علم الفلك ، الأقمار الصناعية ، الفضاء

الكويكبات التي تعبر الأرض



كيف يمكننا اكتشافها وقياسها وانحرافها؟

بقلم ديفيد ك. لينش ،

تلسكوب Pan-STARRS قيد الإنشاء في Maui. صورة لعموم النجوم. تستخدم بإذن.

هل يمكننا أن نفعل أي شيء عن كويكب مقدر له أن يضرب الأرض؟ الإجابة هي ، نعم ، بشرط أن تكون صغيرة بما يكفي وأن لدينا ما يكفي من الوقت لإرسال مركبة فضائية لتحويلها. كما سنرى ، كلما طال وقت التحذير الذي نعيش فيه ، كلما زاد حجم الكويكب الذي سنكون قادرين على إدارته. تم تلخيص العديد من جوانب تخفيف تأثير الكويكب في تقرير Spaceguard Report. وفي الآونة الأخيرة ، أكملت وكالة ناسا أيضًا دراسة ويستخدمها الكونغرس لتحديد الخطوات التي يمكن للولايات المتحدة والدول الأخرى اتخاذها.

قضى علماء الفلك الكثير من الوقت في محاولة لمعرفة كيفية إنقاذ الأرض من تأثير الكويكب. يجب عليك أولاً العثور على جميع الكويكبات ، وحساب مداراتها ومعرفة أي منها يقترب بشكل خطير من الأرض. بمجرد معرفة المدار ، يمكنك معرفة متى سيضرب. هذا يخبرك كم من الوقت تحذير لديك. وأخيرًا ، إذا تمكنت من معرفة كتلة الكويكب ، فيمكنك حساب مدى صعوبة دفعها من أجل تغيير مدارها بما يكفي لتغيب عن الأرض. إن فكرة هوليوود عن إرسال قنبلة "لتفجيرها" غير واقعية لأن مركبات الإطلاق الحالية لا يمكنها حمل قنبلة كبيرة بما يكفي. علاوة على ذلك ، بدلاً من جسم واحد كبير ، قد ينتهي بك المطاف مع العديد من الشظايا الصغيرة التي تتجه نحو الأرض.

العثور عليها

العثور على الكويكبات سهل نسبيا. تم العثور على أول واحدة من قبل جوزيبي بياتزي في عام 1801. وتكرس حاليا العديد من المراصد للعثور على الكويكبات وتتبعها (Spacewatch ، NEAT ، Pan-STARRS ، LONEOS وغيرها). في الوقت الحالي ، تم العثور على حوالي 80 ٪ من الكويكبات التي يزيد قطرها عن 1 كم. لا يوجد لدى أي منها مدارات من شأنها أن تحملها إلى عين الثيران الأرضية. في عام 2004 ، تم اكتشاف كويكب بحجم 250 متر ومن المتوقع أن يمر بالقرب من الأرض في 13 أبريل 2029 (الجمعة 13th!). يدعى Apophis ، احتمال اصطدام الكويكب هو 1 في 45000 ، ومن المتوقع أن ينخفض ​​مع تكرير المدار في السنوات المقبلة. ستقترب الكويكب 1950 DA من الأرض في عام 2880. نظرًا لحالات عدم اليقين في مدارها ، يظل التأثير ممكنًا.

عندما يتعلق الأمر بتأثيرات الكويكب ، فإن الحجم مهم. تشكل الكويكبات التي يقل قطرها عن 10 أمتار تهديدًا ضئيلًا لأنها ستفكك أو تحترق في الأجواء. تلك التي يزيد قطرها عن 5 كيلومترات كبيرة جدًا بحيث لا يمكننا فعل أي شيء بشأنها. هذه مجرد تقديرات لأنها كتلة ، وليس القطر هو المهم. بعض الكويكبات عبارة عن "أكوام من الأنقاض" ، وهي مجموعات متراصة فضفاضة من أجسام أصغر تمسكها جاذبية الكويكب الضعيفة. البعض الآخر صخور صلبة كثيفة مثل الكوندريت والحديد. ولكن تقريبًا ، يتراوح قطر الحجم الذي يهم ما بين 10 أمتار و 5000 متر. لذا فكر في الصخور بين حجم منزلك وجبل. رشمور.

إذا تم العثور على كويكب يحمل اسم الأرض مكتوبًا عليه ، فهناك الكثير مما يجب عمله. لا يُعرف المدارات بدقة لا نهائية ، فهناك دائمًا شكوك صغيرة. هل ستضرب الأرض حقًا أم ستضربنا بأمان بعد بضعة آلاف من الكيلومترات لتجنيبها؟ (بضعة آلاف من الكيلومترات قريبة جدًا جدًا!) بينما يعمل بعض علماء الفلك على تشديد دقة المدار ، سيحاول آخرون قياس كتلة الكويكب.

صورة كويكب.

قياس لهم

هذا صعب. حتى في أكبر تلسكوب ، فإن معظم الكويكبات ليست سوى نقاط الضوء في سماء الليل. لا يمكننا رؤية حجمها الفعلي وهيكلها ، فقط لونها وسطوعها. من هذه وتخمين لكثافة الكويكب ، يمكننا تقدير الكتلة. لكن حالات عدم اليقين كبيرة جدًا بحيث يتعذر القيام بمهمة انحراف موثوقة. لذلك ستكون الخطوة التالية هي إرسال مركبة فضائية إلى الكويكب لقياس كتلته وخصائصه الأخرى مثل الشكل والكثافة والتكوين ومعدلات الدوران والتماسك. هذا يمكن أن يكون إما الطيران أو الهبوط. مثل هذه المهمة ستوفر أيضًا معلومات دقيقة للغاية حول المدار لأن المركبة الفضائية يمكن أن تعمل كمنارة أو تزرع مرسل مستجيب لاسلكي على الكويكب.

انحراف الكويكب هو الجزء الصعب ، على الرغم من أن الفيزياء بسيطة للغاية. الفكرة هي دفع الكويكب وتغيير مداره بمقدار ضئيل. وعادةً ما تصل الأرض إلى حوالي 30 كم / ث ، على الرغم من أن ذلك يعتمد على ما إذا كانت تأتي في اتجاه جانبي أو وجها لوجه أو من الخلف. لكن لنأخذ 30 كم / ثانية كمثال.

نحن نعرف نصف قطر الأرض: 6375 كم. إذا كنا نعرف مقدار وقت التحذير الذي يجب التأثير عليه - قل 10 سنوات - فكل ما علينا فعله هو تسريع أو إبطاء الكويكب بمقدار 6375 كم / 10 سنوات ، أو حوالي 2 سم / ثانية. يزن قطر الكويكب 1 كم حوالي 1.6 مليون طن. لتغيير سرعتها بمقدار 2 سم / ثانية يتطلب أكثر من 3 ميجاتون من الطاقة.

تعتمد السلامة على إيجاد الكويكبات في أقرب وقت ممكن. من الواضح أنه كلما زاد وقت التحذير لديك ، كلما كان من السهل إجراء التغيير لأنك لست بحاجة إلى الضغط بنفس القوة. أو يمكنك تأخير الدفع أثناء تحسين المدار أو تطوير التكنولوجيا. بدلاً من ذلك ، يعني وقت الإنذار القصير أنه عليك الانشغال والدفع بأقصى ما تستطيع. الإنذار المبكر هو أفضل نهج. كما يقول المثل ، "غرزة في الوقت ينقذ تسعة".

المذنبات هي البطاقة البرية للعبة تأثير الأرض. وعادة ما يتم اكتشافها فقط قبل بضعة أشهر من الاقتراب من النظام الشمسي الداخلي. مع أقطار من بضعة كيلومترات وسرعات تصل إلى 72 كم / ثانية ، فإنها تمثل تهديدا يحتمل أن تكون غير قابلة للإدارة. مع أقل من بضع سنوات من التحذير ، ربما لن يكون هناك ما يكفي من الوقت لبدء مهمة انحراف.

مهمة ناسا للتأثير العميق:
تحطمت المركبة الفضائية عمدا في نواة المذنب تيمبل 1 في حوالي 10 كم / ثانية. كانت هذه هي النتيجة. 4 يوليو 2005. صورة ناسا.

إنحرافهم

هناك عدة طرق لتشتيت الكويكبات ، على الرغم من عدم تجربة أي منها على الإطلاق. تنقسم المقاربات إلى فئتين: الانحرافات الاندفاعية التي تدفع الكويكب على الفور أو خلال بضع ثوانٍ ، والانحرافات "البطيئة" التي تطبق قوة ضعيفة على الكويكب لسنوات عديدة.

انحرافات الاندفاع تأتي في نوعين: القنابل والرصاص. كلاهما ضمن القدرات التكنولوجية الحالية. عن طريق وضع قنبلة على الكويكب أو بالقرب منه ، يتم تفجير المواد من السطح. يتراجع الكويكب في الاتجاه المعاكس. بمجرد معرفة كتلة الكويكب ، يصبح من السهل معرفة حجم القنبلة المستخدمة. أكبر الأجهزة المتفجرة التي لدينا هي القنابل النووية. إنها أكثر الوسائل حيوية وموثوقية لتوصيل الطاقة وبالتالي فإن الانحراف النووي هو النهج المفضل. القنابل النووية هي مئات الآلاف من المرات أقوى من النهج الأفضل التالي ؛ الرصاص.

نهج "الرصاصة" بسيط أيضًا. قذيفة عالية السرعة تصطدم بالكويكب. في الوقت الحاضر لدينا التكنولوجيا لإرسال رصاصة تزن بضعة أطنان في كويكب. إذا كانت السرعة عالية بما فيه الكفاية ، فإن هذا النهج يمكن أن يؤدي إلى دفع عدة مرات أكبر مما يمكن أن ينتج عن التأثير وحده لأنه سيتم تفجير المادة عن الكويكب بنفس الطريقة التي تعمل بها القنبلة. في الواقع ، فإن النهج الرصاصي - "الانحراف الحركي" كما يطلق عليه - قد تم تجربته بطريقة غير مباشرة. في عام 2005 ، تم مناورة عميقة مركبة الفضاء ناسا ديب إمباكت في مسار المذنب تيمبل 1. وكان الغرض من لكمة ثقب في المذنب ومعرفة ما خرج. وانها عملت. بينما كان التغير في سرعة المذنب صغيرًا للغاية ، إلا أن هذه التقنية أثبتت أنه يمكننا تتبع واستهداف كويكب بنجاح.

دافعات بطيئة هي مفاهيمية إلى حد كبير في هذا الوقت. وهي تشمل: المحركات الأيونية ، والجرارات الجاذبية والسائقين الشاملين. تتمثل الفكرة في نقل الجهاز إلى الكويكب ، والهبوط به وتثبيته ، ثم الدفع أو السحب باستمرار لسنوات عديدة. أطلقت المحركات الأيونية والسائقين المواد بسرعة عالية من السطح. كما كان من قبل ، يتراجع الكويكب. جرارة الجاذبية عبارة عن كتلة خاضعة للرقابة تقف من الكويكب باستخدام شيء مثل قاذفة الأيونات. كتلة الجر تسحب الكويكب باستخدام جاذبيتها الخاصة. ميزة جميع دافعات بطيئة هو أنه مع تحريك الكويكب ، يمكن رصد موقعه وسرعته بشكل مستمر وبالتالي يمكن إجراء تصحيحات إذا لزم الأمر.

محرك أيوني متصل بسطح الكويكب.
ناسا صورة مع تعديلات توضيحية.

من الصعب ربط شيء بالكويكب لأن الجاذبية ضعيفة للغاية وقد لا تكون خصائص السطح معروفة. كيف تعلق آلة على كومة رملية؟ معظم الكويكبات تدور ، وبالتالي فإن الجلد سوف يكون حولها ونادرا ما يكون في الاتجاه الصحيح. كما يجب أن تدور مع الكويكب وهذا يتطلب طاقة ، والكثير منه. في حين أن جرار الجاذبية لا يعاني من هذه العيوب ، إلا أنه يحتاج إلى مصدر ثابت للطاقة. كل هذه الأجهزة معقدة. يجب تشغيلها والتحكم فيها وجعلها تعمل عن بعد في الفضاء بشكل مستمر لسنوات عديدة ، وهو أمر طويل للغاية.

لقد أثبتنا أن المحركات الأيونية يمكن أن تعمل لمدة لا تقل عن بضع سنوات في الفضاء ، ولكن حتى الآن لا تملك المحركات الأيونية قوة كافية لتجاهل الكويكب المهدد ما لم يكن هناك وقت طويل للغاية للإنذار. الجانب السلبي لأوقات الإنذار الطويلة هو أن حالات عدم اليقين في مدار الكويكب تجعل من المستحيل التأكد من أنها ستضرب الأرض. هناك بعض مفاهيم الدفع البطيء البعيدة: طلاء الكويكب الأبيض وترك ضوء الشمس يمارس ضغطًا إشعاعيًا ؛ وضع الليزر في المدار وانطلاقه عدة مرات ؛ دفع قرب كويكب أصغر بما يكفي لتحويله الجاذبية. عندما يقوم الفلكيون بتشغيل الأرقام ، فإن الأفكار تقصر عن أي نظام عملي.

ليس علماء الفلك هم الأشخاص الوحيدون الذين يشعرون بالقلق من آثار الكويكب. السياسيون ومنظمات الاستجابة للطوارئ والأمم المتحدة كلها معنية. إذا اضطررنا إلى تحويل كويكب ، فمن سيدفع ثمنها؟ من سيطلق المركبة الفضائية بالفعل؟ إذا كانت القنابل النووية هي أضمن وسيلة لتشتيت الكويكب ، فهل يتعين علينا إبقاء القنابل النووية في متناول اليد؟ هل ستثق دول أخرى في الولايات المتحدة أو إسرائيل أو روسيا أو الهند لوضع الأسلحة النووية في الفضاء ، حتى في مهمة إنسانية؟ ماذا لو كان الكويكب متجهًا إلى جنيف وليس لدينا سوى وسائل لتغيير موقع التصادم بمقدار 1000 كم. في أي اتجاه نختار ومن يقرر؟ هل يمكن أن نكون متأكدين من إجراء تحول دقيق باستخدام تقنيات انحراف غير مجربة؟

إذا كانت إصابة الكويكب أمرًا لا مفر منه ، فماذا نفعل؟ إذا عرفنا أين ستضرب ، هل سنقوم بإجلاء الناس من المنطقة؟ إلى أي مدى نحن نقلهم؟ إذا ظل تأثير الحطام في الجو ، فقد يحدث تبريد عالمي. من المسؤول عن الإمدادات الغذائية العالمية؟ إذا كانت ستصطدم بالمحيط ، فكم سيكون حجم تسونامي؟ كيف يمكننا أن نكون على يقين من أن الدمار الذي نتوقعه صحيح أو أننا لم نغفل شيئًا ما؟ ولعل الأكثر إثارة للقلق هو أن آثار الكويكب هي نوع جديد تمامًا من الكوارث: كيف نستعد لتدمير (على سبيل المثال) شرق الولايات المتحدة عندما يكون لدينا 20 عامًا من التحذير؟

تتم مناقشة هذه الأسئلة وغيرها اليوم في اجتماعات علمية في جميع أنحاء العالم. لحسن الحظ ، فإن فرص وجود كويكب صغير يصل إلى الأرض في المستقبل المنظور صغيرة جدًا.

أعرف أكثر: الكويكبات القريبة من الأرض: ما هي ومن أين أتوا؟

ديفيد ك. لينش ، دكتوراه ، هو عالم فلك وعالم كواكب يعيش في توبانجا ، كاليفورنيا. عندما لا يتسكع حول خطأ سان أندرياس أو يستخدم التلسكوبات الكبيرة على مونا كيا ، فإنه يلعب دور الكمان ، ويجمع أفعى الجرس ، ويلقي محاضرات عامة حول أقواس قزح وكتب الكتب (اللون والضوء في الطبيعة ، مطبعة جامعة كامبريدج) ومقالات. أحدث كتاب للدكتور لينش هو "الدليل الميداني لخطأ سان أندرياس". يحتوي الكتاب على اثني عشر رحلة قيادة ليوم واحد على امتداد أجزاء مختلفة من الصدع ، ويتضمن سجلات طريق على بعد أميال وإحداثيات GPS لمئات من ميزات الأعطال. كما حدث ، تم تدمير منزل ديف في عام 1994 بسبب زلزال نورثريدج 6.7 درجة.