Александр Волков
100 великих загадок астрономии
Однажды в Сибири: падение тунгусского метеорита
Вплоть до сегодняшнего дня ученые гадают, что же произошло в районе Подкаменной Тунгуски более ста лет назад, 30 июня 1908 года, в 7 часов 14 минут утра. В тот день над тайгой внезапно зажглось «второе Солнце» – взорвался огромный огненный шар. Сила взрыва была такова, что почти шестьдесят миллионов деревьев, росших на площади примерно в 2150 квадратных километров, были сломаны, словно спички. «Жутко становится, когда видишь десяти-, двадцативершковых великанов, переломанных пополам, как тростник, с отброшенными на много метров к югу вершинами», – рассказывал первый исследователь этого феномена Леонид Кулик. По счастливой случайности, погиб, как считается, всего лишь один человек, поскольку удар пришелся по абсолютно безлюдной местности.
«Только я замахнулся топором, чтобы набить обруч на кадушку, как вдруг на севере небо раздвоилось, и в нем широко и высоко над лесом появился огонь, который охватил всю северную часть неба, – вспоминал местный русский житель Семенов, находившийся в 65 километрах от центра катастрофы. – В этот момент мне стало так горячо, словно на мне загорелась рубашка. Я хотел разорвать и сбросить с себя рубашку, но небо захлопнулось, и раздался сильный удар. Меня сбросило с крыльца сажени на три».
Взрыв Тунгусского метеорита стал, пожалуй, самой крупной катастрофой в современной истории, вызванной падением на Землю небесного тела. Его последствия ощущались далеко от Сибири. Так, ночное небо над Великобританией было залито светом. В полночь жители Лондона, прогуливаясь по улицам, не освещенным фонарями, могли спокойно читать газету.
Поваленные деревья в районе падения Тунгусского метеорита. Фото 1927 г.
Эпицентр взрыва находился в одном из самых отдаленных районов Сибири, близ реки Подкаменная Тунгуска, среди болот и тайги. А если бы удар пришелся в один из крупных городов? И ведь Тунгусский метеорит – далеко не самый крупный космический объект, когда-либо угрожавший Земле! Как иронично заметила на страницах журнала «Знание – сила» харьковская журналистка Валентина Гаташ, его падение «было чем-то вроде мимолетного космического поцелуя, который заворожил немало исследователей».
Теперь мы понимаем всю смертоносность «космических ласок». Природа же Тунгусского метеорита по-прежнему вызывает споры.
О чем вообще идет речь? О падении астероида или кометы? В принципе, в обоих случаях последствия схожи, но есть и важное отличие. Кометы обращаются по очень вытянутым орбитам, и скорость их движения заметно выше, чем у астероидов. Поэтому при падении на Землю небольшой кометы выделяется такое же количество энергии, как и при падении куда более крупного астероида. В то же время кометы гораздо реже пересекают орбиту Земли, чем астероиды. До сих пор астрономы не располагают ни одним подтвержденным фактом падения на Землю кометы. Так что, если бы выяснилось, что в районе Тунгуски упала комета, это стало бы уникальным событием.
Сейчас большинство ученых полагает, что это был все-таки астероид. Так, в модели, разработанной в 1993 году астрономами НАСА (руководитель Кристофер Чиба), подобные разрушения мог вызвать именно астероид размеров в несколько десятков метров, взорвавшийся в считаных километрах от Земли. К такому же выводу пришли Наталья Артемьева и Валерий Шувалов из московского Института динамики геосфер. По расчетам ученых, на высоте 5—10 километров взорвался и полностью испарился астероид, достигавший в поперечнике от 30 до 80 метров. Мощность Тунгусского взрыва составляла 10–15 мегатонн тринитротолуола. Это соответствует взрыву 1150 бомб, сброшенных на Хиросиму. Некоторые исследователи говорят даже о 50 мегатоннах. Впрочем, в конце 2007 года Марк Босло и Дэвид Кроуфорд из лаборатории в Альбукерке (США) показали, что Тунгусский взрыв мог быть вызван падением объекта гораздо меньших размеров – подобные разрушения мог произвести и взрыв мощностью от 2 до 4 мегатонн. По расчетам итальянских ученых, исследовавших несколько лет назад озеро Чеко, расположенное в восьми километрах от предполагаемого центра катастрофы, диаметр астероида составлял около 10 метров, он весил до 1500 тонн и мчался со скоростью от 3600 до 36 тысяч километров в час под углом в 45 градусов к поверхности Земли.
На сегодняшний день не найдено ни одного обломка этого загадочного небесного тела. Обнаружены лишь микроскопические фрагменты, возможно, внеземного происхождения, например, частицы графита, расплавленные крупицы железа и никеля. Не найден и кратер. Впрочем, еще в 1960 году советский исследователь Владимир Кошелев предположил, что озеро Чеко, напоминающее по форме скорее воронку глубиной около полусотни метров, и есть тот самый кратер – тем более что впервые оно появляется лишь на карте, составленной в 1928 году. А вот на военной карте, датированной 1883 годом, оно не значится. Однако местные жители, когда их опрашивали, повторяли, что озеро было всегда, оно было при их отцах, и дедах, и дедах их дедов.
Отсутствие фактов побуждает исследователей строить самые необычные гипотезы. Так, еще в середине 1940-х годов советский писатель-фантаст Александр Казанцев предположил, что в районе Тунгуски потерпел катастрофу инопланетный космический корабль. В 1951 году польский писатель Станислав Лем в своем романе «Астронавты» описал взрыв в районе Подкаменной Тунгуски космического корабля, прибывшего с Венеры. Сенсационные версии появлялись даже на страницах авторитетного журнала «Nature». Так, в 1958 году физики объяснили катастрофу проникновением к поверхности Земли антивещества, а в 1973 году два астронома предположили, что Земля могла столкнуться с миниатюрной черной дырой, прошившей ее насквозь.
Еще в 1980-е годы советский ученый Андрей Ольховатов, а в 2001 году немецкий астрофизик Вольфганг Кундль предложили геофизическую версию Тунгусского взрыва. По Ольховатову, это был нелокальный природный взрыв наподобие шаровой молнии. По Кундлю, такой же разрушительный эффект мог произвести взрыв примерно 10 миллионов тонн природного газа, вырвавшегося под большим давлением из-под земли сквозь трещины, образовавшиеся в коре. Впрочем, эта гипотеза не объясняет, почему в Ванаваре, расположенной в 65 километрах от эпицентра взрыва, видели яркую вспышку света. Всего насчитывается около 120 гипотез, объясняющих Тунгусский феномен, в том числе имеются версии, лежащие уже за гранью науки, например, взрыв огромного роя мошек.
Между тем это событие – вовсе не такое уникальное, как кажется на первый взгляд. На протяжении миллиардов лет на Землю и другие планеты Солнечной системы падали метеориты. Подобные катастрофы происходили даже на нашей памяти. Так, летом 1994 года форменной бомбардировке подвергся Юпитер. На него рухнули обломки кометы Шумейкеров-Леви-9. События же, напоминающие падение Тунгусского метеорита, повторяются, по оценкам астрономов, каждые 200—1000 лет. Так что не будет ничего удивительного, если еще в этом столетии в каком-либо уголке Земли произойдет что-то подобное.
На протяжении многих веков астрономы смотрели в небо с доверчивым любопытством. Теперь все чаще их побуждает вести наблюдения тревога. Взрыв Тунгусского метеорита был чем-то вроде предупредительного выстрела – знака, поданного космосом перед тем, как он нанесет по нашей планете сокрушительный удар. Когда это будет? В последний раз жертвами метеорита стали динозавры. Сумеем ли мы сделать все возможное, чтобы именно эта жертва была последней? Защитимся ли мы от космической угрозы?
Что нам ждать от Апофиса?
Астероид Апофис диаметром около 320 метров и массой 25 миллионов тонн был обнаружен в июне 2004 года, но только через полгода стало ясно, что он так просто от Земли не отстанет. Тогда в НАСА и подняли тревогу. В декабре того же года сводки о движении астероида 2004 MN4 напоминали фронтовые. Утром 23 декабря руководство НАСА оценивало вероятность столкновения с ним как 1: 300. Через четыре дня «точность наведения» астероида повысилась (1: 37).
Он стал первым небесным телом, удостоенным по Туринской шкале (своего рода шкале Рихтера, принятой астрономами и позволяющей оценивать вероятность падения на Землю крупного небесного тела и последствия этой коллизии) четвертой степени опасности. К этой категории относят объекты, вероятность падения которых на Землю превышает 1 % и которые причинят огромные разрушения.
Словно космическая пушка, этот астероид нацеливался на Землю. Вскоре он получил имя. Немногие каменные глыбы, снующие среди планет, удостаиваются такой чести. Из пронумерованного обломка, затерянного в космосе, он превратился в роковую планету Апофис. Египтяне называли этим именем – Апоп (Апофис) – огромного змея, который олицетворял мрак и зло.
Тем временем ученые оценили, что мощность столкновения с Апофисом была бы примерно равна мощности взрыва ста тысяч бомб, сброшенных на Хиросиму. Этого хватило бы, чтобы превратить в мертвую пустыню Тринидад или Канарские острова. Впрочем, вскоре последовали новые уточнения – тревога оказалась ложной. Как иронично заметил Дэвид Фолен, один из открывателей этого астероида, «коварные замыслы египетского Апопа, как правило, не сбывались. Вот и Апофис до нас не доберется, не сейчас во всяком случае».
Астероид Апофис. Компьютерная обработка
Астероид Апофис, как призрак, мелькнул в небесах и растворился в космическом мраке, чтобы вернуться к нам 13 апреля 2029 года, когда он в какой-то момент окажется на расстоянии 30 тысяч километров от Земли – ближе, чем спутники, располагающиеся на геостационарной орбите. После наступления сумерек жители Европы, Африки и Западной Азии в течение пары часов будут наблюдать «звездочку средней величины», пересекающую небосвод близ созвездия Рака. На нашей памяти Апофис станет первым астероидом, который нам удастся явственно различить невооруженным глазом. Подобное случается раз в тысячу лет.
Ученые не исключают возможности того, что на таком небольшом расстоянии Апофис будет разорван на части под действием силы притяжения Земли, и его обломки просыплются на нашу планету, подобно обломкам кометы Шумейкеров-Леви-9, которая, распавшись, изрешетила Юпитер в 1994 году.
Возможно также, что после этого сближения с Землей он сделает новый заход и тогда ровно семь лет спустя – 13 апреля 2036 года – все же врежется в нашу планету. Для этого в 2029 году Апофис должен оказаться на строго определенном расстоянии от Земли с точностью до 300 метров (сейчас мы можем прогнозировать его орбиту в 2029 году с точностью до 3000 (!) километров). Если Апофис войдет в этот коридор – «замочную скважину», как его часто называют, – у нас не будет возможности уклониться от столкновения. Сила притяжения Земли развернет астероид, и наша планета сама направит его на себя.
В любом случае траектория Апофиса решительно изменится. До сих пор она целиком лежала внутри орбиты нашей планеты, и большую часть времени астероид располагался так, что Солнце заслоняло его, не давая астрономам вести за ним наблюдение. После сближения с Землей его орбита вытянется и станет эксцентричной. Апофис будет курсировать от Венеры до Марса, регулярно пересекая орбиту нашей планеты, – иногда в опасной близости от нас.
Если же случится худшее, то, когда траектория Апофиса будет определена точнее, мы сумеем хотя бы приблизительно оценить область падения этого «снаряда» – очертим вокруг нашей планеты полосу шириной 45 километров. Пока предполагается, что он может упасть где-то на территории от Казахстана до Тихого океана включительно, и далее он угрожает Калифорнии, Центральной Америке, а также акватории Атлантического океана. Под угрозой находятся такие крупные города, как Манагуа (Никарагуа), Сан-Хосе (Коста-Рика) и Каракас (Венесуэла). Но самым вероятным местом падения кажется Тихий океан, а наиболее реальной угрозой – волны цунами высотой 20 метров, которые обрушатся на побережье Калифорнии.
Разумеется, этот сценарий скорее фантастичен. Сама вероятность такого развития событий крайне мала. По нынешней оценке, она составляет всего 1: 45 000.
К тому же в судьбу зловещего астероида может вмешаться человек. «Проведенный нами анализ показывает, что Апофис можно было бы сдвинуть на 25 километров, если бы в 2026 году удалось изменить скорость его движения на одну десятую долю миллиметра в секунду (!)», – подчеркивает Дон Йеомэнс, менеджер проекта «Near Earth Object» (с 1998 года НАСА по поручению правительства США следит за NEO, Near Earth Object – «объектами, сближающимися с Землей»). Этого было бы достаточно, чтобы после прохождения мимо Земли в 2029 году астероид не повернул бы в сторону нашей планеты. Для корректировки курса надо направить в него снаряд массой в одну тонну, разогнав его до скорости 8000 километров в час, обстрелять астероид, как в 2005 году – комету Темпеля-1.
«Явление Апофиса ученым» – показательный пример нашей беспечности, того, как мы плохо подготовлены к возможной катастрофе. А ведь эта планетка – всего одно из множества небесных тел, снующих близ Земли. По оценке астрономов, около 900 астероидов теоретически могут когда-нибудь столкнуться с Землей, ведь их орбиты пересекаются с орбитой, по которой обращается наша планета.
Проблема еще и в том, что, узнав о высокой вероятности падения астероида, например, на Калифорнию, власти США могут использовать все возможные средства, чтобы отвести угрозу от своей страны, то есть хотя бы немного затормозить или ускорить астероид, лишь бы он миновал один из самых процветающих штатов Америки, и тогда выше будет вероятность падения «снаряда» на какую-то другую страну, лежащую в этой полосе. Космическая безопасность становится крайне щекотливой, даже взрывоопасной темой, которая разделит целые народы на «чистые» и «нечистые» по их отношению к высоким технологиям. Как грустно отмечает обозреватель немецкой газеты «Die Zeit», «возможно, конфликты, которые разразятся из-за попыток отвести угрозу от своей страны и тем самым создать непосредственную угрозу для других стран, могут унести больше жертв, чем само столкновение с астероидом».
А может быть, астероиды через какое-то время превратятся в оружие массового поражения? Британские астрономы Дэвид Эшер и Найджел Холлуэй несколько лет назад представили компьютерную модель, в которой им удалось, устроив 15 нацеленных ядерных взрывов, – бомбы доставлялись на орбиту Земли с помощью ракет, – направить на Британские острова астероид 1998 НН49 диаметром 200 метров. Его падение было равносильно падению 50 тысяч бомб, сброшенных на Хиросиму. В радиусе 100 километров от центра взрыва всё было разрушено.
По словам ученых, когда космическое сообщение станет более оживленным, подготовку к подобной адской атаке можно будет вести совсем незаметно, доставляя на орбиту ядерные боеголовки с помощью обычных транспортных кораблей. Остается добавить, что в истории человечества все научные открытия так или иначе находили применение в военном деле.
Какой финал ждет нашу планету?
Со временем Солнце превратится в красного гиганта, стремительно разрастется и поглотит или выжжет дотла ближайшие к нему планеты. Однако детали этого апокалипсиса пока не ясны. Ученые продолжают спорить о том, каких размеров достигнет наше светило. Как изменятся радиусы ближайших к Солнцу планет? Что произойдет с Землей?
Существуют разные сценарии этой катастрофы. Вот один из них, представленный учеными из потсдамского Института изучения климатических изменений во главе с Зигфридом Франком. Уже через 1,6 миллиарда лет Солнце будет светить на 15 % ярче, чем теперь. Средняя температура на нашей планете составит 60–70 °C. Огромное количество водяных паров, скопившихся в атмосфере, будет лишь усиливать парниковый эффект. Высохнут моря и океаны. Все высшие формы жизни погибнут. На какое-то время уцелеют разве что бактерии, обитающие в недрах земли, на километровой глубине.
Земля погибнет еще до того, как Солнце достигнет предельных размеров красного гиганта
Пышные зеленые ландшафты уступят место унылым пустошам. Исчезнут растения, которые формировали почву и укрепляли ее. Это значительно ускорит эрозионные процессы. Там, где простиралась безмерная толща воды, будут расстилаться бескрайние пустыни-солончаки. Прекратится движение литосферных плит, а вместе с тем перестанут расти горы. Земная поверхность станет однообразно гладкой.
Значительно изменится и состав земной атмосферы. Под действием ультрафиолетового излучения молекулы воды расщепляются. При этом более легкий водород постепенно улетучивается в космическое пространство, поскольку земное притяжение не способно удерживать его очень долго. Более тяжелый кислород скапливается в атмосфере, и потому давление воздушной оболочки будет нарастать. Через полтора миллиарда лет оно окажется в сотни раз выше, чем теперь. Железо, содержащееся в минералах, будет поглощать кислород, и вся поверхность Земли со временем окрасится в цвета ржавчины. «Голубая планета» Земля станет двойником «Красной планеты» – Марса.
Теперь перенесемся на 7,5 миллиарда лет вперед (этот сценарий предложили американские планетологи Джеффри Карджел, Брюс Фегли и Лаура Шефер). К тому времени радиус Солнца увеличится в 250 раз по сравнению с нынешним. Нашу планету можно назвать тогда пленницей своего светила. Одна ее сторона вечно обращена к Солнцу, там длится нескончаемый день. Другая сторона погружена в вечную ночь. На границе этих двух областей царят непреходящие сумерки.
Температура в океане магмы, простершемся на «солнечной стороне» Земли, достигнет 2200 °C. В таком пекле даже магма начнет испаряться. Труднее оценить то, что будет происходить на «ночной стороне» Земли. Если к тому времени там сохранится плотная атмосфера, то и эта половина планеты раскалится. Но если воздушная оболочка, удерживающая тепло, исчезнет, то там станет очень холодно, предполагает Карджел. Тогда Земля будет напоминать Меркурий. В полуденные часы эта ближайшая к Солнцу планета разогревается до 460 °C, а ночью промерзает до минус 170 °C. На «ночной стороне» Земли, как показывают расчеты, температура и вовсе может опуститься до 240 градусов ниже нуля.
Итак, климат на нашей планете станет очень причудливым. На ее «солнечной стороне» испарятся кремний, железо и магний. В «сумеречной зоне» они будут конденсироваться. «Там на поверхность планеты будут обрушиваться дожди из жидкого железа и, может быть, осадки в виде снега из моноксида кремния», – предполагает Карджел. А на «ночной стороне» Земли начнут выпадать снежные хлопья из натрия и калия.
Посреди океанов из расплавленных пород будут громоздиться материки, сложенные из натрия, калия, алюминия и кальция, покрытые ледниками, состоящими из кремния, железа и магния. Но не только! Температура на «ночной стороне» будет достаточно низкой для того, чтобы там возникли огромные ледяные шапки из углекислого газа, диоксида серы и аргона. Возможно, под ними еще будут плескаться целые моря воды – грустное напоминание о прежнем прошлом планеты.
Но разве к тому времени она уцелеет? Разве ее не поглотит Солнце? Расчеты показывают, что неимоверно увеличившееся Солнце все слабее будет удерживать внешние слои своей оболочки. Почти треть массы оно потеряет в виде солнечного ветра. Соответственно, оно слабее будет и притягивать к себе планеты. Радиусы их орбит возрастут тоже почти на треть. В частности, радиус орбиты, по которой движется Земля, увеличится до полутора астрономических единиц, а значит, наша планета успеет выскользнуть из «пламенных объятий» светила. Ее поверхность расплавится, но, пусть и выжженная дотла, она все так же будет обращаться вокруг Солнца, превратившись в каменный шар, залитый огнем. Этот вывод обнародовали в 2001 году немецкий астроном Клаус-Петер Шрёдер и его британские коллеги Роберт Коннон Смит и Кевин Эппс.
Но история на этом не заканчивается. В своем новом сценарии, опубликованном несколько лет спустя, Шрёдер и Смит учли дополнительные факторы, в том числе действие приливных сил. Эта поправка оказалась очень важной. Когда выжженная Земля будет кружить в непосредственной близости от Солнца, ставшего гигантской звездой, – подобно тому, как Луна кружит рядом с Землей, – то из-за приливного торможения она начнет двигаться по своего рода «спирали смерти», и задержать ее падение будет нельзя. Земля, как шарик, покатившийся по склону горы, соскользнет навстречу Солнцу, в его огненную топку.
Итак, судя по последним расчетам, Земля погибнет еще до того, как Солнце достигнет предельных размеров. Она сгорит примерно через 7,59 +/– 0,05 миллиарда лет. К такому результату пришли Шрёдер и Смит, опубликовавшие статью об этом на страницах авторитетного журнала «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». «Мы, в общем-то, уверены в том, что Земле не удастся избежать трагического финала, – говорит один из авторов этого сценария, Шрёдер. – Чтобы уцелеть, она должна была находиться на 22,5 миллиона километров дальше от нашего светила, чем она располагается сейчас».
Таким образом, судьба четырех планет земного типа, похоже, предрешена. Марс останется в стороне от этого крушения миров, ну а Меркурий и Венера сгорят еще раньше, чем Земля. Или новые гипотезы астрономов все-таки подарят нашей планете хотя бы один шанс?
А, кстати, может ли уцелеть в этом апокалипсисе жизнь? Каковы прогнозы ученых? Как известно, в окрестности звезды существует так называемая зона жизни. Ее очертания со временем меняются. Так, через 7 миллиардов лет планета Марс станет вполне пригодной для жизни – такой же, как сейчас Земля. Но это продлится «недолго» – 100 миллионов лет. Затем и там станет слишком жарко для всего живого. Зато через 7,4 миллиарда лет на спутнике Юпитера, Европе, климат будет таким же, как на Земле. Через несколько миллионов лет в зоне жизни окажутся уже спутник Сатурна, Титан, и спутник Урана, Оберон. Так что, нашим далеким потомкам, ежели таковые уцелеют, придется постоянно переселяться из одного региона Солнечной системы в другой. Со временем в окрестности Солнца появятся сотни водных миров. Растают толщи льда, сковывавшие спутники планет-гигантов, а также малые планеты из пояса Койпера, и их поверхность покроется морями и океанами. Но все эти водные миры просуществуют лишь несколько сотен миллионов лет, – пожалуй, слишком мало для того, чтобы там могла зародиться хотя бы примитивная жизнь. Когда же Солнце погаснет, все эти малые планеты снова будут скованы льдом – и теперь уже навсегда!
