Российская Академия Наук

Турчин Алексей

Выводы: вероятность гибели человечества в результате падения астероида в XXI веке крайне мала. По мере развития нашей цивилизации мы можем неограниченно её уменьшать. Однако крупные катастрофы возможны. Есть некоторый шанс засорения космического пространства крупными осколками в результате космической войны в будущем.

Зона поражения в зависимости от силы взрыва

Здесь мы рассмотрим поражающее действие взрыва в результате падения астероида (или по любой другой причине). Подробный анализ с аналогичными выводами см. в статье Пустныского.

Зона поражения растёт очень медленно с ростом силы взрыва, что верно как астероидов, так и для сверхмощных атомных бомб. Хотя энергия воздействия падает пропорционально квадрату расстояния от эпицентра, при гигантском взрыве она падает гораздо быстрее, во-первых, из-за кривизны Земли, которая как бы защищает то, что находится за горизонтом (поэтому атомные взрывы

наиболее эффективны в воздухе, а не на земле), а во-вторых, из-за того, что способность материи упруго передавать ударную волну ограничена неким пределом сверху, и вся энергия сверх того не передаётся, а превращается в тепло в районе эпицентра. Например, в океане не может возникнуть волна выше его глубины, а поскольку эпицентр взрыва точечный (в отличие от эпицентра обычного цунами, который представляет собой линию разлома), она затем будет убывать линейно в зависимости от расстояния. Избыточное тепло, образовавшееся при взрыве, или излучается в космос, или остаётся в виде озера расплавленного вещества в эпицентре. Солнце доставляет за сутки на Землю световую энергию порядка 1000 гигатонн (10 джоулей), поэтому роль теплового вклада сверхвзрыва в общую температуру Земли невелика. (С другой стороны, механизмом распространения тепла от взрыва будет скорее не потоки раскалённого воздуха, а выброшенные взрывом кубические километры осколков с массой, сопоставимой с массой самого астероида, но меньшей энергии, многие из которых будут иметь скорость, близкую к первой космической, и в силу этого лететь по баллистическим траекториям, как летят межконтинентальные ракеты. За час они достигнут всех уголков Земли, и хотя они, действуя как кинетическое оружие, поразят не каждую точку на поверхности, они выделят при своём входе в атмосферу огромные количества энергии, то есть прогреют атмосферу по всей площади Земли, возможно, до температуры возгорания дерева, что ещё усугубит процесс.)

Мы можем ориентировочно считать, что зона разрушения растёт пропорционально корню 4 степени от силы взрыва (точные значения определяются военными эмпирически в результате испытаний и лежат между степенями 0,33 и 0,25, при этом завися от сила взрыва, высоты, и т. д.). При этом каждая тонна массы метеорита даёт примерно 100 тонн тротилового эквивалента энергии – в зависимости от скорости столкновения, которая обычно составляет несколько десятков километров в секунду. (В этом случае каменный астероид в 1 куб. км. размером даст энергию в 300 Гигатонн. Плотность комет значительно меньше, но они могут рассыпаться в воздухе, усиливая удар, и, кроме того, движутся по крутым орбитам с гораздо большими скоростями.) Принимая, что радиус сплошного поражения от водородной бомбы в 1 мегатонну составляет 10 км, мы можем получить радиусы поражения для астероидов разных размеров, считая, что радиус поражения убывает пропорционально четвёртой степени сила взрыва. Например, для астероида в 1 куб. км это будет радиус в 230 км. Для астероида диаметром в 10 км это будет радиус в 1300 км. Для 100 км астероида это будет радиус поражения порядка 7000 км. Для того, чтобы этот радиус гарантированного поражения стал больше, чем половина широты Земли (20 000 км), то есть гарантированного покрывал всю Землю, астероид должен иметь размеры порядка 400 км. (Если считать, что радиус поражения растёт как корень третьей степени, то это будет диаметр уничтожающего всё астероида около 30 км. Реальное значение лежит между этими двумя цифрами (30-400 км), сюда же попадает и оценка Пустынского, выполненная им независимо: 60 км.)

Хотя данные вычисления крайне приблизительны, из них видно, что даже тот астероид, который связывают с вымиранием динозавров, вовсе не поразил всю территорию Земли, и даже не весь континент, где он упал. А вымирание, если и было связано с астероидом (сейчас считается, что там сложная структура причин), то было вызвано не самим ударом, а последующим эффектом – «астероидной зимой», связанной с переносом пыли атмосферой. Также столкновение с астероидом может вызывать электромагнитный импульс, как у атомной бомбы, за счёт быстрого движения плазмы. Кроме того, интересно задаться вопросом, не могут ли возникнуть термоядерные реакции при столкновении с кометой, если её скорость будет близка к максимально возможной около 100 км/сек (комета на встречном курсе, наихудший расклад), так как в точке удара может возникнуть температура в миллионы градусов и огромное давление, как при имплозии в ядерной бомбе. И даже если вклад этих реакций в энергию взрыва будет мал, он может дать радиоактивное загрязнение.

Сильный взрыв создаст сильное химическое загрязнение всей атмосферы, хотя бы окислами азота, которые будут образовывать дожди из азотной кислоты. И сильный взрыв засорит атмосферу пылью, что создаст условия для ядерной зимы.

Из сказанного следует, что атомная сверхбомба была бы страшна не силой своего взрыва, а количеством радиоактивных

осадков, которые бы она произвела. Кроме того, видно, что земная атмосфера выступает в качестве мощнейшего фактора распространения воздействий.

Солнечные вспышки и увеличение светимости

То, что нам известно о Солнце, не даёт оснований для беспокойства. Солнце не может взорваться. Только наличие неизвестных нам или крайне маловероятных процессов может привести к вспышке (коронарному выбросу), которая сильно опалит Землю в XXI веке. Но у других звёзд бывают вспышки, в миллионы раз превосходящие солнечные. Однако изменение светимости Солнца оказывает влияние на изменение климата Земли, что доказывает совпадение времени малого ледникового периода в XVII веке с минимумом солнечных пятен Маундера . Возможно, с колебаниями светимости связаны и ледниковые периоды.

Процесс постепенного увеличения светимости Солнца (на 10 процентов каждые миллиард лет ) приведёт к выкипанию океанов – с учётом других факторов потепления – в течение 1 млрд. лет (то есть гораздо раньше, чем Солнце станет красным гигантом и, тем более, белым карликом). Однако по сравнению с исследуемым нами промежутком в 100 лет этот процесс незначителен (если только он не сложился вместе с другими процессами, ведущими к необратимому глобальному потеплению – см. далее).

Есть предположения, что по мере выгорания водорода в центральной части Солнца, что уже происходит, будет расти не только светимость Солнца (светимость растёт за счёт роста его размеров, а не температуры поверхности), но и нестабильность его горения. Возможно, что последние ледниковые периоды связаны с этим уменьшением стабильности горения. Это понятно на следующей метафоре: когда в костре много дров, он горит ярко и устойчиво, но когда большая часть дров прогорает, он начинает то немного гаснуть, то ярко вспыхивать снова, когда находит несгоревшую ветку.

Уменьшение концентрации водорода в центре Солнца может спровоцировать такой процесс как конвекцию, которая обычно в ядре Солнца не происходит, в результате чего в ядро поступит свежий водород . Возможен ли такой процесс, будет ли он плавным или катастрофическим, займёт ли годы или миллионы лет, трудно сказать. Шкловский предполагал , что в результате конвекций температура Солнца падает каждые 200 млн. лет на период порядка 10 млн., и что мы живём в середине такого периода. То есть опасно завершение этого процесса, когда свежее топливо наконец поступит в ядро и светимость Солнца возрастёт. (Однако это маргинальная теория, и в настоящий момент разрешена одна из основных проблем, которая её породила – проблема солнечных нейтрино.)

Важно, однако, подчеркнуть, что как сверхновая или новая Солнце, исходя из наших физических представлений, вспыхнуть не может.

Вместе с тем, чтобы прервать разумную жизнь на Земле, Солнцу достаточно разогреться на 10 процентов за 100 лет (что повысило бы температуру на Земле на 10-20 градусов без парникового эффекта, но с учётом парникового эффекта бы, скорее всего, оказалось выше критического порога необратимого потепления). Такие медленные и редкие изменения температуры звёзд солнечного типа было бы трудно заметить астрономическими методами при наблюдении солнцеподобных звёзд – поскольку только недавно достигнута необходимая точность оборудования. (Кроме того, возможен логический парадокс следующего вида: солнцеподобные звёзды – это стабильные звёзды спектрального класса G7 по определению. Не удивительно, что в результате их наблюдения мы обнаруживаем, что эти звёзды стабильны.)

Итак, один вариант глобальной катастрофы состоит в том, что в результате неких внутренних процессов светимость Солнца устойчиво возрастёт на опасную величину (и мы знаем, что рано или поздно это произойдёт). В настоящий момент Солнце находится на восходящем вековом тренде своей активности, но никаких особых аномалий в его поведении замечено не было. Вероятность того, что это случится именно в XXI веке, ничтожно мала.

Второй вариант глобальной катастрофы, связанной с Солнцем, состоит в том, что сложатся два маловероятных события – на Солнце произойдёт очень крупная вспышка и выброс этой вспышки будет направлен на Землю. В отношении распределения вероятности такого события можно предположить, что здесь действует тот же эмпирический закон, что и относительно землетрясений и вулканов: 20 кратный рост энергии события приводит к 10 кратному снижению его вероятности (закон повторяемости Гутенберга–Рихтера). В XIX веке наблюдалась вспышка в 5 раз, по современным оценкам, более сильная, чем самая сильная вспышка в XX веке. Возможно, что раз в десятки и сотни тысяч лет на Солнце происходят вспышки, аналогичные по редкости и масштабности земным извержениям супервулканов. Всё же это крайне редкие события. Крупные солнечные вспышки, даже если они не будут направлены на Землю, могут несколько увеличить солнечную светимость и привести к дополнительному нагреву Земли. (Обычные вспышки дают вклад не более 0,1 процента).