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

В течение ближайших трех дней после повторного открытия астероида сразу две автоматические системы SENTRY в США и CLOMON 2 в Италии нашли, что астероид будет иметь очень тесное сближение с Землей 13 апреля 2029 г. Первоначальные оценки вероятности его столкновения с Землей в 2029 г. составляли около одной трехсотой, причем по мере увеличения числа используемых для уточнения орбиты наблюдений вероятность столкновения только возрастала. К 26 декабря по 169 наблюдениям вероятность оценивалась уже как 2,2 %, а к 27 декабря по 176 наблюдениям — как 3,3 %. Напряженность ситуации нарастала. Столкновение Земли с астероидом таких размеров угрожало региональной катастрофой.

К счастью, к вечеру 27 декабря в обсерватории Китт Пик были обнаружены шесть слабых изображений астероида 2004 MN4, полученных по иной программе наблюдений в марте 2004 г. и ранее остававшихся незамеченными. Расширение интервала времени, охваченного наблюдениями, позволило значительно увеличить точность предсказаний и по существу исключить возможность столкновения Земли с данным астероидом в 2029 г. Тем не менее, астероид продолжал интенсивно наблюдаться. В конце января 2005 г. в радиообсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико) была проведена серия из пяти радиолокационных наблюдений астероида, позволивших существенно уточнить элементы его орбиты и с большей достоверностью прогнозировать его движение в будущем. Еще два радарных наблюдения астероида были выполнены 7 августа 2005 г. и 6 мая 2006 г. Всего на интервале с 15 марта 2004 г. по 16 августа 2006 г., по данным Центра малых планет, было выполнено 996 наблюдений, в том числе 989 наблюдений прямого восхождения и склонения и семь радарных наблюдений: два наблюдения запаздывания отраженного сигнала и пять наблюдений доплеровского сдвига частоты (http://ssd.jpl.nasa.gov/?radar).

Как оказалось, астероид пройдет мимо Земли 13 апреля 2029 г. на расстоянии даже меньшем, чем это ранее предполагалось: от центра Земли оно составит немного более 38 000 км — меньше высоты полета геостационарных спутников. На ночной половине Земли астероид можно будет наблюдать как звезду 3,3m. Для землян столь близкое прохождение небесного тела само по себе мало чем опасно. Однако опасными могут оказаться его последствия. Для астероида сближение с Землей обернется большим или меньшим изменением элементов орбиты под влиянием возмущения со стороны гравитационного поля планеты. Величина возмущений существенно зависит от минимального расстояния до астероида. К сожалению, сегодня это расстояние может быть рассчитано недостаточно точно. Отсюда возникает некоторая неопределенность прогноза дальнейшего движения астероида. В любом случае значительно изменится большая полуось его орбиты, или, другими словами, его среднее движение. Орбита астероида из внутренней по отношению к Земле (орбиты типа Атона, выходящей за пределы орбиты Земли только в окрестности афелия) превратится в орбиту типа Аполлона, с большой полуосью, превышающей 1 а.е., и подходящую к Солнцу ближе орбиты Земли в окрестности своего перигелия. Орбитальный период, который в настоящее время равен 0,89 года, превысит величину одного года. При этом может оказаться, что продолжительность нового периода, выраженная в годах, составит величину, представляющую собой отношение двух целых чисел, например 7: 6. Это будет означать, что по прошествии семи лет тело совершит относительно Солнца шесть оборотов, в то время как Земля совершит в точности семь оборотов. По истечении этого периода времени ситуация встречи тел на орбитах должна повториться. При небольшом отличии от точной соизмеримости периодов возможно даже ухудшение ситуации, имевшей место в предыдущем сближении. Например, если в предыдущем сближении тело прошло через точку минимального расстояния между орбитами немного ранее, чем Земля, ввиду чего столкновения тел не произошло, то к моменту очередного сближения тело может несколько задержаться и прийти в роковую точку одновременно с Землей. Как показывают расчеты, для 2004 MN4 в результате сближения в 2029 г. возможен целый спектр неблагоприятных преобразований орбиты, которые ведут либо к непосредственным столкновениям через несколько лет с Землей, либо к новым очень тесным сближениям с нею и новым опасным трансформациям орбиты в будущем.

В ближайшие десятилетия или даже столетия астероид будет являться источником постоянной угрозы для Земли, пока вековые возмущения перигелия и узлов орбиты не уведут его восходящий узел на эклиптике достаточно далеко от орбиты Земли. Правда, эти же возмущения через несколько тысяч лет приведут к опасной близости к орбите Земли его нисходящий узел [Заботин, Медведев, 2008]. На интервалах в десятки тысяч лет движения перицентра и узлов будут периодически приводить орбиту астероида к пересечениям с орбитой Земли. Орбита астероида является, таким образом, динамически неустойчивой. В конечном итоге астероид либо выпадет на Землю, либо в результате тесных сближений с нею большая полуось и эксцентриситет его орбиты будут радикально преобразованы, и астероид выпадет на Солнце (при очень большом эксцентриситете) или получит возможность сближаться с другими большими планетами и эволюционировать под влиянием тесных сближений с ними.

Такова в общих чертах картина движения данного астероида и эволюции его орбиты. В июне 2005 г. астероид 2004 MN4 получил постоянный номер 99942 и вскоре после этого ему было присвоено имя Apophis (Разрушитель) (греческое имя египетского божества Aпеп, которое, согласно легенде, таится во мгле и пытается разрушить Солнце во время его ночных странствий по подземному миру).

7.7.2. Точность знания орбиты Апофиса на современном этапе. Для оценки угрозы Земле со стороны (99942) Апофиса первостепенное значение имеет знание его точной орбиты. Орбита астероида имеет необычайно малое межорбитальное расстояние с орбитой Земли, равное 0,00027 а.е. Это определяет возможность очень тесных сближений астероида с Землей, которые происходят в окрестности 13 апреля, если Земля пересекает линию узлов орбиты Апофиса на эклиптике почти одновременно с астероидом. Ближайшее по времени тесное сближение Апофиса с Землей произойдет 13 апреля 2029 г., когда минимальное расстояние между их центрами будет около 38 000 км (рис. 7.4). Размеры Апофиса (∼270 ± 60 м) и особенности его орбиты таковы, что до 2012 г. трудно ожидать его новых наземных наблюдений (см. ниже).

Рис. 7.4. Положения Земли и Апофиса на их орбитах 1 апреля 2029 г.

Радарные наблюдения более информативны и позволяют даже при небольшом их числе существенно повысить точность определения орбиты. Известны, по крайней мере, четыре определения орбиты Апофиса с использованием имеющихся радарных и большей части оптических наблюдений. Все четыре системы параметров орбиты найдены путем взвешенного уравнивания систем условных уравнений и их решения по методу наименьших квадратов. Представляет значительный интерес сравнение найденных параметров орбит и полученных оценок их точности. Как уже было сказано, из-за небольших различий в значениях параметров в начальную эпоху проистекают существенные различия в прогнозе движения Апофиса после 2029 г. и различия в оценке вероятности его столкновения с Землей в 2036 г. и в последующие годы. Ниже дается оценка того, насколько близки найденные решения друг к другу и сколь существенно может отличаться прогноз движения на время после 2029 г. из-за различия моделей движения и неучтенных факторов, влияющих на движение астероида.

Были проведены сравнения систем элементов орбиты и оценки их точности, полученные в Институте прикладной астрономии (ИПА) РАН, Лаборатории реактивного движения (ЛРД НАСА, США), в Пизанском университете (Италия) (NEODyS) и группой сотрудников ЛРД, радиообсерватории Аресибо и Калифорнийского технологического института [Giorgini et al., 2008]. Первые три системы найдены на эпоху 2007, апрель 10,0, четвертая система — на эпоху 2006, сентябрь 1,0. При получении каждой системы было использовано разное число оптических наблюдений. Различалась и процедура назначения весов условным уравнениям. Соответственно различаются и оценки средней ошибки. Тем не менее, первые три системы весьма близки друг к другу, и различие между ними находится в пределах найденных ошибок элементов.

В табл. 7.1 представлены значения координат и компонент скорости Апофиса и их среднеквадратичные погрешности (решение ИПА РАН). Для сравнения рядом указываются данные, соответствующие решению, полученному только по оптическим наблюдением. Очевидно, что включение в решение радарных наблюдений увеличивает его точность в несколько раз.

Таблица 7.1. Координаты и компоненты скорости Апофиса в эпоху JD 2454200,5 (10.04.2007) и их средние ошибки, полученные при использовании оптических и радарных и только оптических наблюдений

7.7.3. Сближение с Землей в 2029 г. Интересно проследить, какие следствия вытекают из различий между полученными решениями. Эти различия в первую очередь касаются минимального расстояния между Землей и Апофисом, достигаемого 13 апреля 2029 г. Величины этих расстояний в момент времени JD 2462240,407115, близкий к эпохе максимального сближения этих тел в 2029 г., представлены в табл. 7.2.