ЧС в космосе

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время растет беспокойство ученых и широкой общественности по поводу возможной глобальной или региональной катастрофы, вызванной падением на Землю небесного тела - большого метеорита, астероида или кометы. Такие события, хотя и редко, но происходили в истории Земли. Обсуждение их в средствах массовой информации часто сопровождается запугиванием читателя, когда неправомерно усиливается угроза от ожидаемого столкновения.

В Солнечной системе, помимо планет, имеется большое количество так называемых малых тел. К ним относятся астероиды (малые планеты), кометы, метеороиды и межпланетная пыль.

Развитие физики элементарных частиц тесно связано с изучением космического излучения — излучения, приходящего на Землю практически изотропно со всех направлений космического пространства. Измерения интенсивности космического излучения, проводимые методами, аналогичными методам регистрации радиоактивных излучений и частиц, приводят к выводу, что его интенсивность быстро растет с высотой, достигает максимума, затем уменьшается и с h =50 км остается практически постоянной. Огромное влияние на земную жизнь оказывает солнечная радиация.

Таким образом, космические ЧС — это опасности, угрожающие человеку из Космоса. Прежде всего, это опасные космические объекты (ОКО) и космические излучения.

Цель данной работы: изучить проблему космических ЧС.

Задачи данной работы:

1. Дать характеристику космическим телам, которые могут вызвать космические ЧС.
2. Изучить последствия космических ЧС.

 

 

АСТЕРОИДЫ

Астероиды — это малые планеты, диаметр которых колеблется в пределах 1-1000 км. Самые первые и, естественно, самые крупные астероиды были открыты 200 лет назад с помощью простейшего телескопа (астероид № 1 Церера обнаружен в ночь на 1 января 1801г.). Интерес к этим небесным телам рос по мере усовершенствования техники наблюдения. Наблюдательные средства, используемые в конце XX столетия, позволили обнаружить несколько десятков тысяч малых планет. Практически все они расположены между орбитами Марса и Юпитера - в главном поясе астероидов. Составлен каталог, включивший примерно 8 тыс. астероидов с хорошо известными орбитами; есть еще около 12 тыс. малых планет, чьи орбиты определены неуверенно, так как они наблюдались для этого недостаточное время. Строго доказано, что из всего изобилия астероидов примерно 500 имеют орбиты, пересекающие или опасно приближающиеся к орбите Земли. Полное же возможное число таких "опасных" объектов оценивается в несколько тысяч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОМЕТЫ

Кометы известны с глубокой древности. Эти небесные тела, которые по мере приближения к Солнцу становятся все ярче и приобретают длинные (тоже очень яркие) хвосты, появляются довольно редко, а главное - внезапно. За всю историю человечества отмечено около 2 тыс. появлений комет. Почти для половины из них нет точных сведений о положениях и моментах времени наблюдений, поэтому ничего определенного об их орбитах сказать нельзя. Большинство комет движется хаотично в результате эпизодических сближений с большими планетами. Перемещаясь по разнообразным и вытянутым орбитам вокруг Солнца, они также могут подходить близко к планетам, а порой и сталкиваться с ними. В 1993 г. комета Шумейкера-Леви 9, открытая за год до этого, упала на Юпитер. Фиксируют астрономы падение комет и на Солнце.

Кометы делят на два основных класса в зависимости от периода их обращения вокруг Солнца. Короткопериодическими называют кометы с периодами  обращения менее 200 лет, а долгопериодическими – с периодами более 200 лет.

Исследования, выполненные в последние годы, свидетельствуют о существовании такой же многочисленной, как и главный пояс астероидов, популяции объектов во внешних частях Солнечной системы. Источниками появлений комет (как короткопериодических, так и долгопериодических) считаются скопления материи вне и на периферии нашей планетной системы - "Облако Оорта" и "пояс Койпера". Последний, находящийся за орбитой Нептуна, по-видимому, можно рассматривать как аналог главного пояса астероидов.

Добавим ко всему сказанному, что Земля ежегодно в своем движении по орбите пересекает десятки метеорных потоков (роев), которые состоят из тел разного размера и состава, перемещающихся в пространстве Солнечной системы. Таких мелких объектов ежегодно выпадает на Землю несколько сотен тонн. Теперь можно лучше представить, насколько велика вероятность встречи Земли с астероидами, кометами или метеороидами.

ВХОД МЕТЕОРОИДА В АТМОСФЕРУ

Процесс входа метеороидов в атмосферу довольно хорошо изучен. Сначала эти тела вступают во взаимодействие с очень разреженной верхней атмосферой, где мелкие частицы размером до 100 мкм полностью сгорают. Более крупные достигают плотных слоев атмосферы. Перед летящим метеороидом образуется ударная волна, и атмосферные газы между ее фронтом и поверхностью небесного тела сильно сжимаются и нагреваются. Ударные волны от падающих на поверхность Земли с большой скоростью крупных метеороидов могут вызвать серьезные разрушения.

Метеориты, достигшие земной поверхности, редко представляют собой единое целое, что и неудивительно, так как аэродинамические напряжения превышают прочность метеороидов. Только самые прочные железные или каменные метеориты могут достичь поверхности Земли, имея высокую скорость и не будучи разрушенными аэродинамическими силами. Результатом их удара о Землю будет поле рассеяния кратеров. Начиная с некоторого размера метеороида, его фрагменты заполняют весь эллипс рассеяния обломков и возникает только один кратер при почти одновременном ударе о поверхность множества обломков. На Земле такое происходит, когда масса метеороида превышает 100 т.

После того, как метеороид прошел через атмосферу и столкнулся с поверхностью, развиваются процессы, подобные тем, что наблюдаются при взрыве ядерной бомбы. Если скорость объекта достаточно велика (более 15 км/с), то происходит сильное испарение вещества и метеороида и поверхностных слоев Земли. При расширении пара от точки удара формируется ударная волна. Над местом падения образуется классическое грибовидное облако, которое может захватывать пыль и обломки, поднимать их на большую высоту. Если сила удара превышает некоторый порог, султан горячего пара способен "прорвать" атмосферу Земли и выйти в космическое пространство (рис. 5, б). Такой "прорыв" наблюдается, когда размер султана горячего пара существенно превосходит характерную высоту атмосферы (8.5 км при нормальных условиях). Предполагается, что с этим процессом связан выброс тектитов - стекловидных шариков затвердевшего расплава - за пределы земной атмосферы. Многие поля рассеяния тектитов простираются на тысячи километров, что трудно объяснить чем-либо иным, кроме продолжительного баллистического полета их за пределами земной атмосферы.

Численное моделирование показало, что для начала "прорыва" в атмосфере должна выделиться энергия, эквивалентная энергии взрыва 150 Мт тротила. Расчеты также свидетельствуют, что такой "прорыв" возможен при образовании кратера диаметром более 20 км. Это соответствует падению астероида размером 0.5-1 км. Напомним, мощность самого большого из известных наземного ядерного взрыва, проведенного в 1961 г. в Советском Союзе, составляла 60 Мт, или 2.5 • 1017 Дж энергии, выделившейся в атмосфере.

Попадание космических тел при их столкновении с Землей в океан, а не на сушу - более вероятное событие в силу большей площади поверхности океана на планете. При столкновениях с крупными телами (размером несколько километров и более), оказывающих глобальное воздействие на Землю, последствия их попадания на сушу и в океан близки по масштабам. Падение малых тел в океан должно приводить к меньшим последствиям, чем падение их на сушу. Удары тел промежуточных размеров (100 м и более) могут нанести больший ущерб, если они падают в океан, а не на сушу. Причиной тому - волны цунами, которые будут формироваться в океане. Распространяясь по поверхности воды со слабым затуханием, они обрушатся на побережье на значительном его протяжении.

 

 

 

 

АСТРОБЛЕМЫ И БИОТИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ

Согласно геологическим и астрономическим данным, Земля в течение сотен миллионов лет бомбардировалась достаточно интенсивным потоком космического вещества - астероидами, кометами и метеороидами. В настоящее время на ее поверхности известно свыше 230 больших ударных кратеров - их называют астроблемами ("звездные раны"). Крупнейшие из них имеют диаметр до 200 км. Далеко не вся земная поверхность обследована, поэтому даже на суше могут быть открыты новые кратеры и астроблемы.

Возраст определен всего лишь для 37 кратеров, диаметр которых больше 20 км.

Каждой геологической эре, периоду, эпохе соответствует свой тип биосферы. Смена видового состава на рубеже эр, периодов и эпох происходила в силу изменения природных условий на Земле. Но столкновения с крупными небесными телами также могли быть причиной изменений видового состава биоты.

На протяжении фанерозоя (возраст менее 570 млн. лет) происходили неоднократные массовые вымирания биоты - биотические кризисы - и оледенения значительной части земной поверхности, причем оледенения наступали в периоды не только холодного глобального климата, но и глобальных потеплений. Считается, что биотические кризисы вызываются как геологическими изменениями на Земле, так и ее столкновениями с астероидами или кометами.

За последние 250 млн. лет начало почти всех геологических периодов и эпох связано с одновременным появлением на Земле ударных кратеров диаметром более 20 км. Такой кратер образуется при падении астероида диаметром 1.5 км со скоростью около 20 км/с. Подобное столкновение ведет к гибели значительной части биоты. Падение даже в 10 раз меньшего небесного тела способно вызвать серьезные локальные и даже глобальные (через воздействие на климат) последствия, нанести значительный ущерб сельскому хозяйству во всем мире. Многие границы геологических периодов отмечены не одним, а несколькими столкновениями нашей планеты с крупными небесными телами, что наводит на мысль о "ливнях" космических ударов по Земле в эти временные интервалы, длительность которых 1-3 млн. лет. Следует также учитывать, что поверхность океанов, составляющая почти 70% земной поверхности, не сохранила следов ударов, поэтому число ударных воздействий на самом деле могло быть гораздо больше.

При падении на Землю метеоритов происходит не только образование кратера со всеми сопутствующими последствиями - землетрясения, разрушения взрывной ударной волной, изменения ландшафта, но и выброс вещества в атмосферу. Масса этих выбросов во много раз превышает массу упавшего тела. Если его размер достаточно велик, то могут создаться условия, когда выбросы вещества в атмосферу приобретут глобальный характер. Математический анализ выбросов в атмосферу и их последствий показал, что, когда превышается определенный порог, возможно глобальное изменение климата.

Заметим, что впервые подобные расчеты проводились для анализа последствий ядерной войны, и тогда эффект глобального изменения климата получил название "ядерная зима". Из анализа экспериментов, осуществляемых в ходе испытаний ядерного оружия, следует, что взрыв с эквивалентной энергией 105-106 Мт должен повлечь за собой образование такого большого количества пыли в атмосфере, что это вызовет понижение средней температуры на 10°С и более на значительной части суши. К аналогичным последствиям приводит и столкновение Земли с астероидами и кометами, если их размеры превышают 1-2 км, а скорости не менее 20 км/с.

Наиболее изучено массовое вымирание биоты на рубеже мезозоя-кайнозоя, то есть 65 млн. лет назад. Тогда погибло почти две трети всех видов живых организмов, населявших Землю, полностью вымерли динозавры. С этим же моментом в геологической истории Земли связан слой отложений, характеризующийся повышенной концентрацией элемента иридия.

Еще в середине 50-х годов была высказана гипотеза, согласно которой иридий был привнесен на Землю вспышкой сверхновой звезды в окрестностях Солнца. Жесткая радиация после вспышки сверхновой, достигнув Земли, могла привести к массовому вымиранию биоты. Лауреат Нобелевской премии по физике Л. Альварес с коллегами вычислил расстояние до сверхновой, взрыв которой мог быть причиной образования слоя иридия в отложениях рубежа мел-палеоген. Оказалось, что это расстояние должно было составлять всего 0.3 пс (1 пс = 30.86 х 1012 км), что свидетельствовало бы об исключительности события.

Современные знания о феномене сверхновой не позволяют говорить о вспышке звезды на таком близком расстоянии от Солнца. А так как слоев с повышенным содержанием иридия несколько в земной истории, то сверхновые звезды явно не имеют к ним отношения. Поэтому Альварес отказался от гипотезы о сверхновых как источниках аномального содержания иридия и выдвинул другую гипотезу, связавшую и образование иридиевого слоя, и вымирание динозавров с одной общей причиной: падением на Землю крупного астероида или ядра кометы. Основанием для этого предположения послужил следующий факт: содержание иридия в метеоритах почти в 1000 раз больше, чем в земной коре.

При таком столкновении должен был образоваться кратер диаметром около 200 км. Физическое и климатическое воздействие подобного удара достаточно для объяснения полного вымирания наземных животных, масса тела которых больше 10 кг, и половины всех биологических видов живых существ. Вероятно, след этого события сохранился на полуострове Юкатан в Мексике -кратер Чиксулуб. Его диаметр 180 км, возраст 64.98 ± 0.04 млн. лет. Кратер получил название Чиксулуб (Chicxulub) – по наименованию расположенной неподалёку бедной деревушки. Не удивительно, что местные жители не догадывались, что ходят по мемориалу. Перепад высот на пяти километрах внешней границы воронки составляет всего несколько метров. По расчётам учёных, диаметр астероида, вызвавшего столь значительные разрушения, должен был составлять порядка 10 километров. Если только ущерб не причинила залётная комета. Последствия столкновения оказались губительными для всякой земной живности конца мезозойской эры. Предположительно, в воздух поднялись гигантские массы пыли, застилающей Солнце и препятствующей росту растений. Мгновенное испарение миллиардов тонн скальных пород привело к изменению климата на планете. Серные пары с места катастрофы вызвали выпадение кислотных дождей. В довершение всего, активизировалась поутихшая было вулканическая деятельность