УДАР
DART И ПЛАНЕТАРНАЯ ЗАЩИТА

15 февраля 2013 года астероид поперечником около 19 м взорвался в воздухе к юго-востоку от Челябинска, в регионе с населением больше миллиона человек. Выделилось около 500 килотонн в тротиловом эквиваленте — крупнейший удар по Земле со времён Тунгусского события 1908 года. Ударная волна выбила окна по всему городу [6][7]. Такие небольшие тела трудно заметить заранее, а исследования после Челябинска показали, что их может быть больше, чем считалось [6].

Большинство сближающихся с Землёй астероидов крупнее километра уже известны [6], и ни один из известных не угрожает Земле как минимум столетие. Но каталог всё ещё неполон для тел поменьше, удар которых опустошил бы целый регион [1]. Энергия тела растёт пропорционально кубу его размера и квадрату скорости, а ударить медленнее второй космической скорости Земли, около 11,2 км/с, оно не может. Попробуйте.

Из предложенных способов отклонить астероид самый простой — кинетический ударник: направить в него что-то тяжёлое и быстрое. Полномасштабное испытание признали самой приоритетной миссией в области защиты от астероидов [1]. Но толчок, изменяющий путь астероида вокруг Солнца, крошечный, и измерять его пришлось бы годами. Создатели DART выбрали хитрость: двойной астероид (65803) Дидим поперечником около 760 м со спутником Диморфом, обращающимся вокруг него за 11,92 часа [1][2].

Каждый раз, когда Диморф проходит перед Дидимом или позади него, общий блеск пары падает. Телескопы на Земле годами засекали эти провалы и знали период обращения с точностью около полусекунды: 11,92148 ± 0,00013 часа [2]. Если ударить спутник вдоль его орбиты, период изменится на минуты — это легко увидеть с Земли. DART стартовал 24 ноября 2021 года с единственной камерой DRACO, по которой в последние часы сам наводился на цель без помощи с Земли [1].

Раньше Диморф никогда не был виден иначе как точка. DRACO различил его только на последнем подлёте: сплюснутое тело 177 × 174 × 116 м, усеянное валунами, — 151 м в поперечнике, если превратить его в шар [1]. Снимок, сделанный за 1,8 секунды до удара, показывает, что аппарат летит между двумя валунами длиной 6,5 и 6,1 м. В 23:14:24 UTC 26 сентября 2022 года DART — 579,4 кг на скорости 6,1449 км/с, с энергией 10,94 ГДж — ударил в 25 м от центра фигуры, почти идеально для того, чтобы толкнуть всё тело целиком [1].

За пятнадцать дней до этого DART отделил LICIACube — небольшой итальянский спутник, который пролетел мимо, чтобы наблюдать. Его камеры снимали с 71 секунды до удара по 320 секунд после: конус обломков шириной 140°, нити, пыль и отдельные валуны со скоростями от десятков метров в секунду примерно до 500 м/с [5]. Блеск системы вырос в 8,3 раза, а телескоп «Хаббл» наблюдал, как пыль сформировала хвост, как у кометы, тянувшийся за астероидом в следующие недели [4][5].

Радарные и фотометрические наблюдения со всего мира сошлись: орбита Диморфа сжалась, и его период стал 11,372 часа — изменение на −33,0 ± 1,0 минуты [2]. Если бы DART просто «прилип» к Диморфу, ожидалось изменение примерно на 7 минут [2]. Остальное дали обломки: порода, выброшенная из кратера назад, уносит импульс в противоположную сторону, и цель получает отдачу, как ружьё при выстреле.

Коэффициент усиления импульса β — это полный импульс, переданный цели, делённый на импульс, принесённый ударником. Изменение периода даёт замедление Диморфа вдоль орбиты — 2,70 ± 0,10 мм/с. Чтобы перевести это в β, нужна масса Диморфа, которую DART измерить не мог: при плотностях 1500–3300 кг/м³ β лежит между 2,2 и 4,9, а при 2400 кг/м³ равен 3,61 [3]. Задайте β и плотность ниже и посмотрите, какое изменение периода получится.

То же правило, которое изменило период Диморфа, работает и для астероида на орбите вокруг Солнца. Ускорьте или замедлите его вдоль траектории — и его период изменится на 3Δv/v; на каждом витке он будет приходить чуть раньше или позже. За время t он сместится вдоль орбиты примерно на 3 Δv t. Земля — мишень шириной 12 742 км, и её тяготение притягивает траектории, которые прошли бы рядом, поэтому нужно сместиться несколько больше чем на один земной радиус.

Поэтому обнаружение важнее силы. Толчка в сантиметр в секунду, сделанного за пятнадцать лет, достаточно; за несколько месяцев — бесполезно. DART был испытанием, а не спасением: его влияние на орбиту всей пары Дидима вокруг Солнца составило лишь около 0,02 мм/с, потому что толчок разделился с намного более тяжёлым Дидимом. Найдите нужный толчок для заданного времени предупреждения.

До удара никто не знал, будет ли β близок к 1 или в несколько раз больше: это зависит от прочности и пористости поверхности. DART ответил для одного реального астероида: заметно больше 1 — рыхлое, слабое тело выбрасывает много обломков и «бесплатно» получает более сильный толчок [2][3]. Та же слабость обнаружилась у Рюгу и Бенну (см. ОБРАЗЕЦ), так что среди малых астероидов она может быть обычной.

Он также показал, что аппарат может сам найти тело размером 150 м, которого никогда не видел, и попасть в него на скорости 6 км/с [1]. Чего он показать не мог — что удар сделал с Диморфом: кратер, его истинную массу, а значит и точное β. Это задача следующей миссии.

Аппарат ЕКА «Гера» стартовал 7 октября 2024 года, в марте 2025 года пролетел мимо Марса, а в октябре 2026 года впервые увидел Дидим. Встреча с парой намечена на ноябрь 2026 года: это первый аппарат, который исследует двойной астероид, — с двенадцатью приборами и двумя кубсатами [8]. Измерив массу Диморфа и кратер, оставленный DART, он превратит диапазон β в одно число — калибровку, нужную настоящей миссии отклонения.

Следующее большое испытание устроит сама природа. В 2029 году астероид Апофис совершит редкое близкое сближение с Землёй — как и все известные астероиды, он не угрожает ей как минимум столетие [1], — а OSIRIS-APEX NASA, аппарат, доставивший образец Бенну, летит туда, чтобы изучить, как его изменит эта встреча [9].