärja ett asteroidhot. Ett europeiskt byråteam, Advanced Concepts Team , har teoretiskt bevisat att reflektionen av asteroiden (99942) Apophis kan produceras genom att skicka en enkel rymdfarkost som väger mindre än ett ton att ramla med detta föremål. Medan han forskade om strålningsimplosion, hävdade en av de ledande forskarna att den kinetiska ramningsstrategin är mer effektiv än andra strategier.
I november 2021 lanserades NASA:s rymdfarkost DART för att testa tekniken "kinetic impact". Enheten var tänkt att ändra omloppsbanan för asteroiden Didims satellit , vilket framgångsrikt genomfördes i september 2022 [38] .
Ett annat alternativ till explosioner är att långsamt flytta asteroiden över en tidsperiod. En liten mängd konstant dragkraft byggs upp och avleder föremålet tillräckligt från dess avsedda kurs. Edward Zang Lu och Stanley Glen Love föreslog att använda en stor, tung, obemannad rymdfarkost för att sväva över en asteroid och dra den in i en säker bana med hjälp av gravitationen. Skeppet och asteroiden kommer att attrahera varandra. Om fartyget till exempel kommer att balansera kraften som verkar på asteroiden med hjälp av jonpropeller, blir den totala effekten sådan att asteroiden kommer att röra sig mot fartyget och därmed gå ut ur bana. Trots att denna metod är långsam har den fördelen att den fungerar oavsett föremålets materialsammansättning och dess vinkelhastighet. Det är svårt eller omöjligt att avleda skräphopade asteroider med en kärnvapensprängning, och att sätta upp bogserbåtar på snabbt snurrande asteroider skulle visa sig vara svårt och ineffektivt.
En NASA-analys från 2007 av metoder för hotavböjning sa: [27]
Dragfordon är dyrast, har den lägsta tekniska beredskapen och deras förmåga att stöta bort hotfulla föremål kommer att vara begränsad om det inte finns en tidsmarginal på många år.
En annan "icke-kontakt"-metod föreslogs nyligen av forskarna C. Bombardeli och J. Pelez från det tekniska universitetet i Madrid. Den föreslår att man använder en jonkanon med låg divergens riktad mot en asteroid från ett närliggande fartyg. Den kinetiska energin som överförs genom jonerna som når asteroidens yta, som i fallet med en gravitationsdragare, kommer att skapa en svag men konstant kraft som kan avleda asteroiden, och i det här fallet kommer ett lättare skepp att användas.
Jay Melosh föreslår att avleda asteroider eller kometer genom att fokusera solenergi på ytan för att skapa dragkraft från den resulterande avdunstning av materia, eller för att förstärka Yarkovsky-effekten . Solstrålning kan riktas mot ett föremål i månader och många år.
Denna metod kommer att kräva skapandet av en rymdstation nära jorden med ett system av gigantiska och förstorande linser . Efter det kommer stationen att behöva levereras till solen .
En elektromagnetisk katapult är ett automatiskt system placerat på en asteroid och släpper ut det ämne som den består av i rymden. Således skiftar den långsamt och tappar massa. En elektromagnetisk katapult måste fungera som ett lågspecifikt impulssystem : använda mycket drivmedel men lite energi.
Poängen är att om du använder asteroidmaterial som bränsle, så är mängden bränsle inte lika viktig som mängden energi, som sannolikt kommer att vara begränsad.
Ett annat möjligt sätt är att placera en elektromagnetisk katapult på månen , rikta den mot ett jordnära objekt, för att dra fördel av en naturlig satellits omloppshastighet och dess obegränsade tillgång på "stenkulor".
Om vanliga raketmotorer är installerade på ett jordnära objekt kommer de också att ge en konstant avvikelse, vilket kan leda till en förändring i flygvägen. En raketmotor som kan generera 106 N•s momentum (det vill säga ge en acceleration på 1 km/s till ett föremål som väger ett ton) skulle ha en relativt liten inverkan på en relativt liten asteroid med en massa en miljon gånger större. Chapman, Durda och Gold i en vitbok [39] granskar försök att avleda ett objekt med hjälp av befintliga raketer som levererats till asteroiden.
Carl Sagan uttrycker i sin bok Pale Blue Dot sin oro över reflektionsteknologier. Han tror att vilken metod som helst för att avleda föremål som hotar jorden kan användas för att avleda icke-farliga föremål mot vår planet. Med tanke på historien om folkmord som begåtts av politiska ledare, och byråkratins möjliga döljande av de verkliga målen för projektet från de flesta av de inblandade, tror han att jorden är mer utsatt för en mänskligt orsakad kollision än från naturen. Sagan föreslog att reflektionstekniker utvecklas endast när det är en kris.
En analys av den osäkerhet som är inneboende i avböjning med användning av kärnstridsspetsar visar dock att planetariskt försvar inte innebär möjligheten för NEOs att rikta in sig på det. En kärnvapenexplosion som kommer att ändra hastigheten på asteroiden med 10 m/s (plus minus 20%) kommer att räcka för att ändra dess omloppsbana. Men om oförutsägbarheten av hastighetsändringen är mer än några få procent kommer det att vara omöjligt att rikta asteroiden mot ett specifikt mål.
Enligt Russell Schweikart är gravitationssläpningsmetoden tvetydig, eftersom under förändringen av asteroidens bana kommer dess troliga nedslagsplats på jorden långsamt att flyttas till andra länder. Detta innebär att hotet mot hela planeten kommer att minska på bekostnad av säkerheten i vissa specifika stater. Enligt hans åsikt kommer valet av hur asteroiden ska bogseras att vara ett svårt diplomatiskt beslut [43] .