Потенційно небезпечні астрономічні об'єкти

Астероїд 99942 Апофіс, небезпека якого невдовзі після відкриття 2004 року була оцінена в рекордні 4 бали за Туринською шкалою (згодом знижено до 1, а потім — і до 0 балів)

Потенційно небезпечний астрономічний об'єкт (ПНАО) — космічний об'єкт (астероїд чи комета), що може наближатися до Землі на потенційно небезпечну відстань (0,05 a. o.) і має достатньо великі розміри понад 492 фути (150 м) для того, щоб зіткнення завдало значної шкоди. Переважна більшість відомих наразі ПНАО — астероїди, також наявна невелика кількість комет.

Потенційна небезпека того чи іншого об'єкта оцінюється за двома системами — шкалою Торіно та шкалою Палермо. Що більша ймовірність зіткнення із Землею, а також що більша енергія зіткнення, то вищі будуть показники за обома системами оцінки. При цьому в розрахунках енергії зіткнення радіус об'єкта оцінюють, виходячи з його стандартної зоряної величини, оскільки розрахувати точний розмір астероїда чи комети дуже складно. Умовною межею для того, щоб вважати об'єкт небезпечним для людства, є діаметр не менше 140 метрів, хоча навіть менші об'єкти при зіткненні із Землею можуть завдати суттєвої місцевої шкоди. Станом на 2023 рік відомо декілька тисяч ПНАО, і ця кількість поступово зростає у зв'язку з безперервним вдосконаленням астрономічних інструментів. Разом із дослідженням та каталогізацією потенційно небезпечних об'єктів вчені розробляють методи захисту від зіткнення.

Тема ПНАО є дуже популярною в культурі. Існують десятки фільмів та мультфільмів, книг, декілька ігор, величезна кількість науково-популярних відео та статей, а також безліч клікбейтних новин. Здебільшого в них зображуються саме наслідки зіткнення з відносно великим астероїдом або кометою. При цьому для переважної більшості ПНАО ймовірність зіткнення значно менша 0,1 %, а для деяких об'єктів лежить в діапазоні 10⁻⁸…10⁻¹⁰, тобто менше мільйонної частки відсотка.

Загальне визначення

Об'єкт вважається потенційно небезпечним, якщо його мінімальна міжорбітальна відстань (Шаблон:Lang-en) відносно Землі становить менше 0,05 а. о. (7 500 000 км, або приблизно 19,5 відстаней до Місяця) і його стандартна зоряна величина менша за 22, що приблизно відповідає діаметру близько 140 метрів. Цього достатньо, щоб у разі зіткнення із Землею спричинити безпрецедентне в історії людства регіональне спустошення людських поселень або потужне цунамі у разі зіткнення з океаном. Подібні удари відбуваються в середньому приблизно раз на 10 000 років.

Згідно з даними NEOWISE, на 2012 рік існувало 4700 ± 1500 потенційно небезпечних астероїдів діаметром понад 100 метрів. Вчені оцінюють, що станом на 2012 рік було виявлено від 20 до 30 % об'єктів подібного розміру. Астероїди діаметром понад 35 метрів також можуть становити значну загрозу — наприклад, у випадку падіння на місто, і їх чисельність постійно зростає.

Можливі наслідки зіткнення

Художня ілюстрація зіткнення масивного астероїда з Землею.

Діаметри більшості малих астероїдів невідомі й оцінюються на основі їх яскравості та відстані. Програма NEAT (Шаблон:Lang-en — «Програма спостереження за навколоземними астероїдами») класифікувала об'єкти як потенційно небезпечні, якщо їхня стандартна зоряна величина становить 22,0 або менше (яскравіше). Для визначення розміру об'єкта з відомою стандартною зоряною величиною необхідно також знати його альбедо, однак і цей параметр зазвичай є невідомим. Програма NEO покладала альбедо рівним 0,14, що дає нижню межу розміру — 140 м. Станом на січень 2009 року НАСА нарахувало 997 потенційно небезпечних астероїдів і 93 комети, що зближуються із Землею. Загальна кількість відомих таких об'єктів у Сонячній системі продовжує зростати. Станом на 16 травня 2023 року виявлено вже 2236 потенційно небезпечних астероїдів (з яких 151 — діаметром понад 1 км) та 121 комету. Кожен із виявлених об'єктів вивчався з допомогою різноманітних приладів, включаючи телескопи, радари та інфрачервоні камери, для встановлення їхніх характеристик, включаючи розмір, склад, період обертання навколо власної осі, та точнішу орбіту. У цих дослідженнях брали участь як професійні астрономи, так і аматори.

Трек від польоту Челябінського метеорита, 15 лютого 2013 року.

Під час зближень астероїдів та комет із планетами або великими супутниками планет, їх гравітаційна взаємодія стає достатньо значною та суттєво змінює орбіту об'єкта. Тому після подібної взаємодії астероїди можуть перейти зі списку ПНАО в список безпечних або навпаки.

2005 року Конгрес США поставив перед НАСА завдання виявити до 2020 року 90 % всіх об'єктів, що зближуються з Землею та мають розмір понад 140 метрів. Однак і об'єкти меншого розміру можуть завдати суттєвої шкоди — Тунгуську катастрофу викликало падіння об'єкта розміром 50—80 метрів, а метеорит, що вибухнув поблизу Челябінська, мав розміри близько 15—20 метрів.

Методи уникнення зіткнення з ПНАО

Шаблон:Докладніше Згідно з результатами досліджень із комп'ютерним моделюванням, опублікованих у 2021 році вченими НАСА, підготовка до зміни траєкторії та уникнення зіткнення з потенційно небезпечним астероїдами може потребувати від 5 до 10 років, саме тому критично важливо заздалегідь виявляти подібні об'єкти та дуже точно розраховувати їх орбіти.

Наразі існує багато потенційних методів захисту від загрози зіткнення, однак жоден із них не був протестований в умовах реальної або потенційної загрози. Усі методи можна поділити на дві стратегії запобігання: зміна траєкторії та руйнація. Зміна траєкторії астероїда в просторі призводить до збільшення міжорбітальної відстані, а руйнація полягає у фізичному знищенні та фрагментації астероїда задля розсіювання уламків й уникнення зіткнення з поверхнею Землі переважної більшості з них. Усі методи уникнення зіткнення з ПНАО працюють виключно в комплексі з ефективною системою раннього виявлення та попередження.

Серед запропонованих станом на 2023 рік методів єШаблон:Джерело?:

• Ядерний вибуховий пристрій.
• Кінетичний таран.
• Астероїдний гравітаційний трактор.
• Іонний промінь.
• Використання сфокусованої сонячної енергії.
• Електромагнітна катапульта.
• Хімічні ракетні двигуни.
• Інші методи.

Класифікація

Для класифікації небезпеки зіткнення Землі з астероїдами розроблено спеціальні шкали. Дві основні — це Палермська шкала і Туринська шкала. За всю історію ведення Туринської шкали найбільший рівень небезпеки (чотири) було призначено астероїду 99942 Апофіс, однак подальші точніші обчислення знизили оцінку рівня його небезпеки: спочатку до одиниці, а потім — до нуля.

Рівні небезпеки

Шкала Торіно

Обидві шкали є логарифмічними і враховують кінетичну енергію потенційного зіткнення астероїда із Землею, а також його ймовірність. Між цими шкалами є певна відмінність, однак є і дещо спільне: що масивніший астероїд та що швидше він рухається відносно Землі в момент потенційного зіткнення, а також що вища ймовірність такого зіткнення, то вищу оцінку він має за обома шкалами. Відносно малі астероїди, діаметром до метра, не несуть загрози незалежно від імовірності зіткнення, оскільки вони руйнуються в атмосфері. Основна відмінність полягає в тому, що шкала Палермо — неперервна, а шкала Торіно — дискретна й містить усього 11 значень.

Значення за шкалою Палермо розраховуються за формулою:

$R=\frac{P_I}{0,03E^{-4/5}\mathrm{\Delta }T}$, де

$P_I$ — імовірність зіткнення;

Кількість відомих навколоземних об'єктів, знайдених різними інструментами починаючи з 1995 року. У цей перелік також входять усі ПНАО, відкриті у відповідні роки.

$E$ — енергія тіла, що падає, в мегатоннах;

$\mathrm{\Delta }T$ — час до зіткнення в роках.

Значення шкали Торіно — від 0 до 10, де 0 позначає астероїди, які не несуть загрози людству, а 10 — зіткнення дуже ймовірне або навіть невідворотне й несе глобальну загрозу. Ця система подібна до системи оцінки сили землетрусів за шкалою Ріхтера.

Потенційно небезпечні комети

Список комет, для яких мінімальна міжорбітальна відстань менша 0,05 а. о. (~7,5 млн км).

• Комета Свіфта — Туттля
• Комета Темпеля — Туттля
• Шаблон:Не перекладено
• Шаблон:Не перекладено
• Шаблон:Не перекладено
• 21P/Джакобіні — Ціннера
• Шаблон:Не перекладено

Статистика

Шаблон:Image frame Шаблон:Image frameУ зв'язку з покращенням методів спостереження, майже всі подібні об'єкти вже виявлено, тому темп зростання їх кількості значно сповільнився.

Розрахунок розміру

Фотометричні знімки астероїда 3200 Фаетон.

Будь-який астероїд розміром від 35 метрів несе потенційну загрозу, оскільки він може завдати суттєвої шкоди містам. Однак визначити діаметр переважної більшості астероїдів дуже складно і це здебільшого виходить зі значними похибками, оскільки базується на вимірюваннях яскравості, відстані та альбедо, кожне з яких має свою похибку. Тому НАСА та Лабораторія реактивного руху як загальноприйнятий критерій обрали стандартну зоряну величину, яка має бути меншою за 22^H. Астероїди з такою величиною мають достатній розмір, щоб заподіяти шкоду при зіткненні із Землею. Альбедо припускається рівним 0,14. У травні 2016 року були поставлені під сумнів розрахунки місій WISE та NEOWISE. Однак у подальших дослідженнях, опублікованих в рецензованих журналах, гіпотеза про некоректність розрахунків не була підтверджена.

Найбільші ПНАО

Модель астероїда 1620 Географ.

Астероїд 4179 Тоутатіс, 3D-модель.

Умовні скорочення:

• РВ — рік відкриття
• КО — код обсерваторії, яка зробила відкриття
• H — стандартна зоряна величина
• D — діаметр астероїда, км
• Група — належність до однієї з трьох груп навколоземних астероїдів: Аполлона, Атона, Амура
• a — велика піввісь орбіти, а. о.
• e — ексцентриситет орбіти, 1
• i — кут нахилу орбіти, °
• q — відстань у перигелії, а. о.
• Q — відстань в афелії, а. о.
• ММО — мінімальна міжорбітальна відстань, а. о.

Назва	Відкриття			H	D	Параметри орбіти
	РВ	КО	Першовікривач			Група	a	e	i	q	Q	ММО
(4953) 1990 MU	1990	413	Роберт Макнот	14,1	3	Аполлона	1,621	0,658	24,4	0,555	2,687	0,02640
3122 Флоренс	1981	413	Шелте Джон Бас	14,1	5	Амура	1,769	0,423	22,2	1,020	2,518	0,04430
Шаблон:Не перекладено	1998	704	LINEAR	14,3	4	Аполлона	2,203	0,858	17,5	0,313	4,093	0,01443
Шаблон:Не перекладено	1959	074	Куно Гоффмайстер	14,4	4	Аполлона	1,982	0,634	6,7	0,725	3,240	0,02825
3200 Фаетон	1983	500	IRAS	14,6	5,8	Аполлона	1,271	0,890	22,3	0,140	2,402	0,01945
Шаблон:Не перекладено	2004	E12	Огляд Сайдінг-Спрінг	14,7	3	Аполлона	1,084	0,477	37,0	0,567	1,601	0,04686
Шаблон:Не перекладено	2002	704	LINEAR	14,9	3,1	Амура	2,077	0,507	43,7	1,023	3,131	0,02767
Шаблон:Li	1999	704	LINEAR	15,1	2,9	Аполлона	2,448	0,610	39,2	0,955	3,942	0,01787
Шаблон:Не перекладено	2001	704	LINEAR	15,2	3	Аполлона	1,754	0,439	42,0	0,983	2,524	0,02934
Шаблон:Не перекладено	1999	704	LINEAR	15,2	7	Аполлона	2,726	0,641	13,8	0,978	4,474	0,02346
Шаблон:Не перекладено	1973	675	Чарльз Томас Коваль	15,2	2	Аполлона	1,776	0,650	39,8	0,621	2,931	0,00449
Шаблон:Не перекладено	1947	690	Генрі Лі Джиклас	15,25	2,1	Аполлона	2,175	0,713	2,5	0,624	3,726	0,00305
Шаблон:Не перекладено	2002	644	NEAT	15,3	2,2	Аполлона	2,134	0,576	8,9	0,904	3,363	0,03010
4179 Тоутатіс	1989	010	Крістіан Поллас	15,30	2,5	Аполлона	2,536	0,629	0,4	0,940	4,132	0,00615
Шаблон:Не перекладено	2004	704	LINEAR	15,4	3	Аполлона	2,264	0,593	23,1	0,920	3,607	0,01682
Шаблон:Не перекладено	1998	704	LINEAR	15,6	3,5	Аполлона	1,924	0,639	10,8	0,694	3,154	0,00234
Шаблон:Не перекладено	1987	071	Ерік Вальтер Ельст Владимир Шкводров	15,6	2	Аполлона	2,200	0,663	3,0	0,742	3,658	0,04626
1620 Географ	1951	675	Альберт Джордж Вільсон Рудольф Мінковський	15,60	2,5	Аполлона	1,245	0,335	13,3	0,828	1,663	0,03007
Шаблон:Не перекладено	2011	703	CSS	15,7	2,5	Аполлона	2,122	0,653	34,9	0,736	3,509	0,01925
Шаблон:Li	2003	699	LONEOS	15,7	2,5	Амура	2,231	0,541	39,6	1,024	3,438	0,00956
Шаблон:Не перекладено	1999	699	LONEOS	15,8	2	Аполлона	1,962	0,492	5,3	0,996	2,927	0,02115
(52768) 1998 OR2	1998	566	NEAT	15,8	2	Аполлона	2,380	0,573	5,9	1,017	3,743	0,01573

Найяскравіші ПНАО для земного спостерігача

3D-ілюстрація навколоземних та потенційно небезпечних астероїдів.

Номер	Рік відкриття	Стандартна зоряна величина
4179 Тоутатіс	1989	15,3
(4953) 1990 MU	1990	14,9
Шаблон:Не перекладено	1991	17,0
Шаблон:Не перекладено	1992	17,2
(39572) 1993 DQ1	1993	16,6
(7482) 1994 PC1	1994	16,7
(243566) 1995 SA	1995	17,4
(8566) 1996 EN	1996	16,3
Шаблон:Не перекладено	1997	17,0
Шаблон:Не перекладено	1998	14,4
Шаблон:Li	1999	15,3
Шаблон:Li	2000	16,0
Шаблон:Не перекладено	2001	15,3
Шаблон:Не перекладено	2002	15,0
Шаблон:Li	2003	15,7
Шаблон:Не перекладено	2004	14,6
Шаблон:Не перекладено	2005	16,3
Шаблон:Li	2006	16,7
Шаблон:Не перекладено	2007	16,5
(294739) 2008 CM	2008	17,1
(523630) 2009 OG	2009	16,2
(458122) 2010 EW45	2010	17,6
Шаблон:Не перекладено	2011	15,9
2012 HJ1	2012	17,9
(507716) 2013 UP8	2013	16,4
(533671) 2014 LJ21	2014	16,1
2015 HY116	2015	17,6
2016 CB194	2016	17,6
2017 CH1	2017	17,9
2018 XV5	2018	17,7
2019 RU3	2019	18,1
Шаблон:Не перекладено	2020	17,7
2021 HK12	2021	17,7
Шаблон:Не перекладено	2022	17,3

ПНАО в культурі

Потенційно небезпечні астрономічні об'єкти та сприйняття постійної небезпеки, якій складно або неможливо протидіяти, міцно вкорінилися в людській культурі. З часом це призвело до появи величезної кількості фільмів, книг, а також певної кількості комп'ютерних ігор, здебільшого браузерних симуляторів, розроблених науковцями.

Фільми

Шаблон:Докладніше Існує щонайменше декілька десятків фільмів та серіалів про зіткнення ПНАО із Землею. Деякі з них, переважно документальні, присвячені давнім зіткненням. Наприклад, існує низка фільмів, присвячених астероїду, який утворив кратер Чискулуб і був ймовірною причиною вимирання динозаврів. Однак більшість фільмів є науково-фантастичними та/або фільмами-катастрофами і зображують зіткнення, яке відбувається в сучасності або в недалекому майбутньому. Також є декілька мультфільмів, які зображають ризик зіткнення з астероїдом або наслідки самого зіткнення.

У списку нижче наведено лише деякі з численних фільмів про зіткнення з ПНАО.

• Армагеддон — найкасовіший фільм 1998 року, який зібрав 553,7 млн дол.
• 65 (2023)
• Не дивіться вгору (2021)
• Анігіляція (2018)
• Падіння Місяця (2022)
• Життя (2017)
• Зіткнення з безоднею (1998)
• Повернення Супермена (2006)
• Льодовиковий період: Курс на зіткнення (2016)
• Барва з позамежжя світу (2019)
• Шаблон:Не перекладено (1979)
• Космічні чистильники (2021)
• Дикі предки (2018)
• Шаблон:Не перекладено (2010)

Комп'ютерні ігри

Кількість комп'ютерних ігор про зіткнення з ПНАО є значно меншою за кількість фільмів аналогічної тематики, оскільки серед тем пов'язаних з астероїдами, більш популярним станом на 2023 є видобуток ресурсів. Деякі ігри, присвячені симуляції наслідків зіткнення, були розроблені вченими та можуть використовуватися для наукового математично моделювання. Прикладами ігор цього жанру є:

• Asteroid Impact Survival студії True Games
• Asteroid Launcher — браузерна гра від розробника neal.fun
• Solar System Collisions — браузерна гра-симулятор, розроблена професором Дугласом Гамільтоном.
• Killer Asteroids — браузерна гра-симулятор, розроблена Space Science Institute.

Новини

Шаблон:Докладніше У ЗМІ регулярно з'являються новини, у яких фігурує «дуже небезпечний астероїд, що наближається до Землі». Здебільшого такі новини супроводжуються клікбейтними заголовками та зображеннями зіткнення астероїда або іншого астрономічного об'єкта із Землею.

Згідно з оцінками науковців, подібні гучні новини не є коректними. Моніторингом подібних об'єктів займаються декілька великих астрономічних організацій, зокрема ЄКА (координаційний центр навколоземних об'єктів, Шаблон:Lang-en) та Лабораторія реактивного руху (центр вивчення навколоземних об'єктів, Шаблон:Lang-en, програма Шаблон:Нп). Обидві організації займаються пошуком, вивченням, каталогізацією ПНАО та оцінками ризиків. Списки відомих потенційно небезпечних об'єктів регулярно оновлюються. Ці спостережні програми передбачили зіткнення з кількома дрібними об'єктами (розміром до 10 метрів), які не становили загрози (2022 WJ₁, 2014 AA, 2008 TC₃). Цей процес дуже динамічний, наприклад, до спостережень за об'єктом 2023 CX₁, виявленим за сім годин до зіткнення із Землею, було залучено понад 300 обсерваторій. Дослідники Шаблон:Джерело?, так само, як і проводять спостереження вже відкритих.

Майже всі з цих об'єктів мають нульовий показник за шкалою Торіно. Іноді нещодавно відкриті об'єкти отримують рівень ризику 1 або більше, однак протягом короткого проміжку часу параметри орбіти уточнюють, й оцінку ризику зменшують до нуля. Відповідно, імовірність зіткнення з небезпечним об'єктом у короткостроковій перспективі є вкрай низькою. Однак у довгостроковій перспективі (у проміжку 100—1000 років) ситуація може суттєво змінитися через непередбачувані зміни параметрів орбіт астероїдів внаслідок гравітаційного впливу інших тіл Сонячної системи. Для переважної більшості ПНАО ймовірність зіткнення є нехтовно малою, типові значення лежить в діапазоні 10⁻³…10⁻⁶, а для деяких об'єктів — 10⁻⁸…10⁻¹⁰, тобто менше мільйонної долі відсотка. Лише декілька невеликих астероїдів (діаметром менше 10 метрів) мають імовірність зіткнення більше 1 %.

Науково-популярні відео на YouTube

• «День, коли загинули динозаври: хвилина за хвилиною» — Шаблон:YouTube
• Порівняння зіткнення з різними астероїдами — Шаблон:YouTube
• Потенційно небезпечні об'єкти, науково-популярний аналіз проблеми — Шаблон:YouTube

Див. також

• Зіткнення космічних тіл
• Списки унікальних астероїдів
• Список астрономічних об'єктів
• Космічне сміття

Посилання

• Sentry Risk Table (current) Шаблон:Webarchive by NEO Program Шаблон:Ref-en
• List of the Potentially Hazardous Asteroids (PHAs) Шаблон:Webarchive Шаблон:Ref-en
• Very Close Approaches (<0,01 A.U.) of PHAs to Earth 1800—2200 Шаблон:Webarchive Шаблон:Ref-en
• TECA Table of Asteroids Next Closest Approaches to the Earth Шаблон:Webarchive Шаблон:Ref-en
• MBPL — Minor Body Priority List (PHA Asteroids) Шаблон:Webarchive Шаблон:Ref-en
• Найнебезпечніші для Землі астероїди Шаблон:Ref-ru