Вероятность столкновения астероида Бенну с Землёй после 2170 года
В предыдущем видео вы узнали об астероиде Бенну и его орбите. Также вы увидели, как будут происходить следующие его сближения с Землёй: в 2054 и 2060 годах. Бенну будет сближаться с Землёй и после 2060 года. Но информация о каждом последующем сближении будет всё менее и менее точной. Можно лишь говорить о вероятности сближения Бенну с нашей планетой в следующем веке, в том или ином году. Почему нельзя сказать точно, столкнётся ли Бенну с Землёй в следующем веке? Почему можно лишь оценить вероятность столкновения? Каким образом можно оценить эту вероятность? В этом видео я постараюсь дать ответы на эти вопросы.
Всем известно, что любые измерения выполняются с некоторой погрешностью. Параметры орбиты астероида Бенну известны с огромной степенью точности. Элементы орбиты были уточнены во время миссии OSIRIS-REx, которая получилась крайне успешной. В противном случае учёным не удалось бы собрать грунт с астероида Бенну и доставить его на Землю. Сейчас погрешность определения координат Бенну составляет всего несколько десятков метров. Только вдумайтесь: положение объекта, находящегося в десятках миллионов километров от нас, известно с точностью до нескольких десятков метров!
На протяжении всего видео показывается движение не одного астероида, а целого пучка астероидов Бенну. Пучок состоит из девяти точек. Положение центральной точки вычислено с использованием известных параметров орбиты Бенну. Положения других восьми точек также вычислены с использованием параметров орбиты Бенну, но изменены в пределах погрешности. Для формирования точек пучка менялось только значение большой полуоси астероида Бенну в пределах погрешности. Изменение остальных элементов орбиты Бенну приводит к менее существенным отклонениям траекторий пучка.
Изначально расстояние между крайними точками пучка составляло около 60 метров, что соответствует погрешности известных координат Бенну. После сближения 2054 года расстояние между крайними точками увеличится до нескольких километров. А после сближения 2060 года пучок расширится уже до нескольких сотен километров. Пучок траекторий расширяется, потому что гравитация Земли сильнее отклоняет траекторию той точки пучка, которая находится ближе к Земле. И чем шире становится пучок, тем сильнее разница между силами, с которыми Земля во время сближений действует на разные точки пучка.
Расстояние между крайними точками пучка к 2120 году, благодаря всем предыдущим сближениям, увеличится уже до миллиона километров. Таким образом, изначальная неопределённость координат Бенну всего в 60 метров приводит за столетие к неопределённости в миллион километров. Всему виной тесные сближения астероида с Землёй, каждое из которых приводит к росту ошибки примерно на два порядка. Для больших планет, которые не имеют сближений друг с другом, неопределённость в координатах накапливается значительно медленнее.
Согласно авторитетным источникам, после сближений Бенну с Землёй, состоявшихся в 2054, 2060 и 2080 годах, очередное состоится в 2135 году. По моим данным сближение состоится в 2144 году, но я в своих расчётах не учитываю, например, такие негравитационные эффекты, как эффект Ярковского. У меня нет цели соперничать с известными учёными в точности расчётов. Цель этого видео — наглядно показать, как можно оценить вероятность столкновения астероида с Землёй.
Для этого видео были выполнены расчёты для девяти возможных положений астероида Бенну в пределах погрешности. Для расчёта можно брать гораздо больше возможных положений, меняя не только значение большой полуоси, но и значения остальных элементов орбиты. Научная ценность такого исследования была бы выше. Но видео, скорее всего, получилось бы менее наглядным и очень сложным для восприятия. К тому же, для визуализации такого большого количества траекторий потребовались бы очень большие вычислительные мощности.
По моим данным в 2144 году астероид Бенну снова пройдёт на безопасном расстоянии от Земли. Расширившийся пучок возможных траекторий также целиком пройдёт мимо Земли. После этого сближения пучок постепенно расширится до 10 млн км и продолжит расширение.
Расширяющийся пучок возможных траекторий Бенну демонстрирует рост неопределённости дальнейшей судьбы этого астероида и нашей планеты. Неопределённость значительно уменьшится после того, как будет уточнена орбита Бенну после его сближений с Землёй в 2054 и 2060 годах. Если выяснится, что Бенну всё-таки должен столкнутся с Землёй в следующем веке, необходимо будет предпринять меры для предотвращения катастрофы.
Имеется успешный опыт изменения траектории одного из астероидов в рамках космической миссии DART. Также существует множество других интересных и перспективных проектов, которые предлагают различные способы отклонения астероида от опасной траектории. Например, можно произвести ядерный взрыв рядом с поверхностью астероида, в результате которого произойдёт выброс вещества с астероида. Сам астероид при этом отклонится в сторону, противоположную направлению выброшенного вещества. Другой вариант предполагает установку на астероиде ракетных двигателей, которые создадут необходимую тягу и уведут астероид с опасной траектории.
Предложены и более экзотические способы. Например, предлагается обернуть астероид в фольгу с высокой отражающей способностью. Также можно распылить над астероидом белое вещество (диоксид титана) или посыпать на него, наоборот, чёрное вещество (сажу). В каждом из этих случаев произойдёт изменение отражающей способности астероида. Это приведёт к возникновению эффекта Ярковского и постепенному отклонению траектории астероида.
К 2170 году пучок возможных траекторий Бенну расширится до 50 млн км. И при очередном сближении с Землёй, наша планета пройдёт через этот пучок. По моим расчётам это произойдёт в 2171 году. Это значит, что можно подобрать такое значение большой полуоси орбиты Бенну в пределах погрешности, при котором астероид столкнулся бы с Землёй. Есть вероятность, что большая полуось орбиты Бенну действительно имеет такое значение, ведь оно находится в пределах погрешности.
Вероятность столкновения Бенну с Землёй можно оценить следующим образом. Допустим, мы разбили пучок не на 9 точек, а на 1000 точек, и выяснили, что из них 10 точек в 2171 году коснутся поверхности Земли. Значит, вероятность падения можно грубо оценить как ¹⁰/₁₀₀₀ или 1%. Для более точной оценки можно взять ещё больше точек разбиения, менять не только большую полуось, но и другие элементы орбиты. Также при оценке вероятности следует учесть, что возможные значения элементов орбит в пределах погрешности имеют нормальное распределение.
Смотрите видео с субтитрами на русском языке.
Моделирование и визуализация выполнены автором с помощью программного обеспечения собственной разработки. При расчетах учитывалось взаимное влияние друг на друга Солнца, всех планет Солнечной системы, Луны и астероида. Также при расчете учитывались релятивистские эффекты.
