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

На примере астероида Апофис хорошо видны некоторые важные аспекты проблемы астероидно-кометной опасности, на которые раньше не обращали должного внимания. Так, соударению астероида с планетой могут предшествовать сближения с ней, хотя бы потому, что сближения на умеренные расстояния более вероятны, чем соударения. Этот вопрос обсуждается, в частности, в работе [Елькин, Соколов, 1995]. Отмеченное обстоятельство позволяет заблаговременно обнаружить потенциально опасный объект. С другой стороны, рассеяние возможных траекторий при тесных сближениях ведет к потере точности, затрудняет прогнозирование движения и требует применения специальных методов. Среди возможных движений астероида после тесных сближений появляются опасные траектории, имеющие резонансные возвраты к Земле. Соответствующие «замочные скважины», или зоны резонансного возврата, имеют очень малые размеры и, следовательно, мала вероятность столкновения с Землей. Точное положение «скважин» зависит от величины возмущающих сил: малые недостаточно известные эффекты могут изменить место «скважин» в пространстве начальных данных. Точное определение их положения является сложной актуальной задачей. В то же время само наличие «скважин» и их размеры мало зависят от возмущений. Следует отметить сложную структуру соответствующего множества, аналогичную фрактальной. Небольшое искусственное изменение траектории астероида (удар по нему и т. п.) с целью предотвратить соударение в апреле 2036 г. не гарантирует отсутствия соударений в последующие несколько лет. Отклонив траекторию, можно попасть в близлежащую «замочную скважину», ведущую к соударению. Недостаточная точность знания орбиты Апофиса не позволяет пока исключить возможность попадания в эти зоны резонансного возврата. Поэтому наряду с совершенствованием методов прогнозирования движения астероидов особую ценность имели бы наблюдения АСЗ из космоса, а также использование для уточнения орбиты Апофиса сигналов радиопередатчика, доставленного на орбиту искусственного спутника этого астероида.

7.7.6. Влияние эффекта Ярковского на движение Апофиса. Во всех рассмотренных случаях модель движения Апофиса не включала влияние эффекта Ярковского (см. раздел 3.6). Он вызывается неравномерным нагревом тела солнечными лучами в результате осевого вращения тела и его движения по орбите. Эффект Ярковского зависит от положения оси вращения, орбиты и массы тела, от теплопроводности его поверхностных слоев. Поскольку большинство этих параметров неизвестны, явным образом учесть эффект невозможно. Однако неявным образом этот эффект частично учитывается в результате подгонки элементов орбиты, прежде всего большой полуоси, к наблюдениям, которые, естественно, отражают влияние эффекта, если он достаточно велик. Тем не менее, значительная часть эффекта остается неучтенной, что может вызвать заметные ошибки при прогнозировании движения тела на основе найденной орбиты. В работе [Giorgini et al., 2008] выполнена оценка максимального смещения Апофиса по орбите за период от эпохи оскуляции (2006 г.) до 2029 г. под действием не учитываемой части эффекта. При предполагаемой массе в зависимости от направления вращения и гипотетически заданной теплопроводности поверхностных слоев максимальное смещение вдоль орбиты может составить к 2029 г. от –720 км до +780 км. Эти значения находятся в качественном согласии с оценками влияния эффекта Ярковского на движение ряда АСЗ, найденными Ю. А. Чернетенко иным путем по сравнению с работой [Giorgini et al., 2008].

В работе [Чернетенко, 2007] учет эффекта Ярковского в движении астероидов производился без каких-либо предположений о физических характеристиках этих тел. Предполагалось лишь, что зависимость этого эффекта от гелиоцентрического расстояния r имеет вид 1/r2, а его величина характеризуется в общем случае тремя составляющими ускорения: радиальной, трансверсальной и нормальной, которые определяются из наблюдений (радарных и оптических) совместно с параметрами орбиты. При этом для астероида (6489) Голевка включение в число определяемых по наблюдениям запаздывания параметров трансверсальной составляющей A2 позволило уменьшить ошибку единицы веса с 2,3 мкс до 0,5 мкс. Величина A2 оказалась равной (-2,00 ± 0,14) 10-14 а.е./сут2.

При оценке влияния эффекта Ярковского на движение астероида Апофис было принято, что зависимость ускорения от гелиоцентрического расстояния имеет вид 1/r2, а для A2 принимались некоторые возможные значения (+2, –2, +6, –6) 10-14 а.е./сут2. Значения минимального расстояния от Апофиса до Земли и смещения астероида вдоль орбиты на 13 апреля 2029 г., полученные в результате уточнения параметров движения и последующего интегрирования, приведены в табл. 7.6.

Таблица 7.6. Влияние принятых значений ускорения, вызываемого эффектом Ярковского, на величину минимального расстояния от Апофиса до Земли и смещение астероида вдоль орбиты на 13 апреля 2029 г.

Изменения смещения вдоль орбиты при A2 = (+6,-6) 10-14 а.е./сут2 близки к оценкам, полученным в работе [Giorgini et al., 2008]. Конечно, подобные расчеты имеют только качественный характер, поскольку реальное значение A2 из имеющихся наблюдений найти невозможно. Но метод может быть использован в будущем, если будет получено необходимое число достаточно точных наблюдений.

Оценим теперь, как влияет эффект Ярковского на положение эллипса рассеяния на плоскости цели и на вероятность столкновения Апофиса с Землей в 2036 г. Будем исходить из предположения, что величина A2 для астероида равна -2 10-14 а.е./сут2, что приводит к сокращению его полуоси и к увеличению среднего движения. В результате к апрелю 2029 г. астероид сместится вдоль орбиты на величину +272 км (табл. 7.6). Таким образом, астероид, соответствующий номинальному решению, найденному с учетом дополнительного ускорения, пересечет плоскость цели несколько раньше, и его минимальное расстояние от Земли составит, как показано в табл. 7.6, 37 964 км по сравнению с расстоянием в 38 220,5 км, на котором астероид должен проследовать мимо Земли в 2029 г. согласно решению, полученному ИПА.

7.7.7. Перспективы уточнения орбиты Апофиса. Для планирования возможного изменения орбиты Апофиса в случае, если это изменение будет вести к неизбежному или весьма вероятному столкновению, важно иметь представление о том, каковы перспективы проведения дальнейших астрометрических и физических наблюдений данного астероида и какого уточнения модели движения астероида можно ожидать в предстоящий период. При рассмотрении данного вопроса важно иметь в виду, что активные действия по изменению орбиты Апофиса должны быть предприняты до 2029 г. Величина корректирующего одиночного импульса, прикладываемого к астероиду до апреля 2029 г., чтобы избегнуть столкновения в 2036 г., примерно на три порядка меньше необходимого импульса после сближения в 2029 г. [Ивашкин, Стихно, 2008]. Причина такого различия вполне понятна. В случае, если коррекция выполняется до 2029 г., необходимо лишь несколько изменить минимальное геоцентрическое расстояние астероида (изменить орбиту так, чтобы ее пересечение с плоскостью цели произошло вне ближайшей окрестности «замочной скважины» размером около 600 м). Остальную работу по изменению траектории выполнит гравитационное поле Земли. После 2029 г. гелиоцентрическую орбиту астероида придется смещать уже на величину порядка нескольких радиусов Земли.

Размеры астероида и особенности его орбиты таковы, что благоприятные условия для его наблюдения складываются лишь в определенные весьма непродолжительные периоды времени. На рисунках 7.6–7.8 показаны элонгация астероида Апофис от Солнца, его звездная величина и расстояние от Земли в период 2006–2024 гг. На протяжении 2009–2011 гг. видимая звездная величина астероида будет оставаться в пределах 19,5m–22,1m. Но относительно большой блеск имеет место при малых элонгациях от Солнца. Сомнительно, что при звездной величине, превышающей 21m, астероид можно будет наблюдать в элонгациях, меньших 50°. Таким образом, ближайшее «окно» для оптических наблюдений откроется не ранее декабря 2011 г., когда элонгация превысит 50°, а звездная величина будет меньше 21m.

Рис. 7.6. Элонгация астероида Апофис от Солнца

Возможности проведения новых радиолокационных наблюдений Апофиса также очень ограничены. Для наиболее крупного 300-м радиолокатора в Аресибо (Пуэрто-Рико, США) предельно возможное расстояние приема отраженного от астероида сигнала (при заданных размерах астероида и значении радиоальбедо его поверхности) составляет 0,31 а.е. Для 70-м локатора в Голдстоуне (США) расстояние приема составляет всего 0,14 а.е.

Рис. 7.7. Видимая звездная величина астероида Апофис