Падіння метеоритів на Землю: великі катастрофи та перспективи

Чому сімнадцятиметровий Челябінський метеороїд не долетів до поверхні планети, тоді як набагато менші тіла хоч і обгорають, але досягають її? Що в космічній скелі могло детонувати з потужністю еквівалентною 400 000 тонн тротилу? Невже залишки пального та боєкомплект?

Справа в тому, що порівняно невеликі метеороїди плавно уповільнюються ще у верхніх шарах атмосфери. Великий же метеороїд на момент входження в щільні шари швидкості практично не втрачає і все сильніше розжарюється. Великі розміри призводять до нерівномірності нагріву та розширення речовини, а також ускладнюють вихід газів, що утворюються в пухкій космічній породі. Неміцний камінь лопається, і метеороїд розпадається на частини. Це призводить до різкого гальмування уламків, нагрівання, величезних навантажень і подальшої фрагментації. Протягом однієї секунди гігантська кінетична енергія космічного снаряда практично повністю переходить у теплову. Це і є «вибух».

Підозри, що багато важких «гостей з космосу» не долітають до землі, виникли ще в 1970-х, коли орбітальні апарати почали реєструвати потужні вибухи в атмосфері – до мегатонни у тротиловому еквіваленті. Подібних подій налічувалося до десятка на рік, але найефектніші їх відбувалися над океаном. Тому, хоча у метеоритній природі подій був сумнівів, вченим не вдавалося знайти ніяких речових слідів.

За складом Челябінський метеороїд ставився до найпоширенішого класу — хондритів. У середньому п’ять із шести метеоритів є конгломератом хондр – силікатних кульок близько міліметра в діаметрі, з’єднаних «вакуумним зварюванням». Хондри – це «катишки» космічного пилу, первинна тверда речовина Сонячної системи, з якої складаються три чверті астероїдів. Під впливом жорсткого випромінювання збуджені молекули однієї порошинки проникають у кристалічну решітку іншої, після чого крихітні тіла зливаються воєдино. Така сама сила спекає хондри між собою.

У складі хондр переважають кисень, кремній та залізо. Але бувають винятки. Дуже цікаві кутасті хондрити, збагачені вуглецем, азотом, фосфором і пов’язаною в силікатах водою. У них виявляють складні сполуки, які традиційно вважаються біогенними — пурини, порфірини, жирні кислоти. Більше того, у складі подібних метеоритів удосталь присутні так звані «організовані елементи» — циліндри і сфери, що володіють складною внутрішньою структурою, розміром близько сотої частки міліметра. Такі освіти ставлять науку в безвихідь. З одного боку, нічим, крім скам’янілих мікроорганізмів, вони не можуть. З іншого — умов для життя, навіть найневибагливішого і найпримітивнішого, на астероїдах не було ніколи.

Хондрит – неміцна, пориста порода, і лише тіло більше 150 метрів має шанс долетіти до поверхні нашої планети. Але приблизно 9% метеоритів належать до класу кам’яних. Це уламки базальту або олівіну — фрагменти планетоїдів, що колись досягли діаметра тисячу кілометрів, а потім загинули в сутичках з іншими тілами. Серед кам’яних метеоритів трапляються навіть уламки місячної чи марсіанської кори, у минулому викинуті у космос під час утворення кратерів. Нарешті, кожен п’ятнадцятий метеорит є уламок металевого ядра розколотого планетоїда і повністю складається із заліза з домішкою нікелю.

Окрему категорію малих тіл складають комети, в ядрах яких замерзлі гази та водяний лід перемішані з хондрами або осколками олівіну. Але легкі речовини швидко випаровуються. Після кількох зближень із Сонцем комета втрачає «хвіст», хондри ж спікаються вакуумним зварюванням. “Трупи” давніх комет відрізняються від астероїдів хіба що витягнутими орбітами.

Олівінові та залізні метеороїди куди міцніші за хондрити, але також можуть розпадатися при вході в атмосферу. Вони часто складаються з багатьох фрагментів, скріплених лише гравітацією. Одне зі свідчень падіння такого тіла — подвійний кратер Аркену в Сахарі, що виник 140 мільйонів років тому, що складається з кілець 10,3 і 6,8 кілометра в діаметрі.

Кратер виникає, коли тіло, що падає на Землю, не вибухає, а врізається в кору планети на швидкості від 11 км/с (якщо болід «наздоганяє» Землю, розганяючись тільки земною гравітацією) до 72 км/с (у разі зустрічного зіткнення). При цьому «снаряд» перетворюється на плазму та пару, і розжарені до п’ятнадцяти тисяч градусів гази вибивають воронку в ґрунті. У перші миті глибина астроблеми (ударного кратера) може досягати 30% її діаметра. Вал же по краях, що нагадує гірський ланцюг, не насипається, а видавлюється, являючи собою хвилю, що застигла в камені, — при величезному тиску навіть граніт починає вести себе як рідина! Але зазвичай кратери неглибокі. Вм’ятина майже відразу заповнюється розплавленою породою і засипається брекчією – сумішшю піску та щебеню.

Близько 4 мільярдів років тому, коли формувалися головні тіла Сонячної системи, і пізніше була епоха важкого бомбардування. Планети, що вже народилися, маневрували, розкидаючи «незатребувані» планетоїди, обмінювалися імпульсом і підшукували стійкі орбіти. В цей час поверхня Землі нагадувала місячний краєвид. Колосальні кратери стали першим рельєфом нашої планети. Саме в них плескалися найдавніші моря і виникло, не чекаючи на закінчення обстрілу, життя.

Потім канонада стихла. Навколосонячний простір розчистився від уламків. Тепер лише 2% астероїдів не зосереджено в поясах, розташованих за орбітою Марса, і ці 2% можуть загрожувати Землі. Але іноді з безмежно віддалених меж Сонячної системи прилітають комети. Чотири мільярди років тому сформувалася хмара Оорта — з уламків, викинутих із центру системи зі швидкістю, близькою до третьої космічної. Стародавнє сміття, що інколи обросло панциром змерзлих газів, що рухається по далеких орбітах з періодом обігу від тисяч до десятків мільйонів років, повертається у внутрішні регіони системи.

Імовірність зіткнення Землі з великим астероїдом важко оцінити. На даний момент виявлено десять астроблем, які свідчать про падіння тіл понад п’ять кілометрів у діаметрі за останні 600 мільйонів років. Але чи всіх кратерів знайдено? Напевно, збереглася лише частина з них. Адже надра нашої планети зберігають активність і земна кора постійно омолоджується.

Остання з великих катастроф сталася 3440 років тому, коли астероїд понад кілометр у поперечнику впав у море на південь від Нової Зеландії. У нагадування про цю подію на дні залишився двадцятикілометровий кратер Махуїка. Потужність вибуху того дня багаторазово перевищила сумарну міць усіх ядерних арсеналів, накопичених під час Холодної війни. Вода кинулась на скелі Південного Острова двосотметровою стіною! Але вже в Індонезії імпакт сприймався як пересічний землетрус. Цілком імовірно, що й пізніше деякі із цунамі були викликані не підводними зсувами, а падінням астероїдів.

Важко оцінити наслідки імпакту. Кількість знайдених кратерів діаметром від ста кілометрів і вище приблизно відповідає кількості геологічних епох. І це є ґрунтом для гіпотез про зв’язок між імпактними подіями та масовими вимираннями. Зокрема, тіло, що залишило 65 мільйонів років тому юкатанську астроблему Чиксулуб діаметром 180 кілометрів, передбачалося, могло нести відповідальність за загибель динозаврів.

Однак у більшості випадків дати утворення кратерів та масових вимирань не збігаються. Чиксулуб – виняток. Тільки якщо динозаврів таки занапастив астероїд, то не десятикілометрова брила, що впала на Юкатан, а куди більше тіло, незначним фрагментом якого вона була. Одночасно з Чиксулубом на поверхні Землі утворилося ще кілька кратерів, найбільший з яких — чотирисоткілометровий Шива на дні Аравійського моря. Найбільший із виявлених — п’ятисоткілометровий кратер Землі Вілкса в Антарктиці. Двадцятикілометровий астероїд, який утворив його 252 мільйони років тому, можливо, викликав масове вимирання на рубежі пермського та тріасового періодів.

Геологічний літопис свідчить, що зіткнення Землі з космічною горою діаметром до п’ятнадцяти кілометрів викликає лише локальне лихо. Кількість жертв залежить не так від маси «снаряду», як від місця, куди прийде удар. У найгіршому випадку імпакт може спустошити масштаби континенту, занапастити мільйони людей і призвести до короткострокових – на рік чи два – змін клімату. Існування цивілізації це не загрожує. Вже через чверть століття про катастрофу нагадуватимуть лише меморіали у відбудованих заново містах.

Падіння тіла діаметром понад п’ятнадцять кілометрів земна кора не витримує. Крім прямих наслідків вибуху з’являються ще й опосередковані, що зачіпають всю поверхню планети. Гігантська пробоїна призводить до зміщення материкових плит та довгострокової дестабілізації надр. Після утворення кратера на Землі Вілкса запеклі виверження тривали ще мільйон років. Посилення вулканічної активності призвело до викиду в атмосферу великої кількості попелу, пари та вуглекислоти. Це призвело до зміни клімату і вимирання 70% видів, що населяли сушу.

Людство, набагато скоротившись у числі, безперечно, переживе і таку катастрофу. Але цивілізація не встоїть, і відновлювати її доведеться в екстремальних умовах. Не чекати ж мільйон років, поки вражені надра світу заспокояться?

Навколоземні астероїди

Щороку нові, невідомі космічні скелі проносяться у неприємній близькості від Землі. У 2008 році за день до входження в атмосферу було помічено п’ятиметровий 2008 TC3. У 2009 році тридцятиметровий астероїд пройшов за 70 тисяч кілометрів від Землі, а семиметровий — за 14 тисяч. Нарешті, 2011 року дуже темне чотирисотметрове тіло, відкрите ще 2005-го, пролетіло між Землею та Місяцем. А 9 січня 2013 року трисотметровий астероїд Апофіс пронісся за 14 мільйонів кілометрів від нас, посіявши паніку в пресі.

Доцільною з військової точки зору може бути корекція орбіт тих астероїдів, яким і так найближчим часом доведеться пройти на невеликій відстані від планети-мети. У цьому випадку витрати справді будуть мінімальними. Але відповідний снаряд ще доведеться знайти або створити, наприклад, спровокувавши зіткнення двох інших астероїдів. Підготовка вимагатиме колосальних за складністю розрахунків і може зайняти роки.

Виявленням потенційних загроз із 1998 року займається Лабораторія пошуку навколоземних астероїдів імені Лінкольна (LINEAR). За чотирнадцять років ширококутними телескопами наукового центру виявили понад 200 тисяч малих тіл. Нова система панорамного огляду Pan-STARRS, що прийшла на зміну LINEAR, дозволяє вже з 99% ймовірністю виявити навколоземний астероїд розміром більше 300 метрів. Знімки зоряного неба робляться кожні півтори години, після чого електроніка автоматично обробляє отриману картину, виявляючи та відстежуючи джерела світла, що зміщуються на тлі нерухомих зірок.

Найбільше занепокоєння викликають “аполлони” – астероїди, орбіти яких перетинають орбіту Землі. Наразі їх уже виявлено понад п’ять тисяч. Втім, на щастя, більшість цих астероїдів обертається під великим кутом до площини екліптики, і лише чверть хоча б теоретично здатна зіткнутися з нашою планетою.

Напевно, не всі навколоземні тіла відкриті. Кількість астероїдів розміром понад сто п’ятдесят метрів у поперечнику може досягати двадцяти тисяч. Адже небезпечні, як з’ясувалося, можуть бути навіть удесятеро менші метеороїди. Проте вже зараз впевнено можна сказати, що астероїди сімейства аполлонів невеликі. Діаметр найбільшого з них становить лише вісім із половиною кілометрів. І цей факт аж ніяк не заспокоює, а насторожує. Бо очевидна разюча невідповідність між даними, зібраними астрономією, і свідченнями геологічного літопису. Частота та масштаб імпактних подій в історії нашої планети надто великі, щоб їх можна було пояснити зіткненнями з аполлонами.

Орбіти навколоземних астероїдів нестабільні. Сонячний вітер і тяжіння планет або виганяють малі тіла на далекі орбіти, або змушують їх упасти на світило. Але, мабуть, іноді у поясі астероїдів чи хмарі Оорта відбуваються деякі події, що наповнюють околиці Землі хмарами потужних уламків.

У фантастиці астероїди нерідко використовують у військових цілях. Наприклад, у серіалі «Вавілон-5» центавріани піддають планету Нарн астероїдному бомбардуванню. А в романі Хайнлайна «Місяць — сувора господиня» повсталі луняни для страху бомбять пустелю на Землі, демонструючи міць своїх метеоритів. На перший погляд, логічно: камінь, що мчить у порожнечі, нічого не вартий, а руйнування він здатний викликати колосальні. Але насправді переміщення космічної скелі на орбіту, що «атакує», вимагатиме витратити в десятки разів більшу енергію, ніж та, що виділиться при його падінні.

Але астероїдна бомбардування здатна завдавати не лише шкоди. Планети народжуються завдяки зіткненням менших тіл. Та й у зрілому віці потрясіння корисні. Ударне тепло підігріває надра. Проломи в корі випускають із мантії гази, які формують атмосферу та гідросферу, необхідні для виникнення та процвітання життя. А коли це життя розвинеться до технологічної фази, вона скаже метеоритам спасибі за поклади металів. Чи варто називати катастрофою падіння астероїда, що призвело 252 мільйони років тому до утворення кратера на Землі Вілкса та пермсько-тріасового вимирання? Адже клімат на планеті після цього не просто змінився, а й став набагато кращим. Чи так страшний вибух у кратері Шива, який розчистив дорогу ссавцям? Зрештою і він приніс користь.

Звісно, скидати великі астероїди на Землю зараз — не найкраща ідея. Клімат і так досить непоганий. Але Марсу, наприклад, у цьому плані втрачати нічого. Тим часом навіть у тропіках цієї планети нерідкі так звані «хаоси» — скупчення хребтів і провалів, що безладно перетинаються, які були утворені в результаті стрімкого танення вічної мерзлоти, викликаного стародавніми імпактами. І льоду у корі Марса ще багато. Причому як водяного, а й вуглекислотного, що у поверхні зустрічається лише полярних шапках. Надра четвертої планети майже охолонули.

Якщо звести з орбіт Фобос і Деймос (а вони все одно скоро впадуть за космічними мірками), додати кілька астероїдів і комет, Марс прокинеться. Пересохлі мільярди років тому русла рік знову наповняться водою. Атмосфера, звичайно, не стане придатною для дихання, але ущільнюється і зігріється настільки, що людина на Марсі зможе обходитися таким самим легким захисним спорядженням, як на Пандорі з фільму «Аватар».