NASA nie zdołała obronić Ziemi przed asteroidą. Jaką lekcję dała nam symulacja?

Znajdujący się w chwili obserwacji o 57 mln kilometrów od Ziemi kawał kosmicznej skały został nazwany 2021PDC, a pracujący na rzecz programu obrony planetarnej NASA (NASA Planetary Defence Program) naukowcy zgodnie z procedurą zajęli się obliczeniem jej orbity. Wszystko wyglądało bardzo zwyczajnie. Do czasu.

Wszystkie dane dotyczące trajektorii 2021PDC trafiły - jak zawsze - do należącego do JPL (Jet Propulsion Laboratory, jeden z instytutów badawczych NASA) systemu Sentry, który w sposób zautomatyzowany sprawdza możliwość kolizji znajdujących się w jego bazie obiektów z Ziemią.

Wynik obliczeń Sentry był niepokojący: wynikało z nich, że nowo odkryta asteroida może zderzyć się z nasza planetą w kilku różnych momentach w czasie, z czego najbardziej prawdopodobna była data 20 października 2021. Tą prognozę potwierdził niezależnie należący do europejskiej agencji kosmicznej ESA system CLOMON. Choć szansa na impakt (zderzenie) była niewielka, wynosiła tylko 1 do 2500, potrzebne były dalsze obserwacje.

Po trzech dniach stałego śledzenia 2021PDC prawdopodobieństwo jej uderzenia w Ziemię określono już na 5 procent. Po kolejnym tygodniu zbierania danych było to już 30 procent. Sytuacja stawała się naprawdę poważna. Przełom przyszedł wraz z odnalezieniem asteroidy 2021PDC na archiwalnych zdjęciach nieba z ostatnich 7 lat. Po nakarmieniu uzyskanymi z nich danymi systemy śledzące były w stanie obliczyć orbitę niebezpiecznego obiektu z bardzo wysoką dokładnością.

Niestety, wiadomości nie były dobre: prawdopodobieństwo uderzenia w Ziemię nowo odkrytej asteroidy wynosiło okrągłe, zimne 100 procent. Jeśli nie zostaną podjęte żadne działania, katastrofa była pewna.

Tym, czego naukowcom brakowało teraz najbardziej były informacje. Poruszająca się po nieco ekscentrycznej, czyli wydłużonej orbicie, pędząca w stronę Ziemi z prędkością około 5 km/s asteroida wciąż pozostawała niewiadomą w kilku kluczowych kwestiach.

Jej rozmiar można było oszacować wyłącznie na podstawie jasności odbitego od niej światła słonecznego, która zależy jednak nie tylko od wielkości obiektu, ale też jego albedo, czyli współczynnika odbicia, zmieniającego się w zależności od barwy i faktury (biały śnieg ma wysokie albedo bliskie 100 proc., podczas gdy czarny węgiel odbija bardzo małą część padającego światła).

Naukowcy stanęli więc przed nierozwiązywalną póki co zagadką - czy jasność 2021PDC jest taka, jaką obserwujemy, bo obiekt ma wysokie albedo, czy ponieważ jest tak duży? W zależności od odpowiedzi mająca uderzyć w Ziemię asteroida mogła mieć średnicę od zaledwie 35, do aż 700 m. Różnica to taka, jak między małą detonacją w powietrzu (jak meteor z Czelabińska z 2012 r.) a potężną eksplozją o mocy tysięcy (!) megaton TNT.

Megatona TNT to równoważnik energii wybuchu miliona ton trotylu.

W tym drugim przypadku mówimy o sile zostawiającej krater o średnicy ponad 5 km i generującą termiczną falę uderzeniową, która podpali wszystko w promieniu kilkudziesięciu kilometrów!

Równie duży wpływ na skutki nieuniknionego zderzenia ma materiał, z którego zbudowana jest asteroida. Czy to luźny lód albo porowate skały? Czy raczej z gęsta jednolita skała, albo - co jeszcze gorsze - metal? Nie mamy jak się tego dowiedzieć!

Jedno było pewne, czas uciekał, trzeba było działać. Fakt, że do impaktu pozostało zaledwie 6 miesięcy wykluczał możliwość zastosowania jednej z wyrafinowanych metod obronnych takich jak powolne zepchnięcie asteroidy z kursu kolizyjnego za pomocą silników jonowych czy odchylania grawitacyjnego.

Jedyną opcją pozostawała brutalna siła w postaci najgroźniejszej broni, jaką udało się zbudować ludzkości, bomby jądrowej. Przeprowadzone symulacje pozwalały mieć nadzieję na sukces: w przypadku natychmiastowego startu rakiety nośnej wyniesionemu przez nią pojazdowi udałoby się dogonić asteroidę na jej orbicie trajektorią przechwytującą i dostarczyć na nią NED (Nuclear Explosive Device), czyli po prostu, bombę atomową o mocy do ok. 4,5 MT.

Jednak według obliczeń wykorzystujących modele opracowane przez zajmujące się badaniami nad bronią jądrową laboratorium Los Alamos National taka moc mogłaby wystarczyć do zniszczenia asteroidy o średnicy do 200 m, składającej się z porowatych skał. Jeśli okaże się, że 2021PDC jest większa, albo zbudowana z gęstszych skał lub metalu… cóż, to nie byłby dobry dzień dla Ziemi.

Jednak to nie ograniczona skuteczność NED okazała się prawdziwym problemem w realizacji planu obrony Ziemi. Problemem był czas, czy raczej jego brak.

Żadna z agencji kosmicznych i firm, żadne z państw nie były w stanie przygotować rakiety nośnej zdolnej przenieść naszą atomową pięść na asteroidę 2021PDC dostatecznie szybko, żeby zmieścić się w błyskawicznie zamykającym się oknie startowym. Wyglądało na to, że wszystko, co możemy zrobić, to patrzeć.

Kiedy na sześć dni przed impaktem asteroida znalazła się w wynoszącym nieco ponad 6 mln km zasięgu kalifornijskiego radaru Goldstone Solar System Radar możliwe stało się wreszcie dokonanie dokładnych pomiarów.

Ku ogromnej uldze okazało się, że 2021PDC ma zaledwie trochę ponad 100 m średnicy, więc w zależności od materiału, z którego jest zbudowana jej uderzenie o Ziemię wyzwoli energię od 9 do 150 megaton, z najbardziej prawdopodobną wartością około 40-50 MT. To trudna do wyobrażenia energia, dorównująca eksplozji najpotężniejszej zdetonowanej przez człowieka bomby atomowej, rosyjskiej Car-Bomby - energia zdolna całkiem dosłownie zmieść z powierzchni Ziemi duże miasto, jednak o trzy rzędy wielkości (!) mniejsza, niż zostałaby wyzwolona gdyby asteroida miała 7 razy większą średnicę - a taki właśnie był przecież najgorszy możliwy scenariusz.

Długotrwałe śledzenie trajektorii asteroidy pozwoliło też bardzo precyzyjnie określić miejsce trafienia: półkula północna, szerokość wschodnia, Europa Środkowa na przedgórzu Alp, u zbiegu granic Czech, Austrii i Niemiec.

Dokładne wyliczenie strefy impaktu pozwoliło przygotować ewakuację, wyłączyć sieci energetyczne i gazowe, odciąć rurociągi i podjąć inne działania mające na celu zminimalizowanie skutków uderzenia. Strefa, w której po impakcie z tworzonej przez pokolenia infrastruktury i zabudowy nie pozostanie praktycznie nic, będzie miała około 100 km średnicy. W promieniu 300 km wiele domów, mostów czy budynków użyteczności publicznej może zostać uszkodzone lub zniszczone. Ludzkość jednak przetrwa. Tym razem.

Przetrwamy przede wszystkim dlatego, że cała powyższa historia jest zapisem ćwiczenia sztabowego rozegranego w ramach 7 Międzynarodowej Konferencji Obrony Planetarnej IAA (7th International Academy of Aeronautics Planetary Defense Conference).

Prowadzona przez należące do NASA Center for Near-Earth Objects Studies symulacja miała odpowiedzieć na pytanie, jak dziś bylibyśmy w stanie zareagować na zagrożenie w postaci nadlatującej asteroidy.

Odpowiedź okazała się niezbyt przyjemna: nie bylibyśmy w stanie zareagować wcale. Takiego zdania byli członkowie rządu, przedstawiciele środowisk badań kosmicznych z różnych krajów oraz służb porządkowych i organizacji reagowania kryzysowego, którzy wzięli udział w symulacji.

Trzeba jednak uczciwie powiedzieć, że "zaprogramowanie" przez NASA warunki symulacji - a szczególnie jeden z nich - były bardzo surowe.

O ile bowiem hipotetyczna asteroida 2021PDC zarówno rozmiarem jak i szybkością a także materiałem dość dobrze odpowiada temu, jak na podstawie analizy statystycznej możemy wyobrazić sobie najbardziej prawdopodobne kosmiczne zagrożenie, o tyle czas jaki "Drużyna Ziemi" dostała na reakcję był ekstremalnie krótki.

Dzięki wieloletnim staraniom społeczności naukowców zajmujących się tematyką kosmicznych impaktów i ich możliwych skutków, w użyciu znajduje się szereg systemów, których celem jest wykrywanie, śledzenie i katalogowanie obiektów poruszających się w przestrzeni kosmicznej w pobliżu Ziemi (tak zwanych NEO - Near Earth Object) i wciąż dodawane są nowe.

Zdaniem biorących udział w ćwiczeniu specjalistów, obiekt taki jak 2021PDC zostałby z dużym prawdopodobieństwem wykryty przez nie nawet o 7 lat wcześniej, dając ludzkości dość czasu na zaplanowanie i przeprowadzenie działań obronnych.

Niestety, nie znaczy to jednak, że sytuacja taka jak ta będąca punktem wyjścia symulacji jest niemożliwa. Metody wykrywania nie są doskonałe, a kosmos jest ogromny, trzeba więc liczyć się z możliwością zaobserwowania niewykrytej dotąd asteroidy na kolizyjnym kursie, albo pojawienia się nieznanej komety - te ostatnie pędzą przez przestrzeń z szybkością o rząd wielkości większą, niż typowe asteroidy, także mocno ograniczając czas reakcji.

Jeśli nie chcemy skończyć jak dinozaury, za główną przyczynę wyginięcia których uznaje się dziś uderzenie mierzącej około 30 km średnicy asteroidy, musimy zadbać o nasze bezpieczeństwo.

Dzięki zmianie trajektorii ciał niebieskich możemy ochronić się przed większymi asteroidami - popularne w popkulturze użycie broni atomowej, choć w tym scenariuszu mogło by się sprawdzić, jest jedną z najmniej skutecznych metod.

Powinno składać się na to dalsze rozwijanie systemów wykrywania potencjalnie niebezpiecznych obiektów kosmicznych, które dadzą nam odpowiednio dużo czasu na reakcję, prace nad sposobami zmiany trajektorii takich ciał niebieskich i wreszcie, budować możliwości transportu kosmicznego.

Potrzebujemy efektywnych rakiet nośnych, zdolnych do wynoszenia ładunków na trajektorie pozwalające sięgnąć w głęboką przestrzeń międzyplanetarną bez czekania na możliwość skorzystania z asyst grawitacyjnych, w dodatku dostępnych niemal na zawołanie.

Asysta grawitacyjna to popularna metoda w której statki kosmiczne wykorzystują przelot w pobliżu dużego ciała niebieskiego do nabrania dodatkowej prędkości, co pozwala oszczędzić paliwo, ale wymaga czasu i odpowiedniego układu planet.

To bardzo poważne wyzwanie technologiczne, które jednak powinniśmy podjąć z jednego prostego powodu - statystyka jest bowiem nieubłagana: choć prawdopodobieństwo, że zabójcza asteroida znajdzie się dziś czy jutro na kolizyjnym kursie z naszą planetą jest niewielkie, wiemy na pewno, że któregoś dnia się to stanie.

Byłoby dobrze, żeby ten dzień zastał nas przygotowanymi.