Защищая Землю от космических угроз

Д-р Джозеф Н. Пелтон (Dr Joseph N. Pelton), Исполнительный совет, Международная ассоциация по повышению безопасности космического пространства

Д-р Рэм Жаку (Dr Ram Jakhu), Институт воздушного и космического права, Университет МакГилл

Д-р Скотт Мэдри (Dr Scott Madry), исполнительный директор, Всемирный институт космоса

В настоящее время Всемирное исследование принципов управления космическим пространством направлено на решение технических аспектов и выработку регуляторных действий для развития всесторонней планетарной оборонной стратегии.

Сэр Артур Кларк любил цитировать своего собрата, писателя-фантаста Ларри Нивена, частенько упоминая его знаменитое высказывание: «Динозавры вымерли, потому что у них не было космической программы. И если мы начнём вымирать, потому что и у нас нет космической программы, это послужит нам хорошим уроком!». Подобное, казалось бы, причудливое упоминание о конце эры динозавров и появлении млекопитающих на самом деле достаточно глубоко отражает человеческую природу. Язвительная цитата Нивена попадает прямо в самую суть проблемы. Обладаем ли мы достаточной силой воли и разумом, чтобы выжить и довести человеческие познания о Вселенной до уровня, достаточного, чтобы выявить основные космические риски, которые могут угрожать выживанию человеческой расы, а затем своевременно их предотвратить?

Ответом на данный вопрос служит один из ключевых аспектов проекта «Всемирное исследование принципов управления космическим пространством» Института воздушного и космического права Университета McGill – междисциплинарное исследование, проводимое под эгидой Монреальской резолюции, единогласно принятой в мае 2013 года более 100 учёными и юристами в области космического права, которое включает в себя не только анализ технологических возможностей, но также разработку институциональных и регулятивных мер, которые необходимы для обеспечения дальнейшего развития жизнеспособной стратегии планетарной обороны.

Итак, человечество пребывало в неведении о подобных космических угрозах до наступления космической эры в 1950 году. Наконец мы получили возможность проектировать космические зонды с датчиками, которые позволили нам определить характеристики геомагнитосферы, открыть радиационный пояс Ван-Аллена и установить состав нашей верхней атмосферы – каждый их этих компонентов вносит свой посильный вклад в защиту жизни на Земле.

В некотором отношении такая ситуация напоминает игру в русскую рулетку со случайным набором камней, металлических снарядов и солнечных бурь, которые часто ставят человечество на определённую грань риска. Вид опасности колеблется от большой городской катастрофы в результате воздействия номинального астероида, способного уничтожить крупный населённый пункт, до потери современной инфраструктуры по всему миру в результате мощного выброса корональной массы и до полного разрушения от воздействия гигантской кометы или астероида, которые могут уничтожить жизнь в том виде, в котором мы её знаем.

В настоящее время Всемирный анализ космического пространства Университета Макгилл выделяет три вида космических рисков, которые угрожают Земле:                                                                                                         

∙           солнечные вспышки и солнечные бури, известные как корональные выбросы массы (КВМ),

∙           изменения в магнитосфере Земли, в результате которых происходит уничтожение эффективного защитного слоя, способного отразить выбросы солнечной корональной массы,

∙           потенциально опасные астероиды и кометы, поток которых способен привести к массовому уничтожению.

Помимо вышеупомянутых основных рисков существуют и другие космические угрозы, в том числе орбитальный мусор, генерируемый человеком. Даже изменение климата представляет собой сложный аспект, который является результатом эффекта взаимодействия техногенного фактора и солнечной радиации на земную атмосферу (как форма солнечной угрозы, хотя мы его здесь и не рассматриваем).

Земля постоянно находится под воздействием не только солнечной радиации, но и космического излучения, которое обусловлено ядерными реакциями, происходящими на звёздах: новых, сверхновых и даже пульсарах. Недавний опыт и научные исследования показывают, что на самом деле человечество обязано всерьёз принять во внимание риски, исходящие от космического излучения.             

Солнечные вспышки и бури

Солнце представляет собой наш основной источник излучения. Оно щедро наделяет энергией Солнечную систему и Землю, особенно в ультрафиолетовой области спектра, и постоянным потоком рентгеновских и гамма-лучей. Точно также действуют и миллиарды звёзд во всей Вселенной; и наше текущее понимание активности Солнца, солнечных вспышек и выбросов корональной массы ведёт своё начало, в частности, от изучения других звёзд в галактике и за её пределами.

Солнечная активность осуществляется в соответствии с хорошо известным, но не общепонятным 11-летним циклом, который движется от солнечного минимума к солнечному максимуму. Последний пик цикла был пройден осенью 2013 года. Количество энергии, поступающее на Землю каждый день на расстоянии примерно 93 миллионов миль (149 млн км) от поверхности Солнца, в 10 000 раз превышает количество суммарной энергии в действительности «потребляемой» человечеством.

В 1859 году гигантский выброс корональной массы, в котором были задействованы миллиарды тонн ионов, скорость которых достигла миллионов километров в час, поразил Землю и вызвал комплекс мощных активных явлений. Это было так называемое «Событие Кэррингтона». Произошёл отказ телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке, а Северные сияния наблюдались по всему миру, даже гораздо южнее – над Кубой и Гавайями. Если бы это событие имело место сегодня, то по всему миру были бы разрушены линии электроснабжения, выведены из строя жизненно важные системы телекоммуникационных и космических навигационных спутников, затронуты системы газо-, нефте- и водопроводов.

Длинный протуберанец на Солнце 31 августа 2012 года. Изображение получено в обсерватории динамики Солнца (SDO) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства

Монреальский ледяной шторм 1998 года и разряд Хэллоуин в Скандинавии в 2003 году являют собой недавние примеры КВМ. Оба случая демонстрируют, как выбросы корональной массы могут вывести из строя энергетические системы и вызвать проблемы в функционировании жизненно важных инфраструктур. Мы не знаем, когда случится следующий крупный солнечный удар, но, если это будет массивный поток ионов, подобный тому, что имел место во время «события Кэррингтона», результаты могут быть действительно очень плачевными.

По оценке страхового общества Ллойдс в Лондоне, от вероятных последствий явлений, подобных «событию Каррингтона», потенциальные экономические убытки составят триллионы долларов (США). Национальный совет по разведке Соединённых Штатов установил аналогию подобного ​​огромного выброса корональной массы с возможным «событием чёрного лебедя», которое нанесёт невообразимый вред человеческой жизни и глобальной инфраструктуре на Земле.                                                          

Солнечные вспышки генерируются с помощью магнитных перезамыканий на Солнце, приводящих к выбросу радиации мощностью в тысячу атомных бомб, посылающей потоки рентгеновских и гамма-лучей высокой мощности в космическое пространство со скоростью света. Этот «радиационный взрыв» отличается от КВМ (которое сопровождается высвобождением массы и ионов, а не излучения), но, тем не менее, вызывает особое беспокойство. Вспышки способны выводить из строя спутники, повышают риск онкологических заболеваний и приводят к генетической мутации. В регионах планеты, находящихся вблизи озоновой дыры, случаи заболевания раком кожи на 40 процентов выше, чем в остальной части мира. Также результаты наблюдений отмечают увеличение числа генетических мутаций у лягушек и других форм жизни.

По мере увеличения населения Земли с 7,5 млрд до приблизительно 10–12 млрд к концу века, при соответствующем росте жизненно важной инфраструктуры, уязвимой к воздействию солнечных бурь и солнечных вспышек, критичность подобных солнечных рисков будет только обостряться. Широкая общественность уже давно провела классификацию космических угроз в сфере межгалактических астероидов и комет. На данный момент времени всё большее беспокойство вызывают солнечные бури.

Изменение геомагнитосферы

Угрозы, исходящие от сильных солнечных бурь, вызывают беспокойство не только из-за увеличения численности населения и расширения электронной инфраструктуры на Земле и в космическом пространстве, но и из-за их влияния на эффективность наших защитных слоёв: радиационный пояс Ван Аллена, магнитосферу и атмосферу Земли, которые могут увеличиваться и сокращаться.

Мы также в курсе, что магнитные Северный и Южный полюса смещаются. Спутники Swarm Европейского космического агентства и недавно запущенные четыре спутника Magnetospheric Multiscale (MMS) НАСА (многоуровневое исследование магнитосферы) предоставляют нам всё больше и больше информации об изменении магнитного поля Земли. Геомагнитосфера стала приблизительно на 15 процентов менее эффективна в отражении суперзаряженных ионов в КВМ, чем 20 лет назад.

По словам Айвона Менарда, менеджера программы Swarm ЕКА, одна из вероятных причин объясняется тем, что магнитные полюса Земли готовятся перевернуться. «Данные наших экспериментальных спутников позволяют предположить, что северный магнитный полюс уже съехал в Сибирь», – следует его комментарий.

Часто мы слышим предположение, что от поистине сильного шторма нет защиты. Есть предложение создать некоторое подобие космических защитных инженерных средств. Развёртываемая магнитная система на L-1 точке Лагранжа в паре с солнечным энергетическим спутником возможно будут в состоянии обеспечить определённое экранирование вместе с функцией передачи солнечной энергии обратно на Землю (24 часа в сутки, 365 дней за год).

Мы должны, вне всяких сомнений, как можно глубже постичь физику солнечных бурь и характер изменений в геомагнитосфере. Помимо этого, нам следует придать иное толкование термину «небесная механика» и подумать о создании своего рода магнитного экрана применительно к самой экстремальной форме солнечных бурь.

Астероиды и кометы

В последние несколько десятилетий учёные обнаружили ещё более очевидные доказательства присутствия различных типов космических рисков, которые скрываются в космическом пространстве. Совсем недавно, в 2013 году, метеорит упал на крупный российский город: 1100 человек были ранены, повреждены 4000 зданий. В 1980-х годах обнаружен огромный круглый кратер диаметром 180 км в поперечнике и 900 м в глубину. Круглый кратер, идеальный по форме, располагается вдоль побережья плато Юкатан в Мексике и уходит далеко в залив.

В 1990 году изображения, переданные из космоса, подтвердили, что это действительно остатки гигантского астероида, который врезался в Землю. Удар был эквивалентен взрыву десятков тысяч ядерных бомб и сопровождался облаком пыли, которое закрыло Солнце, а само явление получило название «ядерная зима». Оно повлекло за собой массовое вымирание (​​известное как «событие K-T») и не только убило динозавров около 66 миллионов лет назад, но также уничтожило более 70 процентов всех видов растений и животных, которые в то время присутствовали на планете. Это был самый жестокий из пяти периодов массового вымирания на Земле; космические наблюдения окончательно подтвердили, что он стал результатом столкновения с огромным метеоритом.

Более поздний тревожный звонок-напоминание об опасных случаях, когда космические пришельцы могут врезаться в планеты на сверхзвуковых скоростях с ужасающей разрушительной силой, поступил в 1994 году, когда астрономы стали свидетелями падения нескольких фрагментов кометы на Юпитер, – комета раскололась при встрече с самой большой планетой Солнечной системы. Эпизод имел место около 20 лет назад, когда комета P / Шумейкер Леви 9 (D / 1993 F2) столкнулась с Юпитером.

24 марта 1993 года Каролин и Юджин Шумейкер вместе с Дэвидом Леви из обсерватории Palomar в Калифорнии впервые обнаружили комету и, естественно, заблаговременно до катастрофы спрогнозировали развитие событий. «Сложная» комета, состоящая из 21 различимого компонента, причём некоторые из них достигали 2 км в диаметре, в течение шести дней (между 16 и 22 июля 1994) обрушилась на Юпитер с взрывной силой, которую можно было легко наблюдать в телескоп. Это было первое подобного рода столкновение двух тел Солнечной системы, когда-либо наблюдавшихся и зарегистрированных; воздействие на Юпитер и его атмосферу было поистине пугающим.

С каждым годом мы всё больше узнаём о рисках столкновений с астероидами и кометами, и каждый год уровень угрозы растёт. Системы видеонаблюдения через спутники GPS показывают, что вероятность таких ударов в четыре раза выше, чем предполагалось ранее. Мы знаем, что астероиды размером до 30 м (при достаточно высокой скорости) относятся к типу «городских убийц», то есть астероидам, способным уничтожить крупный населённый пункт, что порядка от 500 000 до одного миллиона околоземных объектов подобного размера пересекают орбиту Земли, и что они, в большинстве своём, неизученные. НАСА намеревается запустить проект под названием NEOCAM, а Фонд B-612 (частный некоммерческий фонд со штаб-квартирой в США, который специализируется на планетарной защите от астероидов и других околоземных объектов) создаёт свой космический корабль Sentinel. Оба эти спутника, ИК телескопа, смогут в значительной степени повысить нашу способность вовремя заметить угрозу, исходящую от опасных космических глыб, которые могут нанести потенциальный ущерб.

Кратер диаметром 180 км на плато Юкатан 

Правда состоит в том, что и люди, и наше современное общество находятся в большой опасности, а космические угрозы, с которыми мы сталкиваемся, слишком губительны, чтобы их игнорировать или делать вид, что их не существует. Факторы риска, описанные выше, не являются специфическими для какой-либо группы стран, они угрожают всем народам Земли, поэтому необходимые попытки ослабить степень риска и возможность управлять ими должны быть глобальными по своему характеру и участию.

Первый конкретный шаг в этом направлении предприняла Организация Объединённых Наций (ООН) в отношении создания Международной сети оповещения об угрозе астероидов (IAWN) и консультативной группы планирования космических полётов (SMPAG) для изучения потенциально опасных астероидов; ожидаются и последующие необходимые шаги.

С целью создания эффективной защиты от космических рисков необходимо обеспечить тесное международное сотрудничество в форме научных исследований, обмена соответствующими данными, разработки соответствующих технологических инструментов, оперативных процедур и принятия решений. Мы должны быть информированы о фактах, когда любое одностороннее действие одного государства, даже самого богатого и самого продвинутого, может столкнуться с многочисленными правовыми, нормативными, политическими, экономическими и стратегическими барьерами.

Первые шаги с точки зрения классификации регуляторных процессов в отношении астероидов изначально можно предпринять в рамках национального законодательства. Законопроект США, находящийся на рассмотрении, известный как «Закон по использованию космического пространства 2015 года», ориентирован на космические горнорудные разработки астероидов, а не на отклонение удара о Землю опасных космических глыб. Если США введёт этот тип законодательства, затем последует другой национальный законодательный акт – и появится опасность обретения космической деятельности более конкурентоспособной, чем кооперативной направленности.

Инфракрасный телескоп Sentinel Фонда B612, который поможет выявить потенциально опасные астероиды 

Процесс, инициированный SMPAG, в настоящее время даёт странам с сильнейшими космическими программами возможность выдвигать предложения по мерам защиты от потенциально опасных астероидов или комет. Однако, Совет Безопасности Организации Объединённых Наций может сопровождать этот процесс с учётом более конкретного международного договора (или другой формы правового режима), что будет разработан наиболее заинтересованными космическими государствами, но и будет открытым для всех. Важно отметить, что существуют и другие типы космических рисков, которые необходимо иметь в виду. Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях в лице своей Рабочей группы по созданию стратегической концепции социальной и экологической ответственности в рамках осуществления космической деятельности в настоящее время курирует такие вопросы, как солнечные вспышки и КВМ.

Кроме того, мы предлагаем предпринять следующие действия, исходя из семи отправных точек, которые обусловлены Всемирным исследованием принципов управления космическим пространством университета МакГилл. Этот краткий перечень действий в доступном формате характеризует нашу активность в отношении космических факторов риска. Вполне очевидно, что потребуется проведение более технологичных научных изысканий и исследований, но мы не страусы, которые при столкновении с опасностью просто самоустраняются и зарывают головы в песок, чтобы «снять» надвигающуюся угрозу. Мы, по крайней мере я так надеюсь, умнее, чем динозавры и инициативнее, чем близорукие страусы.

Космические риски и планетарная защита

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
Defending Earth against cosmic hazards
 журнал ROOM № 4(6) 2015/16