Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра - Борис Шустов

Spacewatch Project. Исторически первый специализированный обзорный телескоп с апертурой 0,9 м установлен на обсерватории Стьюарда Аризонского университета на горе Китт Пик, штат Аризона, США (http://spacewatch.lpl.arizona.edu/). В настоящее время в проекте используются два телескопа диаметром 0,9 м и 1,8 м. Доступная видимая звездная величина составляет 21,7m и 23,5m соответственно. На телескопе с зеркалом 0,9 м устанавливаются два приемника излучения (ПЗС-камеры). Один — на основе мозаики из четырех ПЗС-матриц размером 4608 × 2048 пиксел каждая, второй — на основе одиночной ПЗС-матрицы размером 2048 × 2048 пиксел. Поле зрения первой системы — 2,9 кв. град., второй — примерно 0,1 кв. град. На телескопе 1,8 м установлена ПЗС-камера с матрицей 2048 × 2048 пиксел и полем зрения примерно 20′ × 20′. За время существования проекта открыто 604 АСЗ, из них 42 имеют диаметр более 1 км.

Таблица 6.1. Современные оптические средства наблюдений АСЗ

Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) Project

http://www.ll.mit.edu/LINEAR/ Эта программа внесла наибольший вклад в осуществление обзора «Космическая стража». Одной из ее целей была демонстрация возможностей использования инструментов и технологий, первоначально разработанных для слежения за ИСЗ, для обнаружения и каталогизации ОСЗ. Финансируется Военно-воздушными силами США и НАСА. Используются два типовых 1-м телескопа, расположенных на полигоне в Нью-Мексико. Доступная видимая звездная величина составляет 22m. В качестве приемника излучения используется ПЗС-матрица 1960 × 2560 пиксел. Поле зрения 1,2° × 1,2°. Открыто 2120 АСЗ, 322 из которых имеют диаметр более 1 км.

Lowell Observatory Near-Earth Object Search (LONEOS)

http://asteroid.lowell.edu/asteroid/loneos/loneos1.html На Лоувелловской обсерватории, расположенной во Флагстаффе (штат Аризона), установлен специализированный 58-см телескоп Шмидта для обнаружения АСЗ. В качестве приемника излучения используется ПЗС-камера с матрицей 4096 × 4096 пиксел. Поле зрения 2,9° × 2,9°, проницающая способность 20m. Открыто 39 АСЗ с размерами более 1 км.

Near-Earth Asteroid Tracking (NEAT) Project

http://neat.jpl.nasa.gov/ На обсерваториях Мауи (Гавайи) и Паломар (Калифорния) установлены два одинаковых телескопа (диаметром 1,2 м каждый). Телескоп на Паломарской обсерватории в качестве приемника излучения использует установленные в ряд три ПЗС-камеры с матрицами 4096 × 4096 пиксел и полем зрения 1,2 кв. град. каждая, общее поле зрения составляет соотвественно 3,6 кв. град. Доступная видимая звездная величина 22m. Телескоп введен в строй в 1999 г. Телескоп на Мауи (http://neat.jpl.nasa.gov/msss.htm) действует с 2000 г. На нем установлена одиночная ПЗС-камера с матрицей 4096 × 4096 пиксел и полем зрения 1,2° × 1,6°. Доступная звездная величина около 22m. На этих двух инструментах открыто 440 астероидов, 67 из которых имеют диаметр более 1 км.

Catalina Sky Survey (CSS) http://www.lpl.arizona.edu/css/css_facilities.html

CSS в настоящее время объединяет три сотрудничающие между собой проекта: первоначальный Catalina Sky Survey (CSS) (Маунт Бигелоу, штат Аризона), Siding Springs Survey (SSS) (обсерватория Сайдинг Спринг, Австралия) и Mount Lemmon Survey (MLS) (Маунт Леммон, штат Аризона).

На обсерватории в Маунт Бигелоу используется телескоп системы Шмидта с диаметром объектива 68 см, в обсерватории Маунт Леммон (штат Аризона) — аналогичный телескоп диаметром 1,5 м. Основным обзорным инструментом обсерватории Сайдинг Спринг в Австралии служит 0,5-м телескоп. На этом телескопе установлена ПЗС-камера с матрицей 4096 × 4096 пиксел. Общее поле зрения 1,2°× 1,2°. Доступны для наблюдения звезды до 22m. Этот проект в настоящее время дает наибольшее число открытий новых АСЗ.

Вклад других проектов в осуществление обзора «Космическая стража» весьма невелик. Укажем дополнительно на следующие два проекта.

Japanese Spaceguard Association (JSGA), Bisei Center, Japan http://www.spaceguard.or.jp/ja/e_index.html Используется 1-м телескоп Кассегрена с полем зрения 2,5° × 3,0°. Вводится в строй мозаика из десяти ПЗС-матриц размером 2096 × 4096 пиксел, увеличивающая поле зрения до 9 кв. град. Для слежения за известными телами используется полуметровый телескоп с полем зрения 2° × 2°. Это быстроразвивающийся и перспективный центр слежения за АСЗ.

Asiago-DLR Asteroid Survey (ADAS), Asiago Cima Ekar, Italy http://planet.pd.astro.it/planets/adas/index.html Это международная европейская программа, работающая в Италии с 2001 г. Используется 0,6-м телескоп Шмидта с ПЗС-матрицей размером 4096 × 4096 пиксел.

Представление о количестве наблюдений объектов, полученных на некоторых из указанных выше обсерваторий, и о точности определения их координат дает табл. 6.2, составленная по данным, приведенным на сайте http://accuracy.puldb.ru.

Общее число известных к настоящему времени астероидов, сближающихся с Землей, составляет около 7000. Напомним, что среди АСЗ особо выделяют потенциально опасные астероиды (ПОА), чьи орбиты сближаются с орбитой Земли до расстояний не более 0,05 а.е. К этому требованию обычно присоединяют условие, что абсолютная звездная величина таких тел не должна превышать 22m. Это соответствует размеру тел не менее примерно 140 м. Потенциально опасные астероиды требуют особенного внимания и постоянного отслеживания изменений их орбит. Среди АСЗ в настоящее время (по состоянию на 1 июня 2010 г.) известно 1125 ПОА, в том числе 145 с размерами, превышающими 1 км. Потенциально опасных тел среди всех АСЗ примерно 20 %, причем это соотношение сохраняется как для крупных тел, так и для мелких.

Таким образом, следующим шагом в изучении популяции потенциально опасных для Земли небесных тел является задача массового обнаружения объектов с размерами более 100 м. Для того чтобы обеспечить массовость обнаружения и выполнение задачи каталогизации 90 % тел с размерами свыше 100 м, необходимо построить телескопы обнаружения с проницающей способностью не хуже 24m и включить в программы мониторинга многие традиционные астрономические телескопы. Подробнее о перспективных средствах обнаружения таких тел см. в разделе 6.2.

Обработка всей поступающей информации о наблюденных положениях объектов, присвоение объектам предварительных обозначений, идентификация объектов, определение предварительных орбит и их последующее уточнение в настоящее время полностью выполняются Центром малых планет (ЦМП, Кембридж, штат Массачусетс) Международного астрономического союза (http://cfa-www.harvard.edu/iau/mpc.html). Центр также публикует информацию об объектах, которые нуждаются в дополнительных наблюдениях для подтверждения их открытия, уточнения орбит и других характеристик.

Таблица 6.2. Количество и точность наблюдений астероидов для обсерваторий, которые пронаблюдали в январе 2009 г. более 100 астероидов (http://accuracy.puldb.ru/)

Примечание. Некоторые несовпадения данных (диаметров телескопов) в табл. 6.1 и 6.2 связаны с тем, что иногда используется диаметр главного зеркала, а иногда — диаметр входного зрачка.

Большая часть этой работы выполняется любителями астрономии, проводящими наблюдения на профессиональном уровне.

Прогнозирование движения потенциально опасных объектов, поиск их тесных сближений с Землей и получение оценки вероятности столкновений на протяжении ближайших десятилетий регулярно осуществляется в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института, США (http://neo.jpl.nasa.gov/risk/) и в Пизанском университете, Италия (http://newton.dm.unipi.it/neodys/).

6.2. Условия наблюдений и требования к перспективным наблюдательным системам

Рассмотрим подробнее условия наблюдений и требования к современным и будущим системам наблюдений.

Для осуществления мероприятий по защите Земли от столкновений с астероидами система наблюдений должна обнаруживать опасные объекты, когда они находятся еще на достаточно большом расстоянии от Земли.

Условия видимости астероида P на геоцентрической небесной сфере зависят от расстояний r (Солнце — астероид) и Δ (Земля — астероид), а также от величины угла ψ между направлениями Земля — Солнце и Земля — астероид, называемого элонгацией астероида, и угла φ между направлениями астероид — Земля и астероид — Солнце (угла фазы). Наилучшие условия видимости с Земли для внешнего астероида имеют место в оппозиции (при ψ, близком к 180°), а для внутреннего — в случае, когда элонгация астероида максимальна (ψ от 60° до 90°) (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Взаимное расположение наблюдаемого астероида P и Земли E относительно

Солнца S в двух характерных случаях: a — для внешнего астероида (r > R) и б — для внутреннего (r < R)

Видимая звездная величина астероида m зависит от его поперечного размера d, отражательной способности его поверхности (альбедо) γ, расстояния от астероида до Солнца и Земли, а также от фазы следующим образом: