Eksperci: naukowcy dopracowują metody wykrywania i śledzenia trajektorii groźnych asteroid

Dr Tomasz Barciński jest kierownikiem Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Specjalizuje się w teorii sterowania i mechatronice. Kieruje zespołami pracującymi nad najważniejszymi misjami kosmicznymi z udziałem Polski, w tym budową europejskiego kosmicznego teleskopu rentgenowskiego ATHENA czy sondy Comet Interceptor mającej przechwycić kometę spoza Układu Słonecznego. Pracuje też przy projekcie kosmicznej śmieciarki w programie ESA ClearSpace oraz polskiego satelity obserwacyjnego Eagle Eye.

Dr hab. Małgorzata Królikowska-Sołtan, prof. Centrum Badań Kosmicznych PAN, pracuje w Zakładzie Dynamiki Układu Słonecznego i Planetologii CBK, była kierownik Zakładu. Jej główne zainteresowania to dynamika małych ciał Układu Słonecznego, w tym wpływ niegrawitacyjnych efektów na ich orbity.

Polska Agencja Prasowa: Niedawno w odległości mniejszej niż dystans między Ziemią i Księżycem naszą planetę minęła kilkudziesięciometrowa asteroida. Co jakiś czas pojawiają się doniesienia o zbliżającym się podobnym obiekcie. Jakie jest prawdopodobieństwo, że w ciągu np. stu lat w Ziemię uderzy asteroida, która zagrozi naszej cywilizacji czy zniszczy znaczną część kontynentu?

Dr hab. Małgorzata Królikowska-Sołtan: Odpowiadając krótko: bardzo małe, m.in. dlatego, że im większy obiekt, tym prawdopodobieństwo uderzenia jest mniejsze. Co roku ileś ton drobnych pyłów wnika w atmosferę Ziemi i zostaje w niej "spalone", a także jedna lub kilka brył o rozmiarach kilku – kilkunastu metrów uderza gdzieś w Ziemię. Jednak, ponieważ powierzchnia naszej planety w większości pokryta jest wodą, to często tego nie zauważamy.

PAP: Niebo od dawna jest obserwowane, także pod kątem potencjalnie niebezpiecznych obiektów. Czy jednak wiele takich ciał pozostaje nieznanych?

M.K.S.: Niebo jest systematycznie monitorowane od jakichś 20 lat, dziś robimy to coraz intensywniej i jesteśmy w stanie coraz dalej (wcześniej) dostrzec coraz słabsze, czyli mniejsze obiekty. Istnieje wiele projektów poświęconych ściśle poszukiwaniu obiektów zagrażających Ziemi. Dużych planetoid bliskich Ziemi (powyżej 1 km) dziś odkrywa się kilka rocznie; szacuje się, że dobrze ponad 90 proc. tego typu obiektów już zostało odkrytych. Jednocześnie co roku odkrywamy nadal kilkaset planetoid bliskich Ziemi, większych niż 140 m. Już z tego faktu można wyciągnąć wniosek, że nadal wiele takich obiektów pozostaje nieznanych.

PAP: Jak trudno jest oszacować, czy dany obiekt jest groźny dla Ziemi?

M.K.S.: Fachowiec umie to zrobić, a dziś rutynowo zajmuje się tym NASA, aktualizując stan wiedzy o takich obiektach. Ale problem duży tkwi w tym, że nie wystarczy raz policzyć, aby spać spokojnie. Bo orbita każdej planetoidy stale doznaje perturbacji planetarnych - czyli się zmienia (wszystkie orbity, które gdziekolwiek są podawane, są orbitami chwilowymi - na konkretną datę, tzw. epokę; fachowo się mówi, że są to tzw. orbity oskulacyjne). Umiemy dobrze liczyć numerycznie ruch takich planetoid w naszym Układzie Słonecznym, z uwzględnieniem oddziaływania grawitacyjnego nie tylko pochodzącego od planet, ale i od najmasywniejszych planetoid. Jednak im dłuższy ma być okres przewidywania ruchu danej planetoidy, tym niepewność jej trajektorii rośnie.

PAP: Można to wyjaśnić na przykładzie?

M.K.S.: Na przykład wyobraźmy sobie, że orbitę jakiejś planetoidy znamy dziś bardzo dobrze. Wystarczy jednak, że nasza niepewność minimalnej odległości, z jaką minie ona Ziemię, będzie na poziomie kilkudziesięciu metrów, a już ta różnica może decydować, czy np. za 20 lat ta planetoida uderzy w Ziemię, czy nie. Zdarza się tak, że rachunki pokazują bardzo wąski zakres odległości od Ziemi (w chwili największego zbliżenia planetoidy z Ziemią - PAP), który może skutkować całą serią zderzeń z Ziemią w przyszłości. Mówimy wówczas o zjawisku ‘dziurki od klucza’ (ang. keyhole). Zatem nie wystarczy raz policzyć orbity każdego obiektu i uznać, że jest to planetoida zagrażająca Ziemi - albo też niezagrażająca. Trzeba wszystkie dziś znane obiekty określane jako NEO (obiekty bliskie Ziemi) stale obserwować - zwłaszcza te, o których wiemy, że w przyszłości przejdą w bezpiecznej, ale niewielkiej odległości od Ziemi.

PAP: Ryzyko uderzenia w Ziemię jest niewielkie, ale niezerowe. Czy przy obecnej technologii moglibyśmy się obronić przed groźną asteroidą?

Dr Tomasz Barciński: To zależy między innymi od jej trajektorii, czyli tego, w jaki sposób się porusza. Może lecieć szybciej lub wolniej. Przy większej prędkości trzeba byłoby mocniej odchylić jej lot, a więc użyć większej siły. Ważne są też oddziaływania grawitacyjne, które mogą ułatwiać lub utrudniać zadanie. Może być więc tak, że zmiana toru asteroidy będzie relatywnie łatwa i wystarczy niewielka korekta, a może też pojawić się sytuacja dokładnie odwrotna.

PAP: Czy można założyć, że w prostszych scenariuszach byśmy sobie poradzili?

T.B.: Mielibyśmy szansę. Pokazała to misja DART, która nieznacznie zmieniła tor jednego z ciał w podwójnym układzie asteroid planetoid. W misji tej udało się nieco zmienić orbitę Dimorphosa - księżyca planetoidy Didymos. Wysłana z Ziemi sonda po prostu uderzyła w Dimorphosa i przekazała mu swoją energię swój pęd. Zmiana była na tyle znacząca, że można ją dostrzec z pomocą teleskopów naziemnych. Jeśli podobne ciało zmierzałoby w stronę Ziemi i warunki byłyby dla nas sprzyjające - mielibyśmy więc szansę, by się obronić.

PAP: Jak dokładnie działał próbnik wysłany w misji DART?

T.B.: Aby zmienić tor ciała niebieskiego, trzeba przyłożyć do niego siłę. W programie DART nastąpiło uderzenie w kosmiczne ciało statkiem kosmicznym, który oddał swój pęd – podobnie jak bila uderzająca w inną bilę. Pojazd całkowicie rozbił się na planetoidzie, co oznacza, że praktycznie przekazał jej cały swój pęd. To zderzenie jest dość złożonym procesem, w którym następuje zniszczenie sondy, zniszczenie fragmentu powierzchni planetoidy i wyrzucenie jej fragmentów do tyłu w postaci pióropusza. Mimo to, z pewnością suma pędu planetoidy i sondy kosmicznej przed i po zderzeniu niemal nie zmienia się.

PAP: Jak duża część asteroid może zareagować na działanie tego typu? Co, gdy któraś z nich będzie pokryta grubą warstwą pyłu, albo będzie to dosyć luźny zbiór wielu małych skał?

T.B.: To może być mało intuicyjne, ale wtedy ta metoda też powinna zadziałać. Nie ma dużego znaczenia, jak miękka jest asteroida. Ważne, aby pojazd w całości został na niej rozbity. Wtedy jego pęd zostaje przekazywany uderzanemu ciału. W przypadku ciała w postaci wielu luźno powiązanych z sobą drobin metoda ta również może zadziałać, pod warunkiem tylko, że uderzający pojazd nie przeleci przez atakowany obiekt, tylko się w nim zatrzyma, a zderzenie nie spowoduje rozpadnięcia się tego ciała na kawałki.

PAP: Istnieją jeszcze inne sposoby?

T.B.: Holowanie. Jeden lub kilka statków kosmicznych ląduje wtedy na powierzchni i pcha asteroidę z pomocą napędów rakietowych. Tutaj pojawia się ciekawa możliwość. Otóż w niektórych przypadkach można by wytwarzać paliwo z miejscowego regolitu. Możemy też odrzucać w przeciwnym kierunku sam regolit, korzystając np. z łatwo dostępnej energii słonecznej. Po pierwsze, na zasadzie odrzutu spowoduje to ruch asteroidy - a po drugie, jednocześnie będzie zmniejszało jej masę. To brzmi trochę jak science-fiction, ale podobny wydźwięk miała misja DART, która właśnie zakończyła się sukcesem.

PAP: Wspomniał Pan o energii słonecznej. Czy jej działanie też bezpośrednio nie odchyla niektórych ciał?

T.B.: Są właśnie też takie pomysły, aby kierować na asteroidę skupione światło słoneczne lub laser, i w ten sposób odparowywać materiał z powierzchni. Także w tym przypadku, na zasadzie odrzutu powstanie siła, która asteroidę będzie popychała w przeciwnym kierunku.

PAP: A bardziej drastyczne metody?

T.B.: Można wylądować na asteroidzie, wywiercić w niej dziurę lub kilka i umieścić w nich ładunki, na przykład nuklearne. Potem następuje eksplozja i asteroida się rozpada.

PAP: Czy można przewidzieć skutki takiego zabiegu? Przecież może powstać wiele fragmentów, które być może stworzą jeszcze większe zagrożenie.

T.B.: To prawda, dlatego takie podejście wymaga przeprowadzenia wielu symulacji, w których testuje się różnorodne scenariusze. Uwzględnia się w nich np. cały wachlarz warunków początkowych i sprawdza się możliwe skutki eksplozji.

PAP: Czy budowa asteroidy nie może zaskoczyć naukowców? Jeśli do symulacji wprowadzą niewłaściwe dane, to wynik też będzie nieprawidłowy.

T.B.: To niestety też prawda. Dlatego w tym przypadku czasami mówi się o misjach dwuetapowych. W tego typu projekcie najpierw poleciałby próbnik, który - orbitując wokół asteroidy - dokładnie by ją zbadał, a z pomocą odpowiednich czujników czy impaktora nawet zajrzał pod jej powierzchnię. Pytanie jednak o czas, który mielibyśmy do dyspozycji.

PAP: Które metody najintensywniej się bada?

T.B.: Można wymienić dwie. Pracuje się już nad miękkimi lądowaniami na lekkich ciałach. Były już prowadzone misje demonstracyjne tego rodzaju, jak na przykład lądowanie na planetoidzie Itokawa przez sondę Hayabusa. Druga kategoria to właśnie uderzanie w asteroidę, podobnie jak miało to miejsce w niedawnej misji DART.

Warto wspomnieć o rozwijającym się coraz szybciej kosmicznym górnictwie, w które inwestują już komercyjne firmy i różne instytuty. W głównej mierze nie chodzi w nim nawet o dostęp do surowców z myślą o wykorzystaniu na Ziemi, ale o użycie ich w kosmosie. Mowa na przykład o wodzie, z której można uzyskać paliwo rakietowe. Takie prace też mogą pomóc.

PAP: Wygląda więc na to, że teoretycznie już za kilka dekad będziemy całkiem bezpieczni, nawet gdyby jakiś kosmiczny obiekt zagrażał Ziemi.

T.B.: Metody takie, jak użyty w misji DART impaktor, wymagają dopracowania, inne – dopiero rozwinięcia. Na szczęście żyjemy w bardzo sprzyjającym systemie. Chroni nas ogromny Jowisz – zewnętrzna planeta, która z pomocą swojej potężnej grawitacji działa jak odkurzacz i przyciąga różnorodne kosmiczne skały. Tylko dzięki niemu mogliśmy się rozwinąć jako ludzki gatunek. (PAP)

Nauka w Polsce, Marek Matacz

mat/ zan/