Apophis 2029: Žemės traukos poveikis asteroidui ir šiukšlės

Įsivaizduokite 370 metrų uolieną, praskriejančią pro Žemę per dešimtis tūkstančių kilometrų. Pakankamai arti, astronominiais mastais, kad planetos trauka palies ir stumteltų jos paviršių. Pakankamai arti, kad potvynio jėgos patrauktų jos sukimąsi ir galbūt sujudintų regolitatą. Pakankamai arti, kad planuojame stebėti tai geriausiais turimais instrumentais.

Mokslininkai nesitiki smūgio. Dešimtmečiai stebėjimų susiaurino Apophis trajektoriją iki labai tikslaus koridoriaus per Žemę supantį kosmosą. Tačiau popierinis tikslumas gali susidurti su netvarka realybėje. Ši netvarka šiuo atveju yra žmogaus sukurta: metalų fragmentai, dažų pleiskanos, neveikiantys palydovai ir kitos šiukšlės, plūduriuojančios aukštos Žemės orbitos sluoksniuose.

Kai Žemė traukia riedantį akmenį

2029 metų artimiausio priartėjimo metu Apophis praskries pro mūsų planetą mažiau nei už 32 000 kilometrų. Tai jį nukelia gerokai į zoną, kur Žemės trauka gali reikšmingai pakeisti asteroido sukimąsi ir paviršių. Tai yra mokslinė galimybė. Trauka gali išprovokuoti nuošliaužas, sukelti seisminius įvykius asteroide ir atidengti po erozuotu paviršiumi paslėptas medžiagas. Dvi misijos jau suplanuotos tirti šiuos efektus.

NASA misija OSIRIS-APEX ir ESA projektas RAMSES siekia stebėti šį praskridimą. Jos ieškos formos pokyčių, sukimosi greičio kitimo ir bet kokio išsiskyrusio medžiagos, kuri galėtų atskleisti vidinę struktūrą. Jei viskas vyks pagal planą, šios kosminės aparatai pateiks pavyzdį, kaip planetos trauka perrašo mažo kūno morfologiją.

Tačiau kas, jei kažkas kitas stuktelės Apophis prieš prasidedant stebėjimams? Net nedidelis susidūrimas su kosminėmis šiukšlėmis nepermes asteroido į naują orbitą aplink Saulę. Tačiau jis sudėtingins mokslą. Krateris, medžiagos pliūpsnis arba staigus sukimosi pokytis gali užtemdyti signalą iš Žemės potvynių poveikio. Koks pokytis kilo dėl mūsų? Koks dėl svetimo varžto ar fragmento? Tai išnarplioti būtų toli gražu ne paprasta užduotis.

Apophis numatyta trajektorija leidžia jam nekenksmingai praskristi tiek pro Žemę, tiek pro Mėnulį. 

Simuliacija prasilenkimo su kosminėmis šiukšlėmis

Italijos Taikomosios fizikos instituto fizikai Giulia Schettino ir Alessandro Rossi modeliavo šį scenarijų. Jie panaudojo gerai nustatytą Apophis trajektoriją, užpildė geosinchroninį regioną sekamais objektais ir pridėjo tikėtiną nematytų fragmentų populiaciją. Geosinchroninė zona yra maždaug 36 000 kilometrų virš Žemės. Objektai ten skrieja tokia pat sparta, kokia sukasi planeta. Tai užimta ir vertinga erdvės sritis palydovams.

Rossi ir Schettino tikėjosi aptikti nereikšmingą riziką. Jie prognozavo nulinį rezultatą. Tačiau jų simuliacijos atskleidė mažą, bet nenulinę tikimybę, kad Apophis gali susidurti su kažkuo žmogaus sukurtu. Ne kinematografinis smūgis. Ne jo kelio pakeitimas aplink Saulę. Bet stumteltimas. Įbrėžimas. Pliūpsnis.

Kodėl tai svarbu ne tik antraštėms? Nes praskridimo mokslinė vertė priklauso nuo kontroliuojamo eksperimento: Žemė traukia, mes stebime. Pridėkite netikėtą smūgį ir "kontrolė" dingsta. Duomenų interpretacija tampa dviprasmiška. Instrumentai vis tiek gali užfiksuoti smūgio požymius. Tai netgi gali būti naudinga. Bet tai sumaišo du fizinius procesus į vieną sudėtingą duomenų rinkinį.

Taip pat kyla klausimas apie grandininį šiukšlių susidarymą. Ar mažas smūgis galėtų išprovokuoti Kesslerio sindromo tipo grandininę reakciją, kurioje susidūrimai kuria vis daugiau fragmentų, juos vėliau sukurdami tolesnius susidūrimus? Tyrimo atsakymas ramina. Geosinchroninė aplinka yra kur kas retesnė nei žemos Žemės orbita. Jei Apophis patirtų smūgį, išmestos dalelės mažai tikėtina sukeltų besivystančią grandinę, kuri grasintų kitiems palydovams.

Kas iš tiesų šį darbą atskleidžia, tai mūsų nežinojimas. Mes stebime didelius palydovus ir akivaizdžias atliekas. Tačiau tūkstančiai mažesnių fragmentų lieka praktiškai nematomi dabartiniams stebėjimams, ypač aukštose orbitose. Tie fragmentai yra laukiniai kortos. Jie pakankamai maži, kad išvengtų įprasto stebėjimo, bet pakankami dideli, kad retkarčiais pakeistų kruopščiai suplanuotą stebėjimų kampaniją.

Ekspertų įžvalga

"2029 metų susitikimas yra retas natūralus eksperimentas," sako dr. Priya Menon, astrofizikė, tyrinėjanti mažų kūnų dinamiką universiteto tyrimų centre. "Sužinosime apie vidinę struktūrą, kohesiją ir kaip regolitas reaguoja į potvynio jėgas. Tačiau eksperimentams reikia aiškių pradinių sąlygų. Nežinomos šiukšlės yra nežinomas pradinis faktorius. Tai priverčia mus permąstyti stebėjimą ir modeliavimą iki įvykio."

Menon pabrėžia, kad ateities stebėjimo teleskopai padės. Europos kosmoso agentūra ir jos partneriai planuoja sustiprintą aukštų Žemės orbitų stebėjimą artimiausiais metais. Geresnė detekcijos galimybė sumažins neapibrėžtumą dėl fragmentų populiacijų ir leis misijų komandoms patikslinti stebėjimo strategijas.

Galimos operatyvinės korekcijos. Pavyzdžiui, jei teleskopai identifikuoja kandidatinį fragmentą, einantį persikirtimo trajektorija, komandos gali apgalvoti stebėjimų laiką, kad izoliuotų smūgio požymius, arba perstatyti instrumentus, kad užfiksuotų išmestas medžiagas. Lankstumas bus kertinis. Taip pat tarptautinis bendradarbiavimas, nes šiukšlės ir misijos nepaiso valstybių ribų.

Kokios misijos stebės ir ko jos tikisi pamatyti

RAMSES ir OSIRIS-APEX neša papildomas priemones. Paviršiaus instrumentai, tokie kaip seismometrai ir gravimetrai, galėtų užfiksuoti smūgio mechaninį signalą. Orbitiniai vaizdavimo aparatai ir spektrometrai ieškos šviežios medžiagos ir bet kokio pliūpsnio sudėties. Kartu jie galėtų atskirti potvynio formavimo poveikį nuo kolizinių efektų, jei tik žinosime, ko ieškoti ir kada.

Interpretacija reikalauja kruopštaus kryžminimo: laiku žymėtos nuotraukos, in situ matavimai ir priešsusitikiminis arti Žemės esančių šiukšlių stebėjimas. Jei bus užfiksuotas pliūpsnis, spektrometrai gali nustatyti, ar jis atitinka regolito iškasimo dėl potvynio drebėjimo, ar intensyvaus smūgio iš žmogaus sukurtų metalų ir kompozitų. Toks forensinis detalumas gali išgelbėti mokslinę vertę net ir iš chaotiško įvykio.

Išvada

Apophis 2029 metų artimas praskridimas yra Žemei nekenksmingas, bet mokslinio laukimo atžvilgiu trapus. Mažas, mažai tikėtinas susidūrimas su kosminėmis šiukšlėmis negrėstų žmonijai, tačiau komplikuotų vienkartinę galimybę stebėti, kaip trauka perrašinėja mažą pasaulį. Rossi ir Schettino tyrimas aiškiai primena: mūsų orbitos netvarka nėra vien tik operatyvinis nepatogumas. Ji gali trukdyti giluminės kosmoso mokslo eksperimentams.

Pragmatiška išvada paprasta. Investuokime į geresnę aukštų orbitų šiukšlių stebėseną. Pagerinkime tarptautinį duomenų dalijimąsi. Ir traktuokime Apophis priartėjimą kaip paskatinimą sutvarkyti orbitinę aplinką iki tos dienos.