Катастрофы в природе: удар из космоса. Факты, причины, гипотезы, последствия

Космические зонды впервые передали на Землю качественные снимки Сатурна и Юпитера, их спутников и вид из космоса на Землю и Солнце. Зонд «Voyager 2» первым посетил окрестности всех четырёх газовых планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Зонд «Voyager 1» первым достиг границ гелиосферы – одного из условных пределов Солнечной системы.

«Никто из нас не думал, когда мы запускали аппараты сорок лет назад, что они будут работать так долго и продолжать свои пионерские исследования. Самые интересные вещи, которые они найдут в следующие пять лет, скорее всего, то о чём мы пока даже не имеем представления». Эд Стоун, руководитель проекта «Voyager», 2017 год.

В 2016 году запущенный по программе NASA «New Horizons» (2003) зонд «Jupiter Polar Orbiter» (Juno, 2011) стал вторым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту Юпитера после зонда NASA «Galileo» (1995—2003). По этой программе зонд «New Horizons» (2006) исследовал Плутон (2015), а до этого он проводил наблюдения Юпитера и его спутников (2007).

Если благодаря этой миссии будет установлено наличие твёрдого ядра у Юпитера, то это принесёт новое замечательное знание о планетах-гигантах. О сложности и масштабности миссии говорит то, что для выхода на орбиту Юпитера зонду «Juno» понадобилось пять лет, за которые он проделал путь в три миллиарда километров.

Разработанные для исследования Земли научные методы и оборудование используются для изучения других космических тел. Астрономы и планетологи стали неогеографами, а занимающиеся географией специалисты используют компьютерные и космические технологии для наблюдения за земной поверхностью. Благодаря прогрессу космических технологий стало реальным возникновение новых научных направлений, но уже применительно к объектам исследований – астероидографии, лунографии, марсографии, плутонографии и т. д.

С развитием представлений о Земле стало понятно, что происходящие в Солнечной системе явления играют важную роль в эволюции её биосферы. Это связано в первую очередь с астероидной – кометной теорией образования воды на планете, занесением на неё жизни и, что самое актуальное на сегодняшний день – возможного столкновения Земли с крупным астероидом.

Соотношение размеров самых крупных объектов обнаруженных в Главном поясе астероидов, от крупнейшего (4) Vesta диаметром 525 км до относительно небольшого астероида (2867) Steins в 6,8 км.

Собранные данные о прошлом, обнаруженные на земной поверхности ударные кратеры, астрономические наблюдения и математические расчеты указывают на потенциальную угрозу со стороны малых космических тел (NEO) существованию цивилизации и жизни на Земле. В начале 1980-х годов их изучение стало не просто научной задачей, а жизненно необходимой для решения проблемой.

Под околоземным объектом (Near-Earth Object, NEO) понимается любое небольшое тело в Солнечной системе, орбита которого проходит рядом с земной, пересекает её или способно приблизится к ней в будущем. Объект в Солнечной системе является NEOs, если его ближайший подход к Солнцу (перигелий) менее 1,3 астрономической единицы (ua). На 2017 год обнаружено более четырнадцати тысяч околоземных астероидов (Near-Earth Asteroid, NEA), более ста околоземных комет (Near-Earth Comets, NEC) и множество метеороидов. Их падение на земную поверхность способно вызвать крупный ущерб, вплоть до уничтожения жизни на Земле.

В 2016 году NASA образовало «Planetary Defense Coordination Office» (Координационное бюро по планетарной защите) для отслеживания NEOs диаметром более 30—50 метров и принятия мер для предотвращения катастрофических последствий от столкновения Земли с ними. Европейский союз, США и некоторые другие страны приступили к изучению и обнаружению околоземных объектов.

В 1998 году NASA получило мандат Конгресса США на обнаружение всех NEOs размерами одного километра и более. В 2006 году было констатировано, что около 20% подобных объектов ещё не обнаружено. В 2011 году благодаря проекту NEOWISE заявлено, что найдено 93% NEAs размерами более одного километра и предстоит определить ещё около семидесяти.

На июнь 2017 года обнаружено 875 NEAs величиной в один километр и более, из которых 158 признаются потенциально опасными. Отметим, катастрофические последствия могут быть вызваны и объектами меньшего размера в зависимости от места падения (на сушу или океан, вблизи крупного населенного пункта, на атомную электростанцию и т.д.), а глобальную катастрофу на Земле способен вызвать всего один пропущенный крупный астероид.

Ещё недавно казалось, что исследования сейсмичности Луны представляют только научный интерес, однако планы организовать на этой планете обитаемые станции перевели их в разряд практически важных. Им могут угрожать удары метеоритов и лунотрясения. Только с 1972 по 1977 год было зарегистрировано несколько лунотрясений с магнитудами около 5,5 по шкале Рихтера.

Орбиты известных потенциально опасных астероидов (голубой цвет) размером более 140 метров на расстоянии до 7,6 млн. км от Земли (2013) и подразделение их на группы в зависимости расположения орбит относительно Солнца.

В Солнечной системе существуют две основные области с наибольшим количеством малых тела. Это пояс астероидов между Марсом и Юпитером и за орбитой Нептуна, где располагаются транснептуновые объекты. Есть и другие скопления малых тел – семейства, планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся в Солнечной системе кометы, метеороиды и космическая пыль. С момента обнаружения астероидов им присваивались, как и планетам, символы, но оказалось их так много, что в 1851 году немецкий астроном Иоганн Энке предложил использовать перед названием астероида порядковый номер в круглых скобках, например – (4) Vesta.

Самые лютые морозы и высокие температуры на Земле не идут в сравнение с холодом на поверхности Луны или Марса, раскалёнными пустынями Меркурия или вулканическими плато Венеры. Так, на неосвещённой стороне лунного экватора температура составляет днём +116 градусов Цельсия, а в ночное время падает до -173 градусов.

На Меркурии температура меняется от +430 градусов до -180 градусов Цельсия. На Марсе из-за разряженной атмосферы перепады температуры столь же значительны, достигая в зиму -125 градусов, а в летнее время в среднем до +20 градусов по Цельсию. На марсианском экваторе дневная температура может достигать +27 градусов, то уже к утру падать до -50 градусов Цельсия. Зимой здесь выпадает снег, но не из воды, а из замершего углекислого газа.

Сам по себе факт огромного диапазона изменений температуры достаточный повод чтобы считать возможным протекание различных динамических процессов на поверхности других космических тел. В этой связи необходим ответ на ряд вопросов. Какими процессами формируется их рельеф? Подобны ли они тем, что происходят на Земле? Какова мощность и скорость их протекания?

Важное отличие космических объектов от земных условий это наличие или отсутствие воды и её роль в формировании их поверхности. Водяной лёд обнаруживается почти повсеместно в Солнечной системе. Его скопления найдены на Луне, Меркурии и Марсе. На спутниках Юпитера обнаружены огромные запасы воды, а Европа покрыта многокилометровым слоем льда.

Вода есть на Ганимеде и Каллисто, а одну из лун Сатурна – Энцелад полностью покрывает ледяной панцирь, из которого с огромной скоростью вырываются струи водяного пара на высоту в сотни километров. Данные наблюдений говорят о наличии воды на Нептуне, Плутоне, Сатурне, Уране и Юпитере. Спутники Плутона и Урана скорей всего также обладают водными ресурсами.

На всех этих космических телах также как и на Земле действует гравитация. Она определяет форму, особенности внутреннего строения и характер протекающих на их поверхности процессов и явлений.

Отличие Земли от всех других планет заключается в возможности существования воды на поверхности сразу в трех фазах – газообразной, жидкой и твердой. Это один из признаков, которым руководствуются при оценке возможности жизни подобной земной на других космических телах – зоны обитаемости или «Златовласки». Находясь вблизи точки плавления, вода играет огромную роль в образовании земного рельефа. С другими космическими телами это не так.

Название обитаемой зоны «Зона Златовласки» (Goldilocks Zone) проистекает из названия английской сказки «Goldilocks and the Three Bears» (Три медведя) где Златовласка пыталась воспользоваться несколькими наборами из трёх однородных предметов. Каждый раз один из предметов оказывался неподходящим ей – то слишком большим, твёрдым или горячим, другой – слишком маленьким, мягким и холодным, но третий набор удовлетворил её полностью. Для того чтобы оказаться в обитаемой зоне, планета не должна находиться слишком далеко от звезды, ни слишком близко к ней, что бы вода могла находиться в жидком состоянии, а атмосфера быть благоприятной для кислородной формы жизни.

Планеты Солнечной системы подразделяются на две группы. Первая, это планеты земного типа: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Для них характерны относительно небольшие размеры, малое количество спутников и твёрдое состояние. В основном они состоят из силикатов и железа. Остальные, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун это планеты-гиганты. Они не похожи на Землю и, в основном, образованы из газообразного водорода и гелия. О происходящих на них процессах почти ничего не известно.

Даже по отношению к Земле находящаяся на её орбите группировка из почти двух тысяч спутников не в состоянии вести непрерывный мониторинг её поверхности. Имеющиеся видеоролики о Солнце и других планетах смонтированы из множества разнесённых между собой на значительные временные интервалы фотоскринов. Также необходимо отметить, что большинство спутников не предназначены для научных исследований, и только немногие из них оснащены оборудованием для научных работ.

Казалось бы, что астрономические наблюдения с Земли способны решить проблему, однако это не так. Несмотря на высокую чувствительность и возможность непрерывной фиксации наблюдаемых явлений телескопы различного назначения не позволяют добиться достаточной пространственно-временной детальности для наблюдения протекающих на поверхности космических объектов процессов и явлений.

Несмотря на красочные и уникальные фотографии американского телескопа «Hubble» далёких галактик он не способен рассмотреть небольшие объекты на лунной поверхности типа советского Лунохода. Поэтому фотографий или видеозаписей динамических процессов, включая падение даже крупных астероидов, на космических телах практически нет или об этом судят по оставшимся после них следам на поверхности.

Важно и то, что в ходе космических миссий собирается огромный объём данных. Для его изучения и анализа нужны время, средства и компетентные специалисты обладающими обширными знаниями в области астрономии, геофизики, геологии, неогеографии, физики и др. Они должны владеть информационными технологиями, навыками математической обработки больших данных и многим другим. Поэтому сообщения о совершённых открытиях появляются спустя годы после завершения космических миссий.

Вопрос ещё в том насколько подобные исследования востребованы обществом. Полёты на МКС стали рутиной, мягкая посадка «Philae» на комету Чурюмова-Герасименко только на несколько часов перебила по популярности интернет-повседневность и т. п. Тем не менее, несмотря на всю сложность внеземных исследований, изучение небесных тел имеет принципиальное значение для понимания геологических процессов происходивших на Земле и её будущей судьбы.

В этой связи в 1968 году учёный и писатель Иван Ефремов отметил: «К физическим исследованиям Земли как планеты, небесного тела примыкает астрофизика. Изучение развития разновозрастных планет, звёзд, метеоритов даёт нам возможность в известной мере восстановить ту часть истории Земли, которая не записана в геологической летописи – слоях земной коры и относится к эпохе начального образования Земли».

Достижения в области информационных технологий и компьютерной визуализации превратили результаты научных исследований в увлекательное шоу, рождая ощущение всемогущества человека в космосе. Тем не менее, это всего лишь булавочные уколы в полотно Вселенной. В ней как и в Солнечной системе надёжных установленных фактов в миллиарды миллиардов меньше того что происходит в реальности.

Меркурий. Это одна из самых малоизученных и самая близкая к Солнцу планета. В 2011—2015 годах на орбите Меркурия находился аппарат NASA «Messenger» (2004). В 1974—1975 годах около планеты три раза пролетал другой американский зонд «Mariner 10» (1973). Целью этой миссии было исследование Венеры и Меркурия с пролётной траектории.

У Меркурия имеется крайне разрежённая газовая оболочка из гелия и собственное магнитное поле. Примерно до 0,7 массы планеты это большое железное ядро радиусом 1,8 тыс. км. Суммарная толщина мантии и коры составляет примерно 800 километров. На планете обнаружены следы по геологическим меркам недавней вулканической активности.

После приобретения сферической формы примерно 4,6 млрд. лет назад начался процесс остывания Меркурия и его объём уменьшился. Из-за этого внешняя каменная оболочка, остывшая быстрее, чем внутренние части планеты начала сжиматься. Это привело к растрескиванию коры планеты и наползанию одного края трещин на другой с формированием чешуйчатой поверхности, когда один слой пород надвинут на другой.

Следы этих движений отчетливо видны на поверхности Меркурия в виде уступов протяженностью в сотни километров и высотой в несколько километров извилистой формы. Лежащий сверху слой похож на застывшую каменную волну.

Поверхность Меркурия, как и спутника Земли – Луны, покрыта многочисленными ударными кратерами. Их число и сохранность свидетельствует о слабом влиянии эндогенных и тектонических процессов на современные ландшафты планеты. Поэтому, следы астероидной и метеоритных бомбардировок относительно хорошо сохранились.

Кратеры на Меркурии варьируют от маленьких впадин, имеющих форму чаши, до многокольцевых ударных кратеров поперечником в сотни километров. Крупнейший на планете ударный кратер это равнина Caloris Planitia (Равнина Жары) заполненный лавой. Его размеры 1525 х 1315 км, а столкнувшееся с Меркурием космическое тело было диаметром не менее ста километров.

Подобно Луне и внутренним планетам Солнечной системы на ранних этапах своего формирования Меркурий обладал поверхностью из жидкой магмы. Из-за этого более лёгкий графит накопился в его первоначальной коре, а потом оказался под вулканическими породами. При метеоритных и астероидных ударах графит выбивается из кратеров с образованием тёмных пятен на поверхности планеты.

Венера. Исследование этой планеты позволяет совершить путешествие в прошлое Земли. Масса Венеры составляет 81% от земной при сопоставимом диаметре в 12 тыс. км. Она раскалена, и средняя температура на поверхности планеты составляет +460 градусов Цельсия с небольшими суточными колебаниями.

Плотная раскалённая атмосфера с облаками из серной кислоты не позволяет вести наблюдения её поверхности в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Поэтому используются методы радарной съёмки в радио – и микроволновом диапазонах и, частично, в инфракрасной области спектра. Поэтому сравнительно с Марсом о строении поверхности Венеры известно мало.