Людству потрібні справжні «сторожові пси», які зможуть виявляти будь-які небесні тіла, що при входженні в атмосферу Землі мали б шанси стати причиною катаклізмів.
Проблематика
Сучасні системи виявлення метеоритних загроз явно не гарантують вчасне попередження людства про цілком ймовірні колізії з малими небесними тілами. Зараз астрономічний об’єкт вважається потенційно небезпечним, якщо він наближається до Землі на відстань менше 0,05 а.о. (близько 19,5 відстаней від Землі до Місяця), і його діаметр перевищує 100…150 метрів [1]. В той час, як більша частина навколоземних астероїдів та метеороїдів діаметром понад кілька сотень метрів вже виявлена, загрози діаметром від кільканадцяти до кількадесят метрів лишаються поза чутливістю сучасних систем (LINEAR, NEAT, Каталінський огляд). Ці «крихітки» малі за космічними мірками, але за наслідками потрапляння в густонаселені регіони планети, цілком співставні з ядерним бомбардуванням потужністю від кількох десятків кілотонн до десятків мегатонн у тротиловому еквіваленті.
2005 року Конгрес США поставив перед NASA завдання виявити до 2020 року 90% всіх об’єктів, що зближуються з Землею та мають розмір понад 140 метрів [2]. 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 у перетині близько 15—20 метрів. Наприклад, невеличка брила, діаметром усього 50 метрів, може спричинити вибух, еквівалентний ядерній боєголовці потужністю 5 Мт (250 Хіросім) [3]. І той факт, що вибух може статися в повітрі, лише поширює радіус можливого критичного враження об’єктів на земній поверхні.
Крім того, практичну загрозу для Землі становлять об’єкти з далекого космосу, які приходять до нас зненацька і з дуже великими швидкостями. Міжзоряного мандрівника Оумуамуа помітили вже після того, як він пронісся повз Землю на доволі невеликій відстані [4].
Отже, людству потрібні справжні «сторожові пси», які були б здатні виявляти будь-які небесні тіла, що при входженні в атмосферу Землі мали б шанси дістатися поверхні або спричинити враження, співставні з ядерним бомбардуванням.
Ідея
Кілька думок з приводу можливої концепції надійного моніторингу навколоземного простору я виклав раніше, в дуже схематичному вигляді. Однак публікація «Лунный Фонарик» пана ЗЕЛЁНЫЙ ГОТТ наштовхнула мене на ідею, яка може бути корисною в справі виявлення космічних загроз і навіть змінити саму методологію процесу полювання за небесними вбивцями. Я звернув увагу на те, що в кубсат-апараті Lunar Flashlight для виявлення меж поширення запасів води в місячних кратерах використовується [5] однопіксельний детектор.
Тобто, оптична система цього прибору взагалі не будує якоїсь картинки, в нашому розумінні. Система аналізує не візуальні форми, а інтенсивність та спектр відбитого від поверхні Місяця лазерного променя.
Якщо ми уявимо себе десь в космосі, і почнемо озиратися довкола, перше наше враження буде: «він бездонний і нерухомий». Звісно, що все безперервно рухається, картина зоряної сфери постійно змінюються. Але побачити той рух ми можемо лише за умов довгого спостереження за одними й тими ділянками сфери, порівнюючи фотознімки різних часів, аби побачити ті «зірочки», що все ж таки змінюють своє положення. Саме так і виявляють зараз навколоземні об’єкти. Слід зауважити, що практично вся картина неба лишається незмінною роками і століттями, і лише найближчі для нас об’єкти, планети і кометно-астероїдний «дріб’язок» порушують ту незмінність. Для надійного виявлення загроз ми маємо дивитися одразу на всі боки, оглядати всю небесну сферу, бо інакше легко можна проґавити наближення загрози.
Було б добре мати змогу оглядати одразу 4π стерадіан і не помічати далекі нерухомі зорі та галактики.
Перше побажання можна доволі легко виконати, якщо мати інструмент, який обертає спостерігача на 360 градусів навколо осі сканування Х, причому з кожним оборотом спостерігача трохи повертає навколо осі Z площину його обертання так, щоби в підсумку отримувати безперервну спіраль фотографій.
Друге побажання можна виконати, якщо ми взагалі відмовимося від фотографічного режиму отримання зображень неба, а писатимемо такий собі «стрім». Ми отримаємо оцифрований сумарний сигнал, який міститиме в собі інформацію про абсолютно все, що втрапляло в поле зору. На перший погляд може здатися, що користь з такого «відосика» не більша, ніж від відомих вам «відосиків». І дійсно — жодної зорі, жодної планети чи галактики не можна буде роздивитися в тому потоці нулів та одиниць. Але ситуація різко зміниться, коли наш спостерігач зафільмує всю небесну сферу і піде на друге коло. Він побачить ті самі ділянки і запише ті самі сигнали. Абсолютно ті самі. За виключенням тих артефактів, що змінили своє положення за час, що минув з попереднього огляду.
Таким чином, простим порівнянням цифрових масивів, що мають однакові просторові мітки, можна легко виявити найменші відхилення в становищі певних ділянок зоряної сфери. Подальші спостереження, в наступних обертах навколо осі обертання Z дозволять так само автоматично виявити практично всі елементи орбіти невідомого об’єкта. В результаті, астрономи отримають від такого спостерігача, якого я назву Сторожовим Псом (Watchdog), інформацію про координати в Сонячній Системі, до яких варто придивитися дуже ретельно і винести остаточний вердикт — стратити не можна милувать.
Можливі технічні реалізації
Для реалізації проекту Watchdog згодиться будь-який космічний телескоп, але краще створити потужну спеціалізовану і значно дешевшу машину. Якщо буде цікаво, згодом продемонструю ескіз на ваш розсуд
По-перше, слід визначитися з місцем розташування Watchdog. Це має бути таке місце, де апарат зберігатиме стабільне положення по відношенню до Землі. Перш за все, з міркувань ощадливості, аби не довелось витрачати пальне на утримання потрібної дислокації. А ще для налагоджування надійного каналу широкосмугового швидкісного зв’язку. На мою думку, найкращими місцями можуть бути точки Лагранжа L5 і L4 систем Земля-Сонце, або Земля-Місяць. Другий варіант має значні переваги через близькість до ЦУПу і зручність ремонту та обслуговування. Адже тоді Watchdog буде таким же досяжним, як і Місяць. Але є і недолік — Сонце Земля і Місяць постійно потраплятимуть в поле зору і доведеться їх присутність нівелювати на алгоритмічному рівні під час обробки сигналу. Розміщення в лагранжах L5 і L4 системи Земля-Сонце зведе до мінімуму перешкоди від Землі та Місяця, але туди летіти далеченько — кількадесят мільйонів кілометрів. І в разі навіть незначної аварії ремонтну бригаду доведеться чекати дуже довго.
По-друге, обертання інструменту одночасно навколо двох осей може бути підтримуване і стабілізоване за допомогою гіроскопів/гіродинів, живлення для яких можна брати від Сонця. Причому масив сонячних батарей може бути використаний в якості «шторки», яка б виключала пряме потрапляння сонячних променів у фотоприймач.
По-третє, відсутність необхідності будувати дійсні фотографічні зображення ділянок зоряного неба дозволяє відмовитися від головного сферичного/параболічного дзеркала і задіяти циліндричне дзеркало, яке зробити значно простіше, ніж традиційні телескопні дзеркала.
В такому випадку світлосприймальна матриця може бути прямокутною, або навіть взагалі лінійною. Тому що фокус циліндричного дзеркала це не точка у фокальній площині дзеркала, а лінія. Лінійна природа матриці дозволить навіть зробити її складеною з окремих частин, кожна з яких оптимізована під реєстрацію певного діапазону електромагнітного випромінювання — від ультрафіолету до мікрохвиль (чи то я вже загнув?).
По-четверте, подібний режим роботи інструмента дозволяє значно зменшити вимоги до геометричної якості дзеркала і наявності на його поверхні дефектів. Адже невеликі нерівності, дефекти чи цяточки на дзеркалі статичні, і всі викривлення світлового потоку від них будуть абсолютно однаковими для будь-якого моменту спостереження будь-якої ділянки зоряної сфери. А отже будуть автоматично відфільтровані математичним алгоритмом порівняння (компарації) з даними попередніх спостережень. Разом з усіма «нерухомими» об’єктами.
Я не певен, що чутливість подібної системи дозволить вести ефективний пошук в Койпері чи Оорті, але окрім своєї прямої роботи з виявлення потенційних загроз із ближнього космосу, Watchdog мабуть першим помічатиме усі Nova і Supernova, незалежно від місця їх появи. А також комети.
Я розумію, що робота такого Пса може залишити без шматка хліба десятки, якщо не сотні вчених. Не кажучи вже за численну армію астрономів-аматорів, які з героїчним натхненням присвячують свої життя старательській праці, в надії першим засікти ту цяточку на небі, якої там ще вчора не було. Але нічого не вдієш.
Всесвіт — суворе місце.
Література
- Task Force on potentially hazardous Near Earth Objects (September 2000). Report of the Task Force on potentially hazardous Near Earth Objects (PDF)
- NEO Survey and Deflection Analysis and Alternatives
- Якби мене спитали. Таблиця 1. Потужність вибухів кам’яних метеоритів/астероїдів
- Оумуамуа: наш первый межзвёздный гость
- Lunar Flashlight CubeSat mission: a multi-band SWIR laser reflectometer to map and quantify water ice on the lunar South Pole