Mokslo ir technologijų pasaulis

Žemės link artėja asteroidas-žudikas: kilometrų skersmens uola, kuri, pataikiusi į planetą, sukels globalią katastrofą ir gali baigti net žmonių civilizacijos, o gal ir apskritai žmonijos, išnykimu.

Vis dėlto, toks scenarijus yra menkai tikėtinas. Apibendrinant: tokių asteroidų nėra daug, beveik visus juos esame aptikę ir reguliarias stebime, o orbitas prognozuojame šimtmečiui į priekį, ir šiuo metu nežinome nei vieno, kuris per tą šimtmetį turėtų susidurti su Žeme. Bet kada nors toks atsiras. Gal po tūkstančio metų, gal po dešimties, o gal jau rytoj sužinosime apie asteroidą, kurio trajektorija susikirs su mūsų planetos.

Greičiausiai gausime bent keleto dešimtmečių išankstinį perspėjimą, bet vien perspėjimo nepakanka. Ar galėtume tokiu atveju ką nors padaryti, kad išvengtume katastrofos? O jei taip – ką? Šiuo metu vystomas ne vienas būdas, kaip nuo pavojingo asteroido apsiginti, tad kviečiu susipažinti su keliais iš jų.

Pirma mintis, galvojant apie asteroido pavojaus nukenksminimą, gali būti tą asteroidą sunaikinti. Panašiai turbūt galvotume apie priešo paleistą raketą, artėjančią prie mūsų šalies. Bet asteroidas nuo raketos fundamentaliai skiriasi tuo, kad raketa turi kokį nors sprogstantį užtaisą, o asteroidas yra tiesiog masyvus akmuo. Jei asteroidą susprogdintume į gabalus, vietoje vieno milžiniško gautume spiečių mažesnių akmenų, kurie vis dar lėktų į Žemę.

Kiekvienas jų keltų mažesnį pavojų, nei didysis, kai kurie būtų išvis nekenksmingi, bet sudėjus visus kartu žalos padaryta gali būti netgi dar daugiau. Taigi nukenksminti asteroidą reikėtų kitaip – pakreipiant jo orbitą, kad šis praskristų saugiu atstumu nuo Žemės.

Jei apie asteroidą sužinotume likus keliems mėnesiams iki susidūrimo, toks planas būtų praktiškai neįmanomas, ir tektų imtis sprogdinimo ar ko nors panašiai drastiško; tačiau turint dešimtmečius – taigi ir dešimtis asteroido orbitų aplink Saulę – užtenka net labai nedidelio orbitos pokyčio, kad būtų pasiektas norimas galutinis rezultatas.

Kaip sukelti tą nedidelį pokytį? Vieną metodą NASA sėkmingai išbandė pernai. Dvigubo asteroido nukreipimo bandymas, arba DART (angl. Double Asteroid Redirection Test) buvo nedidelis erdvėlaivis, kuris atsitrenkė į asteroidą Dimorphos, skriejantį orbita aplink kiek didesnį Didymos. Smūgis pakeitė Dimorphos orbitą netgi daugiau, nei buvo prognozuota, taigi bandymas paskelbtas visiškai sėkmingu. Kiek detaliau apie jį rašiau netrukus po paties įvykio.

DART projekto esmė – labai paprasta. Kai kurie fizikiniai dydžiai yra tvarūs: vykstant įvairiems procesams, tie dydžiai nekinta. Vienas jų yra judesio kiekis, matematiškai išreiškiamas kaip masės ir greičio sandauga. Iš tiesų tai yra net trys tvarūs dydžiai, mat greitis yra vektorius iš trijų komponentų, atitinkančių tris erdvės kryptis. Tvermė galioja kiekviena kryptimi. Tad jei turime du kūnus, judančius skirtingais greičiais, ir jie susiduria, naujo kūno greitis bus toks, kad sistemos judesio kiekis liktų nepakitęs.

Į masyvų asteroidą kaktomuša atsitrenkęs gerokai mažesnis, tačiau gerokai greitesnis zondas būtent tokį pokytį ir sukėlė – sulėtino asteroidą. Tiesa, iš asteroido išsprogo dalis medžiagos, kuri nulėkė priešinga kryptimi, nei juda asteroidas, todėl jo greitis sumažėjo dar labiau. Bandymui pasirinktas asteroidas, skriejantis aplink kitą asteroidą, o ne aplink Saulę, kad greičiau galėtume išmatuoti orbitos pokytį. Bet principas išlieka tas pats, nesvarbu, aplink ką asteroidas skrenda.

Paprasta esmė nereiškia, kad projektą įgyvendinti buvo lengva ar kad toks bandymas nelabai reikalingas. Svarbu tiek tinkamai parengti technologiją – zondas turėjo autonomiškai pakoreguoti kursą, kad pataikytų kuo tiksliau į asteroido centrą, – tiek išsiaiškinti smūgio poveikį asteroidui. Pastaraisiais metais išsiaiškinta, kad dauguma asteroidų greičiausiai yra ne monolitinės uolos, į „nuolaužų krūvos“, laikomos gana silpnų tarpusavio jėgų.

Per stiprus smūgis į tokią krūvą gali ją suardyti į gabalus. Dimorphos atveju taip nenutiko, bet šiek tiek uolienų ir giliai buvusio ledo išsprogo. Negalime būti šimtu procentų užtikrinti, kad kito asteroido netyčia nesudaužysime į šipulius, bet tokie bandymai padeda šią tikimybę sumažinti.

Dimorphos tėra 160 metrų skersmens kūnas. Toks, skriejantis į Žemę, jau keltų grėsmę, bet dar ne apokaliptinę. Nukreipti kilometrinį asteroidą vieno zondo smūgio gali ir nepakakti. Tuomet į pagalbą gali ateiti sprogmenys.

Bet ne raketa su sprogstančiu užtaisu, pusiau aklai paleista asteroido link. Misija turėtų atrodyti taip: erdvėlaivis priskrenda prie asteroido, nutūpia ant jo ir pritvirtina (arba, dar geriau, įgręžia) užtaisą, tada užtaisas susprogdinamas specifiniu iš anksto apskaičiuotu momentu. Sprogimo banga pastumia asteroidą į priešingą pusę, taip arba pakreipia jo orbitą, arba truputį sulėtina, arba pagreitina.

Papildomą efektą duoda paties asteroido nuolaužos, išlaisvintos sprogimo metu ir pažyrančios į šalį. Aišku, pavojus suskaldyti asteroidą yra didesnis, nei paprastu „kulkos“ smūgiu, bet tokia rizika gali būti priimtina. Jei atrodo, kad asteroidas suskilti gali lengvai, sprogdinti bombą galima ne ant paviršiaus, o keliasdešimties metrų atstumu – pačios bombos šipuliai gali pastumti asteroidą. Aišku, tam reikėtų ypatingai galingų bombų – branduolinių užtaisų, ir turbūt ne vieno.

Sprogimas, kad ir kaip tiksliai apskaičiuotas, yra ribotai prognozuojamas įvykis. Jei jau gebėtume nuskraidinti zondą iki asteroido ir nutupdyti jį tikslioje vietoje bei kažką prie asteroido pritvirtinti, kodėl tai turėtų būti bomba? Juk galėtų būti variklis! Praktiškai pats erdvėlaivis, prisikabinęs prie asteroido, galėtų jį palengva stumti, naudodamas savo variklius.

Aišku, tie varikliai turėtų būti galingi – su hidraziną purškiančiomis tūtomis, kokias dažnai naudoja giliojo kosmoso zondai, toli kilometrinio asteroido nenustumsi – bet pats principas būtent toks. Toks metodas turi keletą privalumų, lyginant su pirmaisiais dviem. Jo poveikį būtų galima palaikyti daug ilgiau ir reguliuoti daug tiksliau, taigi ir manevrą atlikti daug sudėtingesnį, nei vienu smūgiu. Iš kitos pusės, reikėtų užtikrinti sistemos veikimą ne tik iki pasiekiant asteroidą, bet ir mėnesius ir metus po to.

Dar viena problema su varikliu, tvirtinamu prie asteroido, yra kuro poreikis. Jis būtų, aišku, didžiulis. Tą kurą gabenti iš Žemės – labai sudėtinga ir brangu. Ar nebūtų geriau, jei galėtume gauti kuro vietoje? Tai nėra tokia fantastinė mintis, kaip gali pasirodyti. Kasinėti asteroido ir gamintis kuro iš ten randamų medžiagų nereikėtų.

Pakaktų prie asteroido pritvirtinti veidrodį, o dar geriau – milžinišką folijos lakštą. Kalbu, aišku, apie šviesos bures (plačiau apie jas rašiau prieš porą metų). Paprastai jos minimos kalbant apie mažyčius zondus, kurie, prisitvirtinę kilometrų skersmens bures, galėtų lakstyti Saulės sistemoje ar net išskristi už jos ribų, nenaudodami kuro. Bet jei mums reikia tik nežymaus orbitos pokyčio, net ir menka šviesos slėgio jėga gali tą padaryti palyginus milžiniškos masės kūnui.

Tiesą sakant, sužinojus apie asteroido grėsmę tikrai pakankamai iš anksto, galima būtų apsieiti net be burės: vien nudažius asteroidą gerai šviesą atspindinčiais dažais, sustiprėjęs šviesos slėgio poveikis galėtų pakankamai pakeisti jo orbitą.

Saulės, ar kitokios spinduliuotės, poveikis gali būti naudingas ir kitaip. Netoli Žemės galėtume pastatyti orbitinę stotį su milžinišku veidrodžiu. Tinkamai nukreiptas, jis galėtų sukoncentruoti Saulės šviesą ir nukreipti ją siauru pluoštu į asteroidą. Nors tiesioginės stūmos jėga nebūtų didesnė, nei tiesiog iš Saulės, koncentruotas spindulys galėtų įkaitinti asteroido paviršių tiek, kad jis imtų garuoti. Išsiveržianti medžiaga suteiktų postūmį kaip reaktyvinis variklis, panašiai kaip nutiko ir DART bandyme.

Tiesa, tokiai technologijai kyla nemažai praktinių iššūkių, pavyzdžiui kaip tinkamai sukoncentruoti spindulius, bet bent jau teoriniai sprendimai egzistuoja daugumai jų. Vienas iš būdų – statyti veidrodį-garintuvą ne orbitoje aplink Žemę, o nusiųsti arti asteroido. Lyginant su aukščiau aptartais būdais, šio privalumas – nereikėtų fizinio kontakto su asteroidu, taigi išvengiama su tuo susijusių komplikacijų.

Dar vienas būdas patraukti asteroidą be fizinio kontakto – pasinaudoti gravitacija. Masyvus zondas, priskridęs prie asteroido ir nuolat skrisdamas vienoje jo pusėje, savo gravitacijos jėga patrauktų akmenį į šalį.

Nors jėga menkutė, gerokai mažesnė net už šviesos slėgio jėgą (nebent zondas būtų ypatingai masyvus, tūkstančių tonų), ilgalaikio poveikio gali pakakti. Aišku, ilgą laiką turėtų veikti ir paties zondo varikliai, kad išlaikytų jį netoli asteroido, visada toje pačioje pusėje. Tokiu atveju kyla klausimas, ar ne geriau būtų bent nutiesti lyną tarp zondo ir asteroido ir traukti jį taip, kaip aukščiau aprašytame variklio variante. Šis planas, nors ir įdomus, laikomas bene mažiausiai efektyviu.

Čia pristačiau ne visus įmanomus metodus, tačiau net ir šie yra daug daugiau, nei žmonija kol kas išbandė. Daugelio metodų vystymui koją kiša labai žmogiška priežastis: nepasitikėjimas. Beveik kiekvienas būdas pakeisti asteroido trajektoriją galėtų būti panaudotas ir kariniams ar terorizmo tikslams: pavyzdžiui, asteroido nukreipimui Žemės link arba labiau tiesioginiam smūgiui. Pavyzdžiui, ar jaustumėmės saugiai, jei orbitoje aplink Žemę skraidytų veidrodis, pajėgus tūkstančius kartų sukoncentruoti Saulės šviesą ir labai tiksliai nukreipti ją į konkretų taikinį, arba analogiško galingumo lazeris?

Turbūt atsakymas labai priklauso nuo to, kokia šalis ar organizacija tą prietaisą valdytų. NASA nerimą keltų vieniems, Kinija – kitiems, kokia privati kompanija – tretiems. Tas pat, gal net dar labiau, galioja ir galingiems sprogmenims. Taigi stipriai įgreitinto zondo smūgis privalumą turi ir čia: tokio zondo apsukti, kad pataikytų į Žemę, neįmanoma, todėl kariniams tikslams jo panaudoti nepavyktų.

Visgi reikia tikėtis, kad laikui bėgant bus išbandytas ne tik šis, bet ir bent keli kiti metodai. Juk turėti tik vieną būdą apsisaugoti – rizikinga: jo gali nepakakti, arba jis gali netikti konkrečiam asteroidui, ar dar kokios problemos sutrukdys. Alternatyva, kurią galėtume panaudoti patikimai, tikrai leistų miegoti ramiau.