Smrt iz svemira – udari asteroida i kometa

Svemir pokušava da nas ubije. Nije to ništa lično. Svemir se ne brine da li ćemo živjeti ili umrijeti. Ako bi se čovjek nekako teleportirao bilo gdje u svemir, unutar nekoliko sekundi bi umro. I to bi se desilo u 99,99999999999% slučajeva, u najboljem scenariju. Svemir ne mora ni mnogo da se trudi jer je nevjerovatno negostoljubivo mjesto za život. Skoro cijeli svemir je vakuum. Na mjestima gdje nije vakuum, temperature su prevelike i molekule se ne mogu spajati. Na mjestima gdje nije prevruće, temperature su preniske i hemijske reakcije se odvijaju presporo. A na mjestima, gdje nije ni vakuum, ni prevruće, ni pretoplo (kao što je npr. Zemlja) – vrebaju svakojake opasnosti. Vulkani izbacuju tone i tone otrovnih gasova i pepeo, lava teče svuda naokolo. Nastaju zemljotresi. Cunamiji udaraju u obale. Ledena doba dolaze i odlaze. Planine rastu i mijenjaju globalni klimatološki sistem. Kontinenti se sudaraju.

Dodajte svemu ovome asteroide, komete, kozmičke zrake, solarne baklje i vjetar, eksplozije zvijezda, uništenje Sunca i njegovu transformaciju u bijelog patuljka, izbačaje gama zračenja, sudare galaksija, crne rupe i dobit ćete kompletniju sliku našeg univerzuma. Smrt je, bukvalno, na svakom koraku. Jedina olakšavajuća okolnost za nas su velike vremenske skale i velike udaljenosti između objekata u svemiru.

Ali, i pored svega toga, evo nas, tu smo, živi i zdravi. Nakon milijardi godina, bezbroj obrtaja oko Sunca, sjedeći na nišanu kozmičkog oružja… preživjeli smo. I ne samo to, život na Zemlji buja. Međutim, život je krhka pojava. Udar asteroida npr., kakav je zbrisao dinosauruse i 75% ostalih vrsta, mogao bi značiti kraj čovječanstva. Zato je važno da znamo od čega nam prijeti opasnost i kako da se zaštitimo.

Ovo je priča o (trenutno) najvećim opasnostima koje vrebaju iz svemira: potencijalni udari asteroida i kometa. I kada je o njima riječ, nije pitanje ako već kada.

Udar asteroida

Zemlja se, praktično, nalazi u kozmičkoj streljani, i svemir nas ima na nišanu. Do Zemlje, recimo, dnevno dolazi 20 – 40 tona materijala iz svemira. Za godinu dana to znači da se može napraviti zgrada sa šest spratova samo od komadića meteoroida iz svemira. Neke od ovih komadića, veličine zrna graška, na noćnom nebu vidite kao sjajni trag koje zovemo meteori. Ako se pitate kako tako sjajan trag nastane od tako malog komadića kamena, sjetite se kompresije vazduha dok pumpate gumu na biciklu. Što više sabijate gas – više se zagrije. E sad zamislite tijelo koje ulazi u atmosferu zemlje brzinom od nekoliko desetina km/s; neki se kreću brzinom i do 80 km/s, što je, 235 puta brže od pištoljskog metka (brzine 340 m/s) ili 235 puta brže od zvuka u vazduhu. Kad nešto tako brzo udari u atmosferu, brzina se rapidno pretvara u energiju koja se predaje okolnom vazduhu. Zrak se toliko sabije (ekstremno velike vrijednosti nadpritiska) i zagrije (temperatura od nekoliko hiljada stepeni C) da počne da svjetli. Taj trag upravo nazivamo meteorom. Više o meteorima  i kako identificirati meteorite na Zemlji pročitajte u mom prijašnjem tekstu o meteoritima.

Ukoliko su tijela malo veća (tzv. meteoroidi srednje veličine), uslijed velikog pritiska, dolazi do spljoštavanja tijela (eng. pancaking) i najčešće do njegove dezintegracije u vazduhu pri čemu neki od komada mogu dospjeti do tla (meteoriti). To se sve dešava visoko u atmosferi, pri čemu su energije impresivne. Naime, asteroid (npr. kamen) prečnika 1m može eksplozijom u vazduhu osloboditi energiju jednaku eksploziji stotine tona TNT-a. Ustvari, vojni izvještaji pokazuju da se to dešava u prosjeku jednom mjesečno u atmosferi. Zabilježeno je, tokom, historije, nekoliko udara manjih meteorita u kuće, aute, pa čak i u ljude (npr. Ann Hodges, Sylacauga-Alabama). Šanse da vas pogodi takav jedan meteorit su veoma male, a još su manje da poginete od takvog udara.

Javnosti je, s druge strane, sigurno poznatiji udar tijela u Zemlju iz 1908. godine u području Sibira (rejon rijeke Podkamennaya Tunguska). Smatra se da je tijelo bilo prečnika 60-200m i da je eksplodiralo u zraku (sl. 1), oslobađajući energiju ekvivalentnu (između) 3-20 miliona tona TNT-a, stotine puta jaču nego energija atomske bombe koja je bačena na Hirošimu 37 godina kasnije. Ljudi udaljeni na stotine km od eksplozije bili su oboreni na tlo!

tunguska2Slika 1. Vizuelizacija eksplozije iznad Sibira iz 1908. (wikipedia)

Mjesto ispod same eksplozije bilo je poravnato, a drveće popadalo (radijalno) kao čačkalice (sl. 2). Zanimljivo je da je drveće u samom epicentru eksplozije ostalo da stoji uspravno – jer je udarni val naišao normalno na ovo drveće, a drveće pada samo uslijed bočnog udarnog talasa.

xkh376v7-1372241498.jpg
Sl. 2 Posljedice eksplozije iznad Sibira na tlu (wikipedia)

Sreća pa je tijelo udarilo u nenaseljeno područje. Da se ova eksplozija dogodila iznad Moskve ili Londona, milioni bi umrli u roku od nekoliko minuta.

Ali nisu svi udari lokalni, niti su sva tijela koja dolaze iz svemira stotinjak metara. Prije 65 miliona godina dinosaurusi su imali jako loš dan. Krater Chicxulub (nalazi se blizu mjesta Chicxulub, po kojem je i dobio ime) je drevni udarni krater, koji se nalazi na poluotoku Yucatán (Meksiko).  Krater ima prečnik veći od 200 km i smatra se jednim od najvećih udara nebeskih tijela u historiji Zemlje (ne računajući udar tijela veličine Marsa u zemlju od kojeg je nastao Mjesec). Smatra se da je udarni asteroid koji je stvorio krater imao prečnik oko 10 kilometara.

Sudar ovog asteroida sa Zemljom je vjerovatno odgovoran za veliko i temeljito proučavano tzv. Kredno-Tercijarno masovno izumiranje biljaka i životinja (75% živog svijeta je nestalo u tom periodu). Naime, na K-T granici (granica između geoloških perioda) primjećene su značajne naslage iridijuma kojeg nema mnogo na zemlji, ali zato ima mnogo u astereoidima. Ova naslaga iridijuma je jasno datirana na prije 65,5 miliona godina, što je direktna potvrda udara asteroida.

preuzmi
Sl. 3.Vizuelizacija udara asteroida na poluotoku Yucatán prije 65 miliona godina (wikipedia)

Budući da je bio barem 10km prečnika, atmosfera nije usporila brzinu ovog asteroida prilikom udara. Dok se kretao atmosferom, ovaj asteroid je kreirao ogroman udarni talas, zagrijavajući atmosferu kilometrima naokolo. Blještav kao Sunce, zapalio je sve ispred sebe čak i prije samog udara. Čak i da je nešto i preživjelo visoke temperature, udarni val bi ih dokrajčio.

Udarajući u Zemljinu koru (tj. u plitke vode poluotoka Yucatán), svi ta silna energija je naglo oslobođena (sl. 3), šaljući istopljeno kamenje, zemlju i morsku paru uvis i bočno. Sam udar u tlo kreirao je još jedan udarni talas, ubijajući sve što mu se našlo na putu stotinama kilometara u svakom pravcu. Udarni talas je kreirao i epsko probijanje zvučnog zida, pri čemu je dosta životinja vjerovatno izgubilo sluh (mada je to sasvim nebitno u ovoj priči).

Chicxulub-impact-2.pngSl. 3 Vizuelizacija udara asteroida orije 65 miliona godina (wikipedia)

Udarom u okean, kreiran je cunami gigantskih razmjera. Decembra 2004. godine cunami koji je bio visok nekoliko metara i brzine manje od prosječne brzine automobila usmrtio je preko 250 000 ljudi. Cunami uslijed udara asteroida bio je stotinama metara visok i kretao se brzinom od preko 1000 km/h (skoro brzinom zvuka). Možemo samo zamisliti kakvu destrukciju je ovaj cunami prouzrokovao.

Komadi asteroida koji su nakon eksplozije otišli visoko uvis (velikom brzinama, reda nekoliko km/s) počeli su padati prema zemlji kao interkontinentalni projektili. Prilikom pada, ovi komadi ponašali su se kao mini asteroidi, ponavljajući destrukciju, ali u manjim razmjerama. Ovi mini asteroidi prouzrokovali su i brojne požare širom Zemlje, tj. čitava Zemlja je bila u plamenu.

Kako je Zemlja gorila, atmosfera je postajala sve tamnija i propuštala sve manje Sunca. Tokom vremena, Zemlja se značajno ohladila što je uzrokovalo ledeno doba i izumiranje velikog broja biljaka (globalna zima koju su uspjeli preživjeti samo rijetki hladnokrvni organizmi) i životinja.

Nitrati koji su bili sastavni dio tla na Zemlji su sada u zraku postajali azotna kiselina koja je kao kiša padala na tlo. Iz asteroida je u zrak ispario hlor (i brom) koji su, vjerovatno, uništili ozonski omotač Zemlje i na taj način doprinjeli uništenju velikog broja biljnih i životinjskih vrsta.

Screenshot-68-Optimized.jpg
Sl. 4 Udar asteroida u Zemlju (wikipedia)

Takođe, lanac ishrane je totalno poremećen, što je sve, u globalu, dovelo do izumiranja 75% biljnih i životinjskih vrsta nakon udara asteroida.

Treba napomenuti da ovaj asteroid spada u manje asteroide! Postoje mnogo veći i većina nikada ne priđe Zemlji. Dinosauri su imali jako loš dan, ali naš vlastiti “loš dan” može, takođe, doći. Pitanje je da li ćemo biti spremni za njega.

Odakle dolazi većina asteroida? Pa, većina ih kruži oko Sunca na orbitama između Marsa i Jupitera (tzv. asteroidni pojas ili glavni pojas). Ova tijela nisu nikad formirala planet zbog prevelike gravitacije Jupitera. Ima ih, vjerovatno, na milijarde, a naziv im potiče uslijed toga što podsjećaju na zvijezde na nebu. Većina su mala tijela, veličine manjih loptica. Najveći, Ceres (sada klasificiran kao planet patuljak), ima prečnik oko 950km i smatra se da čini trećinu mase asteroidnog pojasa.

Trenutno je poznato nekoliko stotina hiljada asteroida. Potraga za asteroidima koji nam mogu prijetiti je multinacionalnog karaktera, ali je još uvijek nedovoljna jer na tome ozbiljno radi tek 20-tak astronoma. Ali, čak i kada bi puno više ljudi na tome radilo, bio bi problem detektovati tijela prečnika stotinjak metara i manje. Mnoga tijela ove veličine otkrivena su tek nakon što prođu Zemlju. Moguće je da bi takvo tijelo na nebu vidjeli tek nakon njegovog bljeska na nebu, kao što je to bilo u Sibiru 1908. godine.

Razlika između dinosaura i nas je što oni nisu imali svemirski program. Međutim, i pored svih naše tehničkih mogućnosti, vrlo teško je odbraniti se od asteroida. Kakve ideje o odbrani smo dosada smislili?

Prvi ideja o odbrani od asteroida je gađanje istog nuklernim bojevim glavama (sl. 5). Većina asteroida je skoro potpuno od željeza, tako da bi, recimo, gađanje nuklearnim projektilima samo malo zagrijalo asteroid. Čak i da je od kamena, nuklearna bojeva glava mu ne bi mogla ništa ako je veći.

3Sl. 5. Vizuelizacija gađanja asteroida nuklearnim projektilom (wikipedia)

Neki asteroidi imaju veoma malu gustinu, i do 1,3 g/cm3. To je zato što se dešavaju i udari asteroida u druge asteroide. Ako, pri tome, brzina udara nije dovoljna da potpuno dezintegriše asteroid, tijelo će uslijed gravitacije i dalje biti “na okupu”, ali će biti veoma porozno i posljedično male gustine. Iako bi neko pomislio da je ovakve asteroide lako uništiti, naučnici su izvršili testove (D. Durda, SRI, Boulder – Colorado) gađajući stvarne asteroide slične konzistencije tijelima koja su ispalili iz gasnih topova velikim brzinama. Rezultati su iznenađujući – porozni asteroidi bolje upijaju udarce nego čvrsti. Nešto slično kao kad bi vreću piljevine udarili čekićem – energija se brzo rasipa.

Ali gađanje asteroida nuklearnim projektilima i njegova potencijalna dezintegracija nam nosi novi problem. Tada bi se, naime, prema nama kretalo hiljadu malih tijela umjesto jednog većeg. Iako to, na prvi pogled, zvuči kao bolje rješenje, treba se prisjetiti da i kamen prečnika 100m može uništiti jedan grad. Desetak ovakvih tijela koja udaraju u isto vrijeme bili bi katastrofa, bez obzira gdje da udare. Iako bi eksplozije bile manje, bile bi više raširene, i šteta bi za Zemlju možda bila još veća nego u slučaju udara većeg tijela. Još jedna opasnost od većeg broja tijela je to što asteroidi u sebi sadrže hlor i brom, i bez obzira da li udari jedno veće ili više manjih tijela, ista količina tih elemenata će se osloboditi u atmosferu, pri čemu će ponovo stradati ozonski sloj.

Druga ideja za odbranu je da asteroid ne gađamo nuklearnim projektilima direktno već da gađamo pored njega. Na taj način bi veća količina toplote koja se formira na jednoj strani asteroida isparila dijelove asteroida i djelovala kao mali raketni motor koji bi malo pomaknuo asteroid iz svoje orbite. Ako se ovaj manevar ponovi više puta, možda bi asteroid dovoljno skrenuo sa putanje. Nedostatak je što ovaj metod zahtjeva unaprijed poznato vrijeme kada će asteroid doći do Zemlje, min. 10 – 20 godina. To znači da je potrebna bolja oprema za detekciju, ako su manja tijela. Takođe, poteškoće gađanja tijela nuklearnim projektilom su velike i pri samo jednom ispaljenju. Sa dvadesetak gađanja, problem se značajno usložnjava. Takođe, ne znamo kako bi eksplozija pomaknula asteroid. Možda bi bilo dovoljno da nas ovaj put promaši, ali u slijedećem naletu (na putu oko Sunca) da nas pogodi.

Uzmimo za primjer asteroid Apophis 99942 (sl. 6), dužine oko 250m, koji predstavlja potencijalni udarni asteroid. Udar takvog tijela bi doveo do eksplozije čija energije bi bila veća za  desetak puta od energije najjače nuklearne bojeve glave ikad detonirane. Apophis će proći pored Zemlje 13. aprila 2029. godine. U tom periodu nema rizika za udar, ali proći će tako blizu da će biti bliže Zemlji nego mnogi meteorološki i komunikacijski sateliti. Ako asteroid prođe regionom svemira nazvan gravitacijska ključaonica (eng. gravitational keyhole), njegova orbita će se promjeniti tačno onoliko koliko je potrebno da udari u zemlju 2036. godine. Ovaj region (gravitacijska ključaonica) nije pretjerano veliki (oko 1km), ali naše poznavanje orbite ovog asteroida nije dovoljno da kažemo kako 100% neće proći ovim regionom, iako su šanse dosta male. Ako bi kojim slučajem prošao tim regionom, imamo 7 godina da ga skrenemo sa puta. Jedno od rješenja bi možda bilo da Apophis pomjerimo samo malo sa putanje, ali onda se javljaju dodatni problemi. Postoje, naime, na hiljade gravitacijskih ključaonica. Ova konkretna gravitacijska ključaonica je samo ona pri kojoj bi asteroid došao ponovo do nas za 7 godina, ali druge ključaonice bi ga dovele nazad za 10, 12, 20 godina. Detonacija na Apophisu bi nam uštedila vrijeme, ali nije dugoročno rješenje. Potrebno je potpuno kontrolisati orbitu asteroida.

2004MN4_Sormano.gifSl. 6. Apophis 99942 (wikipedia)

Treće rješenje je udar asteroida sa tzv. impaktorom (sl. 7). Prednost ove metode je što smo je već koristili. NASA je, naime, 4 jula 2005. koristila Deep Impact svemirsku letjelicu kako bi lansirala “impaktor” koji je udario u komet Tempel 1.

800px-deep_impactSl. 7. Umjetnički doživljaj Deep Impact letjelice nakon ispaljenja “impaktora ” (wikipedia)

Impaktor je u ovom slučaju bio bakreni blok mase oko 400kg i udario je u komet brzinom od oko 9,6 km/s (sl. 8). Rezultujuća eksplozija je imala ekvivalent od oko 5 tona TNT-a. Ovo je bio veliki inžinjerski uspjeh jer se komet kretao brzinom od nekoliko km/s. Veličina komete je 5 x 8km, što je olakšalo gađanje; u slučaju manjeg tijela, problem gađanja bio bio značajan. Udar impaktorom, takođe, ima svoje nedostatke jer ne znamo precizno za koliko bi mogli skrenuti tijelo ili da li će tijelo eksplodirati ili će apsorbovati udar kao u slučaju poroznih asteroida.

121520main_hri-movieSl. 8. Udar “impaktora” u komet Tempel 1 (wikipedia)

Četvrti način odbrane od asteroida je da ga “nježno” ubjedimo da nas zaobiđe. Ovim, i drugim problemima, bavi se fondacija B612, a njihova stranica je puna egzotičnih ideja kako se odbraniti od asteroida, pri čemu je naglasak, naravno, na naučnim rješenjima. Jedno od rješenja bi moglo biti da spustimo raketu na asteroid, zakačimo je čvrsto za njega, okrenemo je za 180 stepeni i upalimo raketni motor. Tokom vremena, potisak bi pogurao asteroid u novu orbitu. Nedostatak metode je način kako bi pričvrstili raketu za asteroid; šta ako je ona mekana, prašnjava ili od metala? Nadalje, većina asteroida rotira, što znači da bi morali paliti motore samo povremeno – kada je raketa usmjerena u pravom pravcu. Kod astreoida koji se haotično rotiraju, ove rakete ne bi mogle pomoći. Međutim, ekipa iz fondacije B612 se dosjetila drugog rješenja. Šta ako ne spustimo letjelicu uopšte? I asteroid i raketa imaju masu i gravitaciono djeluju međusobno. Dakle, raketa bi se prvo “parkirala” u blizini asteroida. Gravitacija asteroida bi vukla raketu prema sebi, ali bi isto tako raketa “vukla” pomalo i asteroid prema sebi. Potom bi aktivirao raketni motor (u malim inkrementima) da bi se raketa vratila u prvobitni položaj i cijela stvar ponavila. Nakon nekog vremena, orbita asteroida bi se mogla promjeniti. Međutim, i ovdje ima problema – raketni motor se ne bi smio ispaliti prema asteroidu jer bi ga tako udaljio i poništio željeni efekat. To znači da bi se raketa morala nageti pod uglom  u odnosu na asteroid, što bi impliciralo da treba više raketnih motora kako bi se raketa izbalansirala u pravi položaj i ne rotirala “divlje” u svemiru. Dobra stvar kod ove metode je što masa rakete često ne mora biti velika. Tako bi za Apophis 99942 masa rakete trebala biti tek 1 tonu. Naravno, za sve ovo treba malo više vremena.

Jedno od rješenja je tzv. hibridno rješenje (predložio Schweickart), tj. korištenje kinetičkog “impaktora” ili nuklearne bojeve glave da se asteroid pomakne iz neposredne zone opasnosti, a onda mu orbitu fino podesiti opisanom gravitacijskom “vučom”.

Trenutno na Zemlji nemamo tehnologiju za implementaciju ovih metoda jer se ne ulaže u njihov razvoj. Nadajmo se da će se i to promjeniti u budućnosti jer nam od toga možda zavisi i dalji opstanak na Zemlji.

Udar kometa

Asteroidi imaju većinom predvidljive orbite. To su mrtvi komadi kamenja i/ili metala i jednom kada ih vidimo, znamo njihove putanje. Ali oni nisu jedina prijetnja. Kometi su divni, čudnovati nebeski spektakli. Za razliku od asteroida, komete su prljave snježne lopte: kamen, prašina i šljunak, pomješani sa ledom koji ih drži na okupu. Kad se približe Suncu, led se topi. Mnoge komete imaju džepove leda ispod površine, i kada se kometa približi Suncu sublimirani gas izlazi u mlazu iz komete. Ovo je slično djelovanju raketnog motora, i kometa se može pokrenuti u bilo kojem pravcu. Ako se kometa okreće, a većina upravo to radi, kometa će se kretati nasumično. To čini predviđanje orbite komete veoma teškim. Naravno, to važi i za sletanje na kometu, kao i gravitacijsku “vuču”.

comet_p1_mcnaught
Comet McNaught (wikipedia)

Ali, to nije kraj. Asteroidi se nalaze u ravni kretanja planeta oko Sunca, što znači da ćemo ih lakše naći posmatrajući uvijek iste dijelove neba. S druge strane, kometi su “divlja” tijela, sasvim druge “zvijeri”. One nisu ograničene na ravan kretanja planeta, i mogu doći iz bilo kojeg dijela neba. To može značajno smanjiti naše vrijeme reakcije. Dok za asteroid možemo imati desetke godina ranog upozorenja, za komete možemo imati maksimalno par godina upozorenja. Čak je i komet Hale-Bopp, koji je bio jedan od najsjajnijih ikada, bio otkriven tek 2 godine prije njegovog prolaska pored zemlje. Da je bio usmjeren prema nama, ne bi mogli uraditi ništa. Jezgro komete Hale-Bopp (čvrsti dio) ima prečnik oko 40km. Da nas je pogodio ovaj komet, udar asteroida koji je izbrisao dinosauruse izgledao bi kao mokra petarda.

Ali i udar manjeg kometa bio bi veoma opasan za čovječanstvo. Posljedica direktnog udara manje komete u blizini naseljenog mjesta ili njene eksplozije u zraku kao u Sibiru 1908. godine, dovela bi do hiljada poginulih ljudi i milijarde dolara ekonomske štete. Dobra vijest je da kometi kao što Hale-Bopp predstavljaju manje od 2 postotka ukupne opasnosti od udara, i većinu kratko-periodičnih kometa je lako uočiti.

Umjesto zaključka

Dakle, kolika je opasnost od udara asteroida ili kometa?

Statistički gledano, odgovor vam se neće svidjeti: šanse da nas pogodi nekih od ovih tijela su 100%. Da, 100%, vjerovali ili ne. U određenom vremenskom periodu, do udara će sigurno doći, i jedan od njih će sigurno biti veliki-katastrofalan.

Ali ključna stvar je da li ćemo uraditi nešto povodom odbrane Zemlje. Poenta cijelog teksta je da možemo uraditi nešto, ako bude volje. Tehnologija i metode su zahtjevne, ali ne i nedostižne.

Ulozi su prilično veliki: globalno preživljavanje vs. totalno uništenje.

Literatura i korisni linkovi:

  1. Philip Plait: Death from the Skies!: The Science Behind the End of the World, Penguin Books; Reprint edition (August 25, 2009).
  2. Pierre-Yves Bely, C. Christian, Jean-René Roy, A Question and Answer Guide to Astronomy, Cambridge University Press; 1 edition (April 30, 2010).
  3. https://www.nasa.gov/
  4. http://www.space.com/
  5. http://www.astronomy.com/
  6. http://www.universetoday.com/

Link za našu astronomsku grupu

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s