Как предотвратить падение астероидов на Землю ?. Оглавление Цели Оглавление 1. Что такое астероиды? 2. Наиболее опасные астероиды на сегодняшний день. - презентация

1 Как предотвратить падение астероидов на Землю ?

2 Оглавление Цели Оглавление 1. Что такое астероиды? 2. Наиболее опасные астероиды на сегодняшний день 3. Уже существующие способы спасения планеты Земля от падения астероидов 4. Проводимые испытания 5. Авторские идеи по защите Земли от астероидов 6. Это интересно! 7. Словарик основных понятий 1)Доказать, что астероиды действительно угрожают ЗемлеДоказать, что астероиды действительно угрожают Земле 2)Рассмотреть уже существующие способы спасения нашей планеты от падения астероидовРассмотреть уже существующие способы спасения нашей планеты от падения астероидов 3)Предложить собственные идеи по спасению Земли от астероидной атакиПредложить собственные идеи по спасению Земли от астероидной атаки Докажем: -по теории парных случаев следует, что после первого происшествия (падение астероида 65 миллионов лет назад) должно следовать второе, предотвратить которое – наша задача. -существует высокая вероятность прохождения астероида по касательной относительно Земной орбиты, следовательно, есть шанс того, что воздействие гравитационного поля Земли окажется достаточно сильным, чтобы астероид столкнулся с планетой. Цели

3 1)Доказать, что астероиды действительно угрожают Земле 2)Рассмотреть уже существующие способы спасения нашей планеты от падения астероидов 3)Предложить собственные идеи по спасению Земли от астероидной атаки Докажем: -по теории парных случаев следует, что после первого происшествия (падение астероида 65 миллионов лет назад) должно следовать второе, предотвратить которое – наша задача. -существует высокая вероятность прохождения астероида по касательной относительно Земной орбиты, следовательно, есть шанс того, что воздействие гравитационного поля Земли окажется достаточно сильным, чтобы астероид столкнулся с планетой. Цели

4 Оглавление 1. Что такое астероиды? 2. Наиболее опасные астероиды на сегодняшний день 3. Уже существующие способы спасения планеты Земля от падения астероидов 4. Проводимые испытания 5. Авторские идеи по защите Земли от астероидов 6. Это интересно! 7. Словарик основных понятий

5 Астероиды – это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Что такое астероиды?

6 Наиболее опасные астероиды на сегодняшний день Астероид VD17 Астероид 1950 DA Апофис

7 Вероятность его столкновения с Землей выше, чем у всех известных на сегодняшний день астероидов. Он обнаружен 27 ноября 2004 года, риск его столкновения с Землей, 4 мая 2102 года, составлял 1:3000. Однако, позднее оценка была скорректирована до 1:1000. Исследователи считаю, что при более точном изучении орбиты «неприятеля» возможно, что он пролетит мимо Земли. Размер астероида 2004 VD17 в поперечнике 580 м, масса около миллиарда тонн. Если астероид столкнется с Землей, то выделится энергия, эквивалентная 10 тыс. Мт, что сравнимо по последствиям с единомоментным взрывом всех запасов ядерного оружия, накопленного в мире. Если рассматривать опасность астероида по Туринской шкале, то его сместили с зеленого уровня - «требует наблюдения», на желтый - «требует особого внимания». Астероид VD17

8 Одним самых опасных астероидов является астероид Апофис. Но после долгих исследований ученые снизили вероятность его столкновения с планетой до 1:5000, до зеленого уровня. Согласно данным Международного астрономического союза, астероид размером 300 метров в поперечнике и массой менее 100 млн. тонн должен пролететь на расстоянии км от поверхности Земли 13 апреля 2029 года.

9 Кроме Апофиса и VD17 упоминается еще астероид 1950 DA, который имеет большие шансы когда-нибудь достигнуть Земли, но это может случиться только в 2880 году и поэтому по определению не входит в "компетенцию" Туринской шкалы. Располагая данными об орбите астероида, его скорости и массе, астрономы могут рассчитать траекторию на десятки лет вперед и проставить оценки от 0 до 10 баллов. Астероид 1950DA

10 Уже существующие способы спасения планеты Земля от падения астероидов Разрушение астероида на крупные куски Боковое смещение летящего астероида Использование гравитационного экрана Изменение скорости астероида торможением или ускорением Полное уничтожение испарением и распылением Способ гравитационного воздействия Способ буксировки

11 Способ гравитационного воздействия

12 После проверки его действенности, данный способ оказался невозможным. Начиная с 2007-го по 2012-й год, Apophis будет проходить близкий к Солнцу участок орбиты, и наблюдения за ним будут крайне затруднены. Потому ученые предлагают – не позже 2013 – 2014 гг. – поместить на этот астероид радиопередатчик. «В определенном смысле это напоминает бесплатную космическую миссию», – говорит профессор Ширер. Исследователи предполагают, что сила притяжения Земли, а также силы гравитации как на поверхности, так и внутри самого астероида смогут привести его к саморазрушению. «Наблюдая за этим событием при помощи телескопов и измерительных приборов, можно изучить внутреннюю структуру астероида и получить необходимые данные, в случае если когда-нибудь столкновение с ним будет угрожать Земле».

13 Полное уничтожение испарением и расщеплением

14 Рассмотрим осуществимость полного испарения астероида атомным взрывом. Будем считать, что выбранный астероид практически полностью состоит из железа. Удельная теплота плавления железа 270 кДж/кг. Удельная теплота испарения железа 6300 кДж/кг. Суммарные затраты на полное испарение и распыления одного килограмма равны: = 6570 кДж/кг или 6, кДж/кг. Один килограмм тротила при взрыве выделяет кДж/кг. Атомная бомба выделяет Дж и способна испарить и распылить: Дж 2, кг или 2, т. массы астероида 6, Дж/кг. Атомная бомба 100 Кт выделяет Дж и способна испарить и распылить 2, т. Масса астероида диаметром 1 км равна 5, т. Масса астероида диаметром 10 км равна 5, т. Ядерный потенциал Земли равен энергии ядерных бомб, при мощности каждой 1 Мт их общая энергия равна = Дж, которая может испарить и распылить 4,56 10 m или примерно 8 астероидов поперечником 1 км.

15 При мощности каждой 100 Кт общая энергия равна Дж, которая может испарить 4, т, то есть всего лишь один астероид, да и то не полностью. Чтобы испарить один астероид поперечником 10 км нужно 120 ядерных запасов Земли по 1 Мт каждая или 1200 ядерных запасов по 100 кт каждый. Если учесть, что не вся энергия пойдет на испарение, то реальная картина будет еще мрачнее. Этот способ можно с уверенностью признать бесперспективным, т. к. нецелесообразно «пускать на ветер» ценное металлургическое сырье.

16 Разрушение астероида на крупные куски

17 Данный способ довольно хорош, но при более тщательном рассмотрении он оказался не менее опасен, чем сам астероид. Он хорошо показан в фильме "Армагеддон", где астронавты садятся на астероид размером 10 км, бурят скважину, закладывают атомную бомбу, после взрыва которой астероид разваливается на два крупных куска, которые благополучно пролетают около Земли на расстоянии 600 км от ее поверхности. Этот способ хорош тем, что он реально осуществим для человечества при существующим уровне техники. 1. Недостатки этого способа в следующем: вряд ли атомный взрыв расколет астероид строго на две половины, что будет гарантировать их пролет от поверхности Земли на расстоянии 600 км от ее поверхности. Если раскол произойдет в соотношении 60:40 % или того хуже 70:30 %, тогда меньший кусочек получит большую скорость и пройдет на расстоянии более 600 км, а другой – более крупный почти гарантировано зацепит Земли со всеми вытекающими последствиями. 2. Почти гарантировано, что будут и другие осколки 1 км и меньше, и если даже один из них упадет на Землю, то очередной ледниковый период на десяток тысяч лет обеспечен.

18 3. Помимо того, что астероид необходимо расколоть на две равные половины это еще полдела, его надо еще расколоть в нужном направлении, которое зависит от реального положения и места падения астероида на Землю: - если астероид падает на экватор, в плоскости орбиты Земли, то куски должны пролететь над полюсами; - если астероид падает на любой полюс, то есть, перпендикулярно плоскости орбиты Земли, то куски должны пролететь над экватором; - астероид может упасть на Землю под любым углом к плоскости орбиты и поэтому разваливать на куски надо так, чтобы придать им направление правильного и безопасного движения; - но для всех вариантов распада существует важное правило: ни один кусок астероида не должен проходить впереди движения Земли по орбите, а только по бокам или сзади вектора скорости. Этот способ тоже, к сожалению, придется признать нереальным из-за невозможности управления процессом распада астероида в желательном направлении;

19 Изменение скорости астероида ускорением или торможением Первая Советская Атомная бомба RDS - 1

20 На первый взгляд подобный способ довольно прост, но для него нам потребуется примерно 1,26 миллионов бомб, а таким количеством не располагают даже все страны вместе. Идея способа заключается в снижении или увеличении скорости астероида, чтобы он пролетел мимо Земли раньше или позже времени возможного столкновения. Лучше и безопаснее снижение скорости, так как астероид в этом случае пролетит позади движущейся Земли. При скорости астероида Vаст. = 30 км/с и скорости движения Земли V Земли = 30 км/с, ему нужно опоздать на 2 (R Земли км) = 2 ( ) км = км R Земли. Вместо 600 км возьмем 100 км, так как на этой высоте атмосферы уже практически нет (воздух разреженнее в миллион раз по сравнению с обычным). Время пролета Δt = 2 (R p + 100) = км 432 с VЗемли-30 км/с. ΔV = 10 м/с – предлагаемое снижение скорости астероида. Расстояние, на котором нужно взорвать перед летящим астероидом атомную бомбу (бомбы), чтобы притормозить скорость астероида V aст. = 30 км/с на ΔV = 10 м/с, вычисляется по формуле: S = Δt V Земли (V Земли – Δv) = 432 с м/с (3 104 м/с – 10 м/с) = км ΔV=10 м/с

21 Все вроде бы хорошо и просто, взорвал одну или несколько атомных бомб перед летящим астероидом диаметром 10 км, он притормозил и пролетел благополучно мимо Земли, но - полная энергия астероида 10 км при скорости Vаст. = 30 км/с равна Eка = m V2 A = 5, кг ( м/с) 2 24, Дж - полная энергия при снижении скорости астероида на 10 м/сек Eкc = m V2 AC = 5, кг (2, м/с) 2 24, Дж Минимальная необходимая энергия для снижения скорости астероида на 10 м/с равна ΔEк = Eка – Eас = (24,3 – 24,2811) Дж = 0, Дж, или 18, Дж. На это потребуется ядерных бомб мощностью 1 Мгт или 6 ядерных арсеналов Земли. Если по 100 кт, то 1,26 млн. бомб или 60 арсеналов Земли. К сожалению, этот способ придется признать нереальным, несмотря на кажущуюся простоту его исполнения.

22 Боковое смещение летящего астероида

23 Вполне реальный способ, но требует предварительного испытания на более мелких астероидах для сто процентной уверенности. Идея этого способа принадлежит одному из героев "Армагеддона", который предложил взорвать атомную бомбу на поверхности астероида, но, к сожалению, ее отвергли как абсурдную, хотя нужно было немного подумать и довести ее до логического завершения. Только уменьшим (в отличие от фильма "Армагеддон") расстояние полета астероида от поверхности Земли с 600 км до 100 км и тогда результаты будут другими. При взрыве атомной бомбы 1 Мт расстояние начала отклонения астероида будет ровно 81 млн. км от Земли, а время полета к астероиду на ракете со скоростью V ракеты 15 км/с, составит 62 суток. При взрыве 10 Мт – 24,9 млн. км и 19 суток 100 Мт – 7,92 млн. км и 6,1 суток Так как астероид обращается вокруг своей оси и делает полный оборот за 2-3 часа, то определим возможность снижения скорости его вращения, вплоть до полной остановки, чтобы более точно и надежно воздействовать на летящий астероид. Моменты инерции астероида J аст. = 0,4 m R 2 = 0,4 5, кг ( м) ~ 5, кг/м 2 Угловая скорость вращения ω аст. = 360° / t аст.. ω 1 = 10-1 град/с (t 1 = 1 час = 3600 с) ω 2 = град/с (t 2 = 2 час = 7200 с) ω 3 = 3, град/с (t 3 = 3 час = с)

24 D1 = 10 – 15 м для 1 Кт h = 2 м D2 = 25 – 30 м для 10 Кт h = 3 – 4 м в) После образования предварительного кратера туда посылается основной заряд (1, 10 или 100 Мт) г) Образование такого предварительного кратера (даже в случае наличия удобной ложбинки) желательно по следующим причинам - кратер получается круглым, почти идеальной сферической формы - атомный взрыв малой мощности оплавляет лишь верхний слой астероида, не разрушая его, и после 2-3 часового оборота, остывая, упрочняет поверхность астероида в этом месте. - кратер почти идеальной формы с еще не до конца остывшей поверхностью существенно облегчает наведение основного заряда и обеспечивает точно прогнозируемый выброс основного вещества в нужном направлении. д) Беспилотный корабль лучше, чем с человеком на борту, так как - больше полезная нагрузка, при тех же размерах корабля - можно развивать длительно большие ускорения, при наборе скорости и торможении

25 - не нужна биологическая защита экипажа от радиационного излучения при атомном взрыве - после получения вспомогательного кратера можно направлять базовый корабль вместе с основным зарядом на астероид, если его (корабль) не нужно будет возвращать назад. е) Перед отправкой беспилотного корабля для отклонения астероида такого размера необходимо провести реальные испытания этого способа на астероидах меньших размеров, чтобы отработать все технологические нюансы, с целью 100% и безупречного выполнения всех параметров по изменению орбиты крупного астероида в реальных условиях. Кинетическая энергия вращения Eк = ½ У a ω A Eк1 = 2, Дж (1 час) Eк2 = 6, Дж (2 час) Eк3 = 2, Дж (3 час) Для полной остановки вращения нужно топливо для ракетных двигателей ТС1 42,9 106 Дж/кг. 6 млрд. т топлива ТС1 (1 час); 1,5 млрд. т. (2 часа) и 600 млн. т. (3 часа) или ядерных бомб мощностью 1 Мт каждая. 1 час – бомб (почти весь ядерный арсенал Земли) 2 часа – 4500 бомб 3 часа – 1600 бомб.

26 Полная остановка вращения астероида такого размера и массы – бестолковая и ненужная затея и осуществима с большим трудом. Средняя линейная скорость на краю вращающегося астероида размером 10км V = S = 2 π R = 2 3, м V1 = 8,72 м/с (1 час) V2 = 4,36 м/с (2 часа) V3 = 2,24 м/с (3 часа) После проведения возможных расчетов изложим возможную технологию применения этого способа. 1. На основе каталогов астероидов, составленных NASA, отбираются все астероиды размером менее 1 км и рассчитываются их орбиты. 2. Создается отдел компьютерного моделирования орбит всех выбранных астероидов, постоянный контроль и прогнозирование возможного их столкновения с Землей, пусть даже в отдаленном будущем. 3. Выбирают астероид, орбиту которого нужно изменить. Изменение орбиты можно производить и заранее – за год, два и более до возможного столкновения (перспективное и постоянное компьютерное прогнозирование возможных столкновений в будущем).

27 4. К выбранному астероиду посылается ракета с ядерным зарядом (зарядами). Лучше посылать беспилотный корабль, так как при современных возможностях компьютерной техники он легко справится с поставленной задачей. Догнав заданный астероид и сравняв свою скорость с его скоростью, беспилотный робот произведет сканирование поверхности вращающегося астероида, чтобы выбрать оптимальную точку (желательно ложбину или впадину, и чем глубже, тем лучше), и принимает самостоятельное или по команде с центрального пункта управления решение о посылке мини-ракеты с ядерным зарядом требуемой мощности к выбранной точке на поверхности летящего астероида. Происходит взрыв на поверхности, испарение, выброс испарившейся массы, которая толкает астероид в нужном направлении. а) Выброс массы атомной бомбой 1 Мт может составить 2,3 млн. т., что больше общей массы топлива ионного двигателя (108 тыс. т.) примерно в 23 раза. Бомбы 10 Мт и 100 Мт могут выбросить 23 и 230 млн. т. соответственно с созданием соответствующей реактивной тяги. б) Если ложбины или впадины нет, то можно создать ее искусственно в нужной точке, предварительно послав туда ядерные заряды 1 кт или 10 кт, которые образуют кратеры правильной сферической формы диаметром D и глубиной h.

28 Использование гравитационного экрана

29 Этот возможный способ будущего отклонения и транспортировки астероидов в нужное место с помощью гравитационного экрана – модернизированная идея специалистов NASA, предлагающих отклонять астероид постепенно с помощью ионного двигателя. Для определения минимальных размеров гравитационного экрана зададимся следующими данными: - масса астероида 10 км m аст. = 5, кг, скорость движения V аст. = 30 км/с - заданное ускорение бокового смещения a = 10-4 м/с Сила тяги экрана F экр. = m a = 5, кг 10 4 м/с = 5, н При гравитационной плотности орбиты Марса qм = 4, н/м 2 площадь экрана S экр. = н = 1, м 2, 4, н/м 2 или квадрат размером 110 м 110 м при расстоянии отклонения 7,5 млн. км При гравитационной плотности орбиты Земли q Земли = н/м 2 при том же ускорении и расстоянии размеры экрана будут равны 42,5 м 42,5 м. Беспилотный гравитолет долетит за 5-6 часов на расстояние 7,5 млн. км с постоянным ускорением a = 3g 30м/с 2, что вредно для человека, но вполне безопасно для автоматики.

30 Способ буксировки

31 Астронавты NASA Эдвард Лю (Edward Lu) и Стэнли Лав (Stanley Love) предложили довольно неожиданный способ буксировки астероидов, угрожающих столкновением с Землей, полностью основанный на уже существующих и апробированных технологиях. Астероид диаметром несколько сотен метров при падении на Землю может произвести весьма серьезные разрушения. Единственный эффективный метод предотвращения катастрофы изменить орбиту астероида, чтобы он прошел мимо Земли. Но как воздействовать на движение астероида? Специалисты по астероидной опасности уже давно пришли к выводу, что эффектные по голливудским меркам взрывы и тараны на самом деле не приведут к нужному результату. Большая часть их энергии уйдет на разрушение пород на поверхности астероида, а не на изменение направления его движения. Гораздо эффективнее приложить к астероиду постоянную небольшую силу, которая будет медленно, но верно менять его траекторию. Подобных технологий придумано уже много. Одна из самых экзотических перекрасить поверхность астероида, чтобы изменить давление падающего на его поверхность солнечного излучения. Реалистичнее выглядит идея установить на полюсе астероида маломощный ионный реактивный двигатель..

32 Работая несколько лет подряд, он мог бы свести астероид с опасной траектории. Однако технология строительно-монтажных работ на астероидах пока еще, мягко говоря, не отработана. Да и полюса могут оказаться расположенными неудачно, ставить же двигатель в других районах неэффективно из-за вращения астероида Видимо, под впечатлением полета японского зонда «Хаябуса», который уже два месяца висит над астероидом Итокава, американские астронавты предложили оригинальную и простую схему воздействия на астероид, не требующую крепить двигатель к его поверхности. Вместо этого предлагается связать тягач с астероидом силой гравитации. Если космический аппарат массой 20 тонн, включив двигатели, зависнет над самой поверхностью астероида радиусом 100 метров, то на астероид будет действовать сила гравитации, тянущая его к аппарату. Нетрудно показать, что ускорение астероида за счет этой силы составит: a = G m/r 2 = 1,3 x м/с 2, где G гравитационная постоянная. За год скорость связки астероид– корабль изменится примерно на 4 мм/с, за три года можно будет достичь скорости около 1 см/с, этого как раз достаточно, чтобы через 20 лет астероид отклонился от своей первоначальной траектории на 8 тысяч километров чуть больше радиуса Земли. Интересно заметить, что ускорение связки аппарат–астероид не зависит от массы астероида. Просто чем она больше, тем мощнее нужны двигатели на тягаче.

33 Например, если при том же радиусе 100 м плотность астероида составляет 2,3 г/см 3 (как у астероида Итокава), то потребуется двигатель с тягой всего- навсего около полутора ньютонов(150г). Ионные двигатели малой тяги использовались на американском аппарате Deep Space 1, на европейском SMART- 1 и на японском « Хаябуса». Причем двигатель Deep Space 1 проработал 678 суток и имел тягу втрое больше, чем требуется по приведенному выше расчету. Автономная навигация зонда вблизи астероида отрабатывалась аппаратами NEAR, Shoemaker и «Хаябуса». Наконец, масса кораблей «Аполлон», летавших к Луне (что по затратам энергии ненамного ближе, чем к астероидам) составляла свыше 45 тонн. Так что современная космонавтика располагает всеми необходимыми технологиями, чтобы отклонить от Земли астероид диаметром до 200 метров. В этом состоит главное достоинство предложенной технологии. Впрочем, есть у нее и недостатки. Главный из них связан с тем, что сила притяжения быстро убывает с расстоянием. Если аппарат поднимется всего на 100 метров над поверхностью, сила, действующая на астероид, уменьшится в 4 раза и во столько же раз затянется маневр коррекции орбиты. В тоже время, зависнуть в нескольких метрах над поверхностью, скорее всего, не получится.

34 Во-первых, в этом случае выхлоп двигателя будет упираться в астероид, что сведет на нет всю затею. А во-вторых, мелкие астероиды, как правило, имеют неправильную форму и вращаются. Поэтому аппарату придется держаться на достаточной высоте, чтобы его не задело каким-нибудь шальным выступом. Все это означает, что размер астероида 200 метров находится на самом пределе возможностей гравитационного тягача. Но вот с объектами диаметром метров он должен справиться легко. Ну, и последняя оговорка. Опасный астероид надо еще и своевременно обнаружить. Если дать 10 лет на строительство и полет тягача, то знать о грозящем столкновении нужно не менее чем за 30 лет. Пока астрономы не могут похвастаться, что зарегистрировали все стометровые объекты, сближающиеся с Землей. Но работа в этом направлении ведется очень активно, и где-нибудь лет через необходимая полнота информации, вероятно, будет достигнута.

35 Проводимые испытания Европейское космическое агентство назвало два астероида AT4 и 1989 ML, - один из которых станет целью исследовательского проекта "Дон Кихот" ("Don Quijote"). Задача проекта проверить на практике возможность корректировки орбиты небольших астероидов, угрожающих Земле столкновением. По плану миссии "Дон Кихот" к астероиду направятся два космических аппарата. Один из них, под названием "Санчо" ("Sancho"), выйдет на орбиту вокруг астероида и будет вести тщательные наблюдения за его движением. Спустя несколько месяцев, второй аппарат "Идальго" ("Hidalgo") должен врезаться в астероид, передав ему энергию своего движения. Изменение траектории астероида будет столь малым, что измерить его, наблюдая с Земли, невозможно. Тем не менее, если подобное воздействие на астероид оказать заблаговременно, его хватит, чтобы на десятки лет отклонить опасный астероид от Земли.

36 Наши идеи по защите Земли от астероидов

37 Способ аннигиляции

38 Мы предлагаем ускорение астероида до скорости, при которой он пройдет мимо Земной орбиты, без причинения вреда планете. Всем известно, что скорость движения любого тела не может превышать световую (т.е ±1,2 м/с). До недавнего момента ученые не могли даже теоретически достичь или превысить эту величину. Но в 1994 году мексиканский астрофизик Мигель Алкубиерре предложил концепцию двигателя деформации пространства (Warp Drive). В самых общих чертах идея такова – раз мы не можем двигать объект сквозь пространство, значит можно попробовать двигать само пространство, а тело будет в нём просто висеть! WD работает за счет того, что создаёт вокруг нужного объекта «пузырь» – замкнутый кусок пространства-времени. Впереди «пузыря» эти величины надо «сжать», а за ним – «расширить», тогда пространственно-временной «вакуум» будет «тянуть» объект (в данном случае астероид) вперед. Теоретически ничто не мешает сделать разность плотностей такой, что «пузырь» в итоге будет двигаться со скоростью превышающей световую.

39 При этом само физическое тело внутри «пузыря» не будет нарушать законов физики. Ученым даже удалось рассчитать максимальный предел скорости: «пузырь» будет «быстрее» света примерно в 1032 раза (т.е * ±1,2 м/с (в вакууме)). При этом свет внутри «пузыря» будет двигаться с нормальной скоростью. Ученые утверждают, что сама по себе деформация пространства-времени – вещь довольна обыденная. Например, подобные процессы происходили в инфляционный период (начальный этап развития Вселенной после Большого взрыва). Правда, для запуска подобных процессов физикам нужна отрицательная энергия, которая до опыта в ЦЕРН (фр. Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) на Адронном Коллайдере (ATLAS) существовала лишь на квантовом уровне. Эта энергия нужна для создания новых измерений на определенном участке, за счёт которых и будет происходить сжатие пространства (теория суперструн, см. прилож.3). Препятствуют реализации проекта и энергозатраты: для работы двигателя необходимо превратить в чистую энергию массу веществ, сопоставимую с массой Юпитера.

40 Но ученые видят выход из этого положения в аннигиляции антиматерии (от позднее лат. annihilatio уничтожение, исчезновение, один из видов превращений элементарных частиц, происходящий при столкновении частицы с античастицей. При аннигиляции частица и античастица исчезают, превращаясь в др. частицы, число и сорт которых лимитируются сохранения законами. Например, при малых энергиях столкновения в процессе аннигиляции пары электрон-позитрон возникают фотоны, а пары нуклон-антинуклон в основном пи-мезоны.). При этом происходит выделение колоссального количества энергии – теоретически всего 50 грамм антиводорода при столкновении с водородом выделят необходимую энергию. К сожалению, ученые сейчас располагают только 6 граммами антивещества. Как вариант можно использовать аннигиляцию и для того, чтобы просто уничтожить астероид

41 Способ кислотного расщепления

42 Ученые выяснили, что большинство метеоритов, каменных и железных, являются обломками астероидов, следовательно, астероиды и метеориты имеют сходный состав. Химический состав железных метеоритов (астероидов): 91% Fe 8,5% Ni Химический состав каменных метеоритов (астероидов): O 2 ;Si (более 27,6 - 29,5% от общего состава астероида); Mg; Fe; Ni C (незначительная концентрация в некоторых из них) уголь, графит, углеводороды и примеси более сложных органических соединений, включая аминокислоты. Сложные вещества могли образоваться из более простых на ранней стадии развития Солнечной системы. В последнее время удалось доказать, что некоторые астероиды – ядра бывших коротко-периодических комет. Исходя из этого можно сделать вывод, что и астероиды, и кометы, и метеориты, имеют схожий химический состав.

43 Следовательно, чтобы растворить астероид железо-никелевого состава, нам требуется высоко-концентрированный раствор серной кислоты (H 2 SO 4 ) или высоко-концентрированный раствор азотной кислоты (HNO 3 ), а для расщепления каменных астероидов – например, царская водка (смесь концентрированных азотной кислоты (HNO 3 ), соляной кислоты (HCl) и серной кислоты (H 2 SO 4 )). Однако, для использования любой из этих кислот нам понадобиться либо подогревать её на протяжении работы (так как t o в космосе близка к абсолютному нулю - около –271 О C), либо предварительно превратить её в порошок. Что касается царской водки, то для ее транспортировки нам понадобиться сосуд из стекла, керамики, родия (Rh), тантала (Ta), иридия (Ir) или титана ( Ti). Если перевозить ее в стеклянном или керамическом резервуаре, то нужно как следует закрепить его в космическом аппарате, чтобы он не разбился. Используя одну из подходящих кислот к определенному астероиду, мы предлагаем распределить несколько космических аппаратов на поверхности нужного космического тела с разных сторон, и как бы "присосавшись" к нему, начать медленное расщепление.

44 Это интересно ! ! ! 1) Имя Апофис дано астероиду, он был совсем недавно внесен в каталоги под номером 99942, – не случайно. Apophis – это записанное по-гречески имя египетского бога, или демона тьмы и гибели, Апопа – огромного змея, живущего в вечной темноте подземного мира, который пытается уничтожить Солнце в течение его ночного перехода. Имя астероиду дали 19 июля 2005 года. Согласно сведениям египетского жреца Манефона, а также данным археологии некоторые гиксосские фараоны (XV-ХVI династия) носили имя Апофис.

45

46 3) Астероид 10 км в поперечнике, летящий со скоростью V = 30 км/с при m = 5, т, обладает энергией 24, Дж и при столкновении с Землей не только сам испарится полностью, но еще испарит земную породу массой в раз превышающую свою собственную.

47 4) Ученые считают, что 65 миллионов лет назад падение астероида уничтожило динозавров и некоторые другие виды существ, обитавших на нашей планете. Этот яркий пример подтверждает размах астероидной угрозы.

48 масса109 т Размер в поперечнике 700 м Длинна орбиты км Орбита Икара пересекает орбиты Земли, Венеры, Меркурия Наклонность орбиты к плоскости эклиптики 23° За 30 лет Икар сделает 27 оборотов вокруг Солнца и пролетит 16 млрд. км. Его орбита будет возмущаться более сотни раз гравитационными полями Земли, Марса, Венеры, Меркурия и Юпитера. Для того чтобы определить, столкнется он с Землей через 30 лет или нет, его орбиту нужно рассчитать с точностью до км (радиус Земли км), т.е. с относительной погрешностью порядка 10~7. 5) Весной 1999 г. в американских СМИ промелькнуло «сенсационное» сообщение. Американские ученые заявили: через 29 лет Земля столкнется с астероидом диаметром около километра, но через несколько часов НАСА объявило, что он промахнется всего на какой-то миллион километров. Имелся в виду астероид Икар, открытый в 1949 г. американским астрономом В. Бааде в обсерватории Маунт Паломар. Этот астероид, его еще называют малой планетой, он вращается вокруг Солнца с периодом чуть более года. Его перигелий лежит к Солнцу ближе, чем орбита Меркурия.

49 6) 29 января 2008 года в 11:33 по Московскому времени, на расстоянии 538 тыс. км от Земли промчался астероид 2007 TU24 размером 600 м. Это одно из самых крупных небесных тел, пролетевших за последние годы мимо Земли. Нашей планете астероид не угрожал.

50 Астероид Церера Римская богиня плодородия – Церера. 7) Самый большой астероид в Солнечной системе – Церера. Ее размеры 970х930 км. Церера вращается вокруг Солнца в главном поясе астероидов, находясь от него на расстоянии 2,7 а. е. Хотя Церера и является самым большим астероидом, она не самая яркая.

51 8) Астероид 2060 Хирон был открыт в 1977 г. Чарльзом Ковалем. Он является одним из самых удалённых от Солнца ( км) и движется между орбитами Сатурна и Урана. Его орбита сильно наклонена к эклиптике и является хаотической. Его диаметр составляет примерно 170 км, орбитальный период 50,7 года. В 1988 г. у него была зарегистрирована кома, какая бывает у комет. Такие астероиды-кометы называют кентаврами (центаврами). В некоторых справочниках он фигурирует как комета с индексом 95P. Как астероид Хирон относится к спектральному классу В.

52 9) Самый яркий астероид в Солнечной системе - Веста. Ее яркость достигает звездной величины 5,5. При очень темном небе Весту можно обнаружить даже невооруженным глазом (это единственный астероид, который вообще можно увидеть невооруженным глазом). Веста отражает около 25% падающего на нее солнечного света.

53

54 КратерМестонахождениеДиаметр, кмВозраст, лет Наибольшие ПопигайРоссия (Сибирь)10039 млн. СадбариКанада1001,9 млрд. Пучеж-КатуньРоссия (Поволжье)80183 млн. МаникуаганКанада70210 млн. КарскийРоссия (Северный Урал)6060 млн. ВредефортЮАР601,97 млрд. СильянШвеция52365 млн. ШарлевойКанада46360 млн. КарсвеллКанада37485 млн. КлируотерКанада32290 млн. Возраст до лет ЛонарИндия 1,8350 тыс. АризонаСША 1,230 тыс. Вольф КрикАвстралия 0,9Неизвестно Сихотэ-АлиньскийРоссия0,0350 лет ДалгарангаскийАвстралия 0,0225 тыс. Таблица расположения некоторых крупных кратеров, найденных на Земле

55 Космическая обсерватория в Крыму

56

57 Слои атмосферы t o = 2000 o C В термосфере сгорают космические тела, приближающиеся к Земле. t o = - 40 o C "Царство стужи"

58 Последствия

59 Основные понятия Теория струн направление математической физики, изучающее динамику не точечных частиц, как большинство разделов физики, а одномерных протяжённых объектов, так называемых квантовых струн. Струна в астрономии – гигантская складка пространства-времени. Теория суперструн суперсимметричное обобщение теории струн. Суперсимметрия (SYSY) гипотетическая симметрия, связывающая бозоны и фермионы в природе. Абстрактное преобразование суперсимметрии связывает бозонное и фермионное квантовые поля, так что они могут превращаться друг в друга. Образно можно сказать, что преобразование суперсимметрии может переводить вещество во взаимодействие (или в излучение), и наоборот. Частицы, имеющие спин, равный h/4π, называют фермионами. К фермионам относятся электроны, протоны, нейтроны. Для всех фермионов справедливо утверждение: в системе в одном и том же квантовом состоянии не может находиться более одного фермиона.

60 В природе существуют частицы, например, фотоны и некоторые ядра, обладающие спином, равным h/2π, эти частицы называют бозонами. Спином электрона или другой элементарной частицы называется собственный момент импульса (Ms).Магнитный момент частицы обозначается μs. Проекция спина на направление внешней магнитной индукции может принимать только 2 значения, то есть быть сонаправлена с ним или же разнонаправлена. Именно этим объясняются магнитные свойства веществ. Когда вещество не находится во внешнем магнитном поле все спины направлены хаотично и не создают никакого собственного поля. Когда же вещество попадает в область с внешним магнитным полем спины ориентируются относительно него и заметно его усиливают или же ослабляют. Аннигиляция реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных.

61 Астероиды – это твердые каменистые тела, которые подобно планетам движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Термин "астероид" (или "звездоподобный") был введен известным астрономом XVIII века Уильямом Гершелем для характеристики вида этих объектов при наблюдениях в телескоп. 1 астрономическая единица = км – среднее расстояние Земли от Солнца. Скорость света – ±1,2 м/с t o в космосе близка к абсолютному нулю - около –271 О C

62 Туринская шкала астероидной опасности – международная шкала, характеризующая степень потенциальной опасности, грозящей Земле со стороны астероида или ядра кометы. Балл по Туринской шкале астероидной опасности присваивается малому телу Солнечной системы в момент его открытия в зависимости от массы этого тела, возможной скорости и вероятности его столкновения с Землей (см. таблицу). По мере дальнейшего исследования орбиты тела его балл по Туринской шкале может быть изменен. Туринская шкала позволяет классифицировать астероиды и другие небесные тела по 11 уровням степени их опасности для землян. Она учитывает не только вероятность столкновения астероида с Землей, но и потенциальные разрушения, к которым может привести катастрофа.

63 Оценка опасности объекта БаллКраткая характеристика Безопасен0Вероятность столкновения в ближайшие десятилетия равна нулю. К этой же категории относятся столкновения Земли с объектами, которые сгорят в атмосфере, не достигнув поверхности. Заслуживает внимательного слежения 1Вероятность столкновения крайне низка. Скорее всего, подобные тела в ближайшие десятилетия с Землей не встретятся. Вызывает беспокойство2Вероятность столкновения низка, хотя тело пролетит довольно близко. Подобные события происходят нередко. 3Вероятность столкновения с телом, способным вызвать локальные разрушения, составляет не менее 1%. 4Вероятность столкновения с телом, способным привести к региональным разрушениям, составляет свыше 1%. Явно угрожает5Вероятность столкновения с телом, способным вызвать катастрофу регионального масштаба, очень велика. 6 То же – с вероятными глобальными последствиями. 7 То же – с неизбежными глобальными последствиями. Столкновение неизбежно8 Вероятность катастрофических локальных событий – одно в 50 – 1000 лет. 9 Вероятность катастрофических Региональных событий – одно в 1000 – лет. 10Вероятность глобальной катастрофы (с изменением климата на планете) – не менее одного события в лет. «Зеленый уровень» опасности «Желтый уровень» опасности «Красный уровень» опасности