Jak zrobić kosmiczny unik

Gdy kiedyś się dowiemy, że za sto lat w Ziemię uderzy duża asteroida, paradoksalnie będzie to dobra wiadomość. Bo akcję ratunkową – żeby miała szanse powodzenia – trzeba zacząć wiele lat przed spodziewanym uderzeniem.

Asteroida, która przed milionami lat najprawdopodobniej doprowadziła do masowego wymierania gatunków, miała ok. 10 km średnicy. Dinozaury były w gorszej sytuacji od ludzi, bo nie używały teleskopów.

„Można powiedzieć, że znamy praktycznie wszystkie obiekty tak duże, że mogłyby spowodować globalną katastrofę. Teraz trwa walka o poznanie obiektów o rozmiarach ok. 100 m” – przekonuje prof. Małgorzata Królikowska-Sołtan z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

Taki właśnie cel mają programy monitorowania potencjalnie niebezpiecznych asteroid (ang. Potentially Hazardous Asteroids, PHA). Większość z tych programów prowadzonych jest w Stanach Zjednoczonych.

Uwaga na 140 metrów!

Do PHA zalicza się obiekty, które mogą przelecieć w odległości od Ziemi mniejszej niż 8 mln km (0,05 jednostki astronomicznej, czyli 5 proc. średniej odległości między Ziemią a Słońcem) i których obserwowana jasność wskazuje, że mogą mieć 140 m lub więcej. Istniejące rejestry raczej nie dają powodów do niepokoju, ale też na razie nie wszystko w kosmosie da się przewidzieć – więc dodatkowych przedsięwzięć dotyczących monitoringu asteroid nigdy za wiele.

Szczególnie że dziś nie mamy możliwości sprawić, by asteroida wyparowała np. trafiona bombą, a żeby zmienić jej tor lotu wystarczająco, musimy wysłać rakiety przynajmniej kilka lat wcześniej.

Profesor Królikowska-Sołtan podkreśla też, że ważne jest stałe monitorowanie przestrzeni kosmicznej, bo nawet jeśli dziś znamy orbity pobliskich obiektów, to na skutek grawitacyjnych perturbacji spowodowanych przez inne ciała znajdujące się w pobliżu mogą się one zmienić.

Co prawda w wyliczeniach brane są pod uwagę wpływy innych planet i dużych planetoid znajdujących się w pasie pomiędzy Marsem a Jowiszem, ale np. jeśli niegroźna z dzisiejszego punktu widzenia planetoida przeleci w pobliżu Ziemi, to taka zmiana jest trudna do przewidzenia i konieczne będą kolejne obserwacje już po zbliżeniu się obiektu.

Taka sytuacja będzie miała miejsce w 2029 r. – obiekt o nazwie Apophis wprawdzie na pewno minie Ziemię, ale w odległości podobnej do tej, w jakiej znajdują się satelity geostacjonarne.

„Po tym przejściu z dużo większą dokładnością wyznaczymy orbitę obiektu po zbliżeniu i prawdopodobnie wykluczymy jego zderzenie w kolejnych stu latach” – twierdzi prof. Królikowska-Sołtan.

Nawet jeśli następne badania wskażą, że orbita zmieniła się na naszą niekorzyść, to do kolejnego zbliżenia będziemy mieli wystarczająco dużo czasu, żeby się zabezpieczyć przed konsekwencjami.

Podobnie może nas zaskoczyć asteroida Bennu, choć potencjalnie niebezpiecznym obiektem stanie się faktycznie dopiero w latach 30. XXII w. Jest ona jedną z lepiej poznanych planetoid, a w jej kierunku leci na dodatek sonda kosmiczna OSIRIS-REx. Dzięki niej NASA zamierza przeprowadzić jeszcze dokładniejsze pomiary właściwości tego ciała niebieskiego o rozmiarze ok. 0,5 km.

Naukowcy już eksperymentalnie sprowadzili Bennu na kurs kolizyjny z Ziemią, choć na szczęście to tylko komputerowa symulacja.

W niedawno opublikowanej pracy naukowej fizycy m.in. z NASA i amerykańskiej Narodowej Agencji Bezpieczeństwa Atomowego rozważają, co i kiedy należałoby zrobić, żeby zmienić tor lotu tej asteroidy. Autorzy opracowania opublikowanego w Acta Astronautica wzięli pod uwagę dwa warianty czasowe operacji – 10 i 25 lat przed zderzeniem.

Ich zdaniem, używając istniejących dziś rakiet nośnych Delta IV lub powstającej potężnej SLS, dałoby się odbić Bennu o taki kąt, że Ziemianie mogliby się czuć bezpieczni na dłuższy czas. Rakieta to jednak nie wszystko – potrzebny jest też odpowiedni człon główny.

Młot na asteroidy

I tu naukowcy wychodzą z propozycją budowy młota, którym wybiją asteroidom z głowy igranie z bezpieczeństwem ludzkości. Ów młot, czyli po angielsku HAMMER, to skrót od Hypervelocity Asteroid Mitigation Mission for Emergency Response.

Problem w tym, że nie wystarczy jedna rakieta HAMMER przyczepiona do rakiety nośnej. Przy obecnych możliwościach – bez względu na to, czy do młotkowania miałoby dojść 10 czy 25 lat przed kolizją z Ziemią – trzeba by ich wysłać całą eskadrę, by w wystarczający sposób zmienić trajektorię lotu.

Kolejne wyzwanie stanowi ustalenie odpowiedniego terminu startu. Rakiet nie można bowiem wysłać natychmiast po rozpoznaniu zagrożenia. Czasem trzeba czekać kilka lat, nim pozycja Ziemi względem niebezpiecznego ciała niebieskiego będzie sprzyjająca. To kwestia nawigacji.

Podobne rozwiązania do tych zaproponowanych w artykule o młocie mają zostać przetestowane podczas amerykańskiej misji DART (Double Asteroid Redirection Test). Start rakiety, która dostanie się w pobliże 800-metrowej asteroidy Didymos, planowany jest na przełom lat 2020 i 2021. Gdy już się tam znajdzie, uderzy w naturalnego satelitę planetoidy, który jest mniejszy (mierzy ok. 150 m) i wielokrotnie lżejszy. Kolizja przesunie obiekt minimalnie, ale tak, by było to możliwe do zaobserwowania przez ziemską aparaturę.

DART, podobnie jak HAMMER, ma wykorzystać technikę uderzenia kinetycznego (bez żadnych wybuchów), ale może też zostać wyposażony w plan B. Naukowcy chcą, by mógł przenosić ładunki nuklearne, choć te raczej nie będą miały na celu zniszczenia kosmicznej skały, a tylko zmianę kierunku jej lotu.

„Takie pomysły z Armageddonu, że położymy ładunek wybuchowy na naszej planetoidzie i zrobimy wielkie bum, są raczej marne, bo takiego wybuchu nie będziemy kontrolować. Bardziej sensowny jest kontrolowany wybuch w pobliżu obiektu, aby na jego ruch wpłynęła fala uderzeniowa. Łatwiej wtedy wyliczymy przesunięcie asteroidy w odpowiednie miejsce” –uważa prof. Królikowska-Sołtan.

Nie atakować, tylko pomalować

Inną koncepcją, która na pierwszy rzut oka może brzmieć absurdalnie, jest… pomalowanie asteroidy.

„Jeżeli pomalujemy obiekt, okaże się, że promieniowanie słoneczne będzie inaczej się odbijać od jego powierzchni i inaczej wnikać pod powierzchnię ciała. Ten efekt, kumulowany w dłuższej skali czasowej, np. stu lat, też może spowodować zauważalne odchylenie planetoidy. Jesteśmy w stanie przewidzieć jakie, ale najpierw musimy bardzo dużo wiedzieć o tym obiekcie, znać chropowatość jego powierzchni, kształt i sposób wirowania, żeby wiedzieć, gdzie i jak go pomalować ” – mówi astronomka.

Podobna myśl, czyli wykorzystanie ciśnienia światła słonecznego, przyświeca idei zainstalowania na potencjalnie niebezpiecznym obiekcie żagla słonecznego – płachty ultracienkiego materiału w zależności od potrzeby odbijającego bądź pochłaniającego promienie.

Teoretycznie można nawet próbować wprowadzić rakietę na orbitę planetoidy i wzajemne oddziaływanie tak sparowanych obiektów wykorzystać do zmiany toru lotu.

Można wreszcie zainstalować na planetoidzie silnik, który będzie ją spychał z toru kolizyjnego. Takie urządzenie musiałoby jednak być bardzo potężne, by wpłynąć na naprawdę groźne obiekty.

Na razie na zmianę orbity niewielkiej planetoidy szykuje się NASA. Jest pomysł, by w latach 20. ściągnąć na orbitę Księżyca asteroidę. Oczywiście odpowiednio małą, by w razie utraty kontroli nie stanowiła zagrożenia dla Ziemi.

Kosmiczne górnictwo

Czy na dłuższą metę zabawa asteroidami ma sens? Zdecydowanie tak, nawet jeśli niebezpieczeństwo zderzenia z tymi zagrażającymi całej ludzkości jest niewielkie. Po pierwsze ciągle istnieje kłopot z małymi asteroidami. Meteor, który spadł w 2013 r. w Czelabińsku, jest świetnym przykładem na to, że nie wszystko potrafimy monitorować. Tymczasem ewakuacja nawet niewielkiego obszaru zagrożonego upadkiem mniejszej kosmicznej skały także wymaga czasu.

Po drugie dla ludzkości istotne znaczenie ma eksploatacja tych kosmicznych skał. Asteroidy często są bogate w złoża, o które trudno na Ziemi – chociażby w platynę. Mogą też stanowić zasobniki wody podczas ewentualnych podróży międzyplanetarnych.

Innymi słowy: to, co na Ziemię dostaje się zwykle jako spadająca gwiazda, może się stać – dzięki kosmicznym górnikom – prawdziwą gwiazdką z nieba.