Jeszcze Ziemia nie zginęła. Obiektów, które mogą w nią uderzyć jest jednak sporo

Planetoida 2024YR4 szybko oddala się od Ziemi śledzona przez dziesiątki teleskopów. Obiekt w pierwszej chwili uznany przez astronomów za największe znane zagrożenie dla naszej planety z każdym dniem jest coraz słabiej widoczny na nocnym niebie. Od kwietnia mikroskopijny punkcik będą w stanie wypatrzyć jedynie największe naziemne soczewki i zwierciadła. Najdłużej, bo do połowy maja, potencjalnego destruktora będzie obserwował działający w podczerwieni Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Potem 2024YR4 zniknie z naszych oczu, oddalając się aż za orbitę Marsa, aby znaleźć się ponownie w zasięgu teleskopów w czerwcu 2028 r. i pół roku później zbliżyć do Ziemi na odległość kilku milionów kilometrów. Jednak astronomowie podnieśli alarm dopiero z powodu następnego zbliżenia. Pod koniec grudnia 2032 r. 2024YR4 ma przemknąć tak blisko naszego globu, że mógłby nawet w niego uderzyć. Tak wynikało z pierwszych wyliczeń przeprowadzonych niezależnie przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną (ESA).

Każda z nich ma własne centra badawcze szacujące ryzyko kolizji Ziemi z obiektami kosmicznymi. Amerykański ośrodek to Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS), europejski – Near-Earth Objects Coordination Centre (NEOCC).

Dynamika zdarzeń

Oba centra przyglądają się uważnie każdemu większemu blokowi kosmicznej materii, który mógłby się znaleźć na kursie kolizyjnym z Ziemią. Do tej samej grupy „obrońców planety”, jak mówią o nich w NASA, należą astronomowie z sieci obserwatoriów takich jak Pan-STARRS, Catalina Sky Survey, ATLAS. Jeden z teleskopów tej ostatniej sieci wykrył pod koniec grudnia 2024 r. planetoidę 2024YR4 w chwili, gdy znajdowała się ona najbliżej Ziemi (ok. 800 tys. km). Pierwsze wyliczenia wykonane zarówno w CNEOS, jak i w NEOCC określały na ok. 1,3 proc. ryzyko zderzenia z bolidem, którego rozmiary oszacowano na 40–90 m. To drobina w kosmicznej skali, ale jej upadek wyzwoliłby ok. 8 megaton energii – to kilkaset bomb atomowych z Hiroszimy.

Ze względu na rozmiary przekraczające 20 m oraz większe niż 1 proc. ryzyko impaktu planetoida została wstępnie zaliczona przez Międzynarodową Unię Astronomiczną do obiektów kategorii 3 w 11-stopniowej skali Torino. Oznaczało to, że o zagrożeniu muszą zostać powiadomione dwie organizacje międzynarodowe oraz rządy wszystkich państw. Pierwszą z tych organizacji jest International Asteroid Warning Network, która koordynuje dalsze obserwacje podejrzanych obiektów w skali całego globu. Druga to Space Mission Planning Advisory Group, której zadaniem jest przygotowanie planu obrony.

Odpowiedź na pytanie, czy 2024YR4 faktycznie może zderzyć się z Ziemią, zmieniała się wielokrotnie w następnych tygodniach, czasami z dnia na dzień. Do „polowania” na planetoidę przyłączały się kolejne obserwatoria. Sięgnięto też do archiwów, aby sprawdzić, czy teleskopy mogły już wcześniej zarejestrować jej przeloty. 7 lutego NASA ogłosiła, że CNEOS zwiększył do 2,3 proc. prawdopodobieństwo impaktu. Potem na ponad tydzień zawieszono obserwacje z powodu pełni Księżyca, a gdy do nich powrócono, okazało się, że ryzyko może być jeszcze większe (3,1 proc. wg NASA, 2,8 proc. wg ESA). Wykonano też obliczenia dla Księżyca – prawdopodobieństwo trafienia oceniono na 0,8 proc.

Te komunikaty, opublikowane 18 lutego, następnego dnia były już nieaktualne. Po nocnych obserwacjach zmniejszono zagrożenie do 1,5 proc., po czym zredukowano je do 0,28 proc., a parę dni później obie agencje uznały, że ryzyko zderzenia planetoidy z Ziemią w grudniu 2032 r. jest znikome (0,001–0,004 proc.). Kolejne analizy wykazały też, że planetoida nie zagrozi naszemu globowi w ciągu następnych stu lat. W rezultacie 2024YR4 uznano za obiekt kategorii O w skali Torino, czyli całkowicie bezpieczny dla Ziemi w przewidywalnej przyszłości.

Podobna dynamika towarzyszyła obserwacjom planetoidy Apophis zauważonej w 2004 r. Jej średnica wynosi ok. 330 m. Z pierwszych wyliczeń wynikało, że istnieje 0,3 proc. prawdopodobieństwa zderzenia z Ziemią wiosną 2029 r. W kolejnych dniach zwiększono tę wartość do 2,7 proc. Apophis – nazwana imieniem egipskiego boga chaosu – otrzymała wtedy kategorię 4 w skali Torino, lecz gdy do obserwacji przystąpiły największe teleskopy, dość szybko wykluczono wszystkie kolizyjne trajektorie. Ostatecznie uznano, że w kwietniu 2029 r. minie nasz glob w odległości zaledwie 32 tys. km, czyli rekordowo blisko jak na tak duży obiekt. Będzie wówczas na tyle jasnym punktem na nocnym niebie, że m.in. w Europie da się ją oglądać gołym okiem. Na spotkanie z „bogiem chaosu” NASA zamierza wysłać Ozyrysa, czyli sondę OSIRIS_APEX. To ten sam pojazd, który w 2020 r. pobrał próbki z półkilometrowej planetoidy Bennu.

Łut szczęścia

Takie bliskie przeloty zdarzają się zdaniem astronomów średnio raz na tysiąc lat. Za cztery lata czeka nas zatem wyjątkowy spektakl. Będzie to również przypomnienie, że w nieodległej przestrzeni kosmicznej krążą ciała niebieskie, których orbity regularnie przecinają się z orbitą Ziemi. Na powierzchni naszej planety i tuż pod nią wiele jest śladów potężnych zderzeń. Najbardziej znany przykład to upadek meteorytu Chixculub, który miał średnicę 10 km i przed 66 mln lat zakończył erę mezozoiczną oraz panowanie dinozaurów. Apophis aż tak groźna nie jest, podobnie jak mniejsza od niej planetoida 2024 YR4, ale obie należą do rodzin, które są dla nas potencjalnym źródłem bardzo poważnych kłopotów.

Raz w miesiącu NASA, a dokładnie jej Biuro Obrony Planetarnej utworzone w 2016 r., podaje łączną liczbę wszystkich odkrytych dotychczas NEA (ang. Near-Earth Asteroids), czyli ciał niebieskich krążących wokół Słońca po orbitach zbliżających się do orbity Ziemi na odległość co najmniej 0,3 jednostki astronomicznej (ok. 45 mln km). Na początku lutego lista ta liczyła 37 589 obiektów, pochodzących w większości z głównego pasa planetoid znajdującego się daleko za orbitą Marsa. Pięć lat temu wiedzieliśmy o istnieniu ok. 22 tys. NEA, a dekadę temu w ich katalogu widniało ok. 12 tys. pozycji. Zatem w ciągu roku teleskopy odnajdują na niebie 2–3 tys. nowych obiektów. Większość ma średnicę poniżej 140 m. Nie zrobią krzywdy planecie, kontynentowi ani dużej wyspie, ale mogłyby dokonać wielkich spustoszeń w skali lokalnej.

Taki bolid spadł 30 czerwca 1908 r. w dorzeczu Podkamiennej Tunguskiej – prawego dopływu Jeniseju. Ofiarą padła głównie tajga, powalona na obszarze ponad 2 tys. km kw. (Warszawa ma powierzchnię ok. 500 km kw.; gdyby ów intruz trafił w jej środek, większość miasta ległaby w gruzach). Czasami decyduje łut szczęścia. Gdyby kolizja z 1908 r. nastąpiła pięć godzin później, doszłoby do niej w pobliżu Petersburga.

Skutki uderzenia

Groźniejsze są NEA o średnicy przekraczającej 140 m. Doliczono się już ponad 11 tys. i co roku przybywa ok. 400. Astronomowie szacują, że do odkrycia pozostało jeszcze ok. 15 tys., więc pracy wystarczy na parę dekad. Wciąż też zdaniem naukowców niepełny jest katalog potencjalnie najgroźniejszych obiektów, czyli o średnicy przekraczającej kilometr. Do końca stycznia br. namierzono ich łącznie 874, ale badacze oceniają, że do wytropienia pozostało ok. 50. Większość odnaleziono w latach 90. XX w. i pierwszej dekadzie XXI w. po uruchomieniu wielu nowych, silniejszych teleskopów. W ostatnim czasie dorzuca się do tej kolekcji po 2–3 „zdobycze” rocznie.

Prawdopodobieństwo, że któraś z tych największych planetoid wbije się w Ziemię w najbliższym tysiącleciu, jest znikome. Astronom Oscar Fuentes-Muńoz z University of Colorado w publikacji sprzed dwóch lat ocenił, że największe zagrożenie stanowi obiekt oznaczony jako 1994 PC1 o średnicy ok. 1,3 km, ale ryzyko impaktu oszacował na 0,00151 proc.

Gorzej, że wciąż nie znamy lokalizacji setek, a może tysięcy planetoid o średnicy takiej jak Apophis, albo jeszcze większych, jak Bennu, i poruszających się – tak jak oba te odłamki skalne – po orbitach przecinających się z orbitą naszej planety. Wszystkie NEA spełniające to drugie kryterium przydzielono do dwóch grup.

Pierwsza – Atena – obejmuje planetoidy, których orbity okołosłoneczne generalnie znajdują się wewnątrz orbity Ziemi, ale przecinają ją w aphelium (punkcie na orbicie położonym najdalej od Słońca). Rodzina ta, wg stanu na koniec stycznia br., liczyła 2966 obiektów – największe mają średnicę ponad 3 km, a blisko 200 ze względu na rozmiary uznano za potencjalne zagrożenie dla Ziemi. Jest wśród nich Apophis.

Do drugiej rodziny – Apollo – należą planetoidy pędzące po orbitach nieco większych od ziemskiej, ale przecinające ją podczas zbliżania się do peryhelium, czyli pozycji najbliższej Słońcu. Wiadomo o 21 083 takich obiektach, z których aż 2130 (stan na koniec stycznia br.) zakwalifikowano jako możliwe zagrożenie dla Ziemi. Jest wśród nich kilkadziesiąt obiektów o średnicy ponad 1 km, w tym kilka przekraczających 5 km, ale i Bennu, nie tak duża, ale potencjalnie groźna. Według badań opublikowanych w połowie lutego w „Science Advances” istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, szacowane obecnie na 1:2700, że ta półkilometrowa kula skalnej materii o masie ok. 70 mln ton zderzy się z Ziemią w 2182 r. Przebieg i skutki kataklizmu zrekonstruowali za pomocą modeli matematycznych Axel Timmermann i Dai Lan.

Zaczęłoby się od potężnej fali uderzeniowej i termicznej, potem dołączyłyby trzęsienia ziemi i fale tsunami, a po pierwszej serii wstrząsów sejsmicznych pojawiłyby się wtórne, równie intensywne i zapewne generujące kolejne tsunami. W miejscu upadku powstałby krater o średnicy ok. 5 km, a pyły wyrzucone do atmosfery otoczyłyby cały glob, obniżając na nim średnią temperaturę o 4 st. C i redukując opady atmosferyczne o 15–20 proc. Odcięłyby jego powierzchnię od sporej części światła słonecznego, osłabiając o jedną trzecią fotosyntezę i wywołując kryzys wśród roślin lądowych i fitoplanktonu oceanicznego. W konsekwencji doszłoby do załamania produkcji rolniczej oraz destabilizacji większości ekosystemów naturalnych. Z modeli wynika, że taka „impaktowa zima” trwałaby cztery lata.

Zabójcy miast

Zderzenie z Bennu jest bardzo mało prawdopodobne, ale są jeszcze te planetoidy, o których istnieniu nic nie wiemy. Rankiem 15 lutego 2013 r. kula ognia eksplodowała nad Czelabińskiem w Rosji. Doszło do tego na wysokości ok. 20 km, a wybuch miał siłę 30 razy większą od mocy bomby atomowej, która zniszczyła Hiroszimę. W kilkudziesięciu tysiącach mieszkań i domów wyleciały szyby, ok. 1,5 tys. osób musiało szukać pomocy medycznej, głównie z powodu ran spowodowanych przez odłamki szkła. Ok. 200 osób zostało poparzonych lub przejściowo oślepionych.

Od czasu katastrofy tunguskiej był to największy naturalny obiekt kosmiczny, jaki pojawił się w ziemskiej atmosferze. Miał średnicę 20 m. Jednak żaden naziemny teleskop go nie zauważył, bo intruz przyleciał od strony Słońca. Takich bolidów, które pozostają w obserwacyjnym „martwym polu”, astronomowie obawiają się najbardziej. Za potencjalnie najgroźniejsze uchodzą te z rodziny Ateny, które znajdują się zwykle między Ziemią a Słońcem oślepiającym za dnia teleskopy. Nieprzypadkowo do tej pory odnaleziono ich tak niewiele. Mogą nadlecieć niespodziewanie w ciągu dnia albo też zostać zidentyfikowane zbyt późno, żeby zneutralizować zagrożenie.

Trzeba jednak być gotowym. Dlatego w najbliższych latach w przestrzeń kosmiczną mają polecieć dwie sondy: amerykańska NEO Surveyor i europejska NEOMIR. Start pierwszej zaplanowano na 2027 r., drugiej – najwcześniej w 2030 r. Obie zostaną umieszczone w miejscu zwanym punktem L1 w odległości ok. 1,5 mln km od Ziemi między nią a Słońcem. Stamtąd za pomocą detektorów podczerwieni będą wypatrywały skrywających się w mroku planetoid NEA. Astronomowie spodziewają się tysięcy odkryć, głównie wśród obiektów o średnicy 50–150 m, czyli potencjalnych „zabójców miast”, jak się je określa.

Przykład dinozaurów

Co robić, gdyby pojawił się nie potencjalny, lecz całkiem realny „zabójca”? Rozwiązania są dwa: posłać w kierunku intruza statek kosmiczny, który wytrąci go z kursu kolizyjnego, albo zbombardować go ładunkiem nuklearnym. Pierwszy wariant NASA przetestowała we wrześniu 2022 r., rozbijając sondę DART o powierzchnię Dimorphosa – planetoidy o średnicy ok. 160 m. Test zakończył się powodzeniem. Cel, krążący wokół większej planetoidy Didymos, wyraźnie zwolnił. Jednakże w przypadku większych obiektów trzeba byłoby posłać równocześnie dziesiątki, a nawet setki takich kamikadze. To mało realne.

Pozostaje opcja nuklearna. Jest ona poważnie brana pod uwagę i ćwiczona podczas treningów symulacyjnych (Planetary Defense Conference) organizowanych co dwa lata przez Międzynarodową Akademię Astronautyczną. Z dotychczasowych symulacji wynika, że aby „odeprzeć atak” planetoidy o średnicy 1,5 km, wystarczyłby nieduży ładunek jądrowy dostarczony z wyprzedzeniem najlepiej kilku miesięcy i zdetonowany w odpowiednim momencie w odległości 100–200 m od jej powierzchni. Transport nie powinien być problemem – sondy z Ziemi odwiedzały już sześciokrotnie różne planetoidy, siódma – „Hera” wysłana w 2024 r. przez ESA – zmierza do Dimorphosa i Didymosa, by bliżej przyjrzeć się temu, co nawyczyniała DART. Trwają przygotowania do kolejnych misji.

Największym wyzwaniem może się okazać czas. Uczestnicy Planetary Defense Conference otrzymują 15 lat na zorganizowanie hipotetycznej wyprawy interwencyjnej. Mogą ją więc spokojnie zaplanować i przeprowadzić. Gdyby jednak dziś odkryto dużą planetoidę, która miałaby spaść na Ziemię w ciągu kilku najbliższych lat, ludzkość nie byłaby w stanie się z nią rozprawić. „Dlatego tak ważne są obserwacje – mówi Vishnu Reddy, profesor University of Arizona, jeden z bohaterów nakręconego przez NASA półtoragodzinnego filmu dokumentalnego „Planetary Defenders”, którego premiera odbędzie się w kwietniu. – Dinozaury wyginęły, bo nie miały programu badań kosmosu. My go mamy”.