När Asteroiden 2005 YU55 passerade nära jorden igår, har denna ganska oroande nära flyby många människor som undrar om vi skulle kunna avleda en asteroid som var på väg mot en korsning med jorden i dess bana.
När naturkatastrofer går, skulle naturligtvis en asteroidstrejk på jorden vara extremt dålig. Till och med relativt små rymdrockar kunde torka miljoner människor från planeten och för de riktigt stora asteroiderna - som den som orsakade Chicxulub-händelsen för 65 miljoner år sedan - är det osannolikt att mänskligheten skulle överleva. Och ändå, för all deras förödelse, erbjuder asteroider en glimt av hopp. En asteroidstrejk kan förebyggas, eftersom vi har tid att ta itu med den.
"Idag är ingen känd asteroid på en kollisionskurs med jorden", säger Dr. David Morrison från NASA: s Near Earth Object (NEO) -program, i en rapport för några år sedan från Spaceguard Survey som letar efter nära förbipasserande objekt. ”Rymdsvaktsundersökningen räknar inte med att hitta någon stor asteroid som direkt hotar oss. Om emellertid en sådan sten upptäcks på en kollisionskurs förväntar vi oss att vi skulle använda lämplig teknik för att avböja den innan den träffar. Asteroidpåverkan är den enda naturliga risken som vi i princip kan eliminera helt. ”
Det finns några olika sätt att ändra en asteroids bana, men vad är det bästa sättet att göra det?
Låt oss först prata lite om vad vi har att göra med. Ett nära jordobjekt är en asteroid eller komet vars bana går in i jordens grannskap - allt som kretsar inom 195 miljoner kilometer (120 miljoner miles) från jordens omloppsbana. Vissa föremål har färdats med oss i miljoner år och vävt in och ut ur vår omloppsbana. Så småningom kommer ett av dessa objekt att vara på fel plats vid fel tid och påverka jorden.
Astronomer överallt är medvetna om problemet, och det finns flera undersökningar som pågår för att upptäcka och katalogisera alla potentiella jordkorsande asteroider, till exempel Spaceguard Survey, som arbetar för att upptäcka alla de nära jordens asteroider som är större än 1 km i diameter. Stenar över denna storlek har potential att avsluta civilisationen som vi känner till, så det skulle vara bra att veta om någon av dem är på väg.
Men föremål så små som 140 meter över kommer att orsaka regional skada och till och med döden av miljoner om man råkar slå en storstad. Dessa mindre stenar är också en prioritering.
Från den 3 november 2011 har 8 421 föremål nära jord upptäckts. Cirka 830 av dessa NEO: er är asteroider med en diameter på cirka 1 kilometer eller större. Även 1 262 av dessa NEO: er har klassificerats som potentiellt farliga asteroider som har potential att göra nära tillvägagångssätt till jorden, med en storlek som är tillräckligt stor för att orsaka betydande regionala skador i händelse av påverkan.
Dessutom har nyligen uppnådda resultat från NASA: s Wide-field Infrared Survey Explorer, eller WISE-rymdskepp - som med de andra undersökningarna hjälpt till att hitta cirka 90 procent av de största asteroiderna nära jorden - astronomer uppskattar nu att det finns ungefär 19 500 medelstora asteroider nära jorden där ute, vilket betyder att majoriteten av dessa mellanstora asteroider återstår att upptäckas. Dessa är föremål mellan 100 och 1 000 meter (330 och 3 300 fot) breda.
Astronomer arbetar för att skapa en omfattande lista över alla farliga rymdrockar där ute. Tänk om det finns en asteroid med vårt namn på den? Vilka åtgärder kan vi vidta för att nå ut och förstöra den eller åtminstone ändra banan från en kollision med jorden?
Vi pratar inte om ett Armageddon- eller Deep Impact-scenario här; det finns inget sätt att stoppa en asteroid som kommer att påverka oss på bara några månader - vi vet inte hur och har inte tekniken. Men låt oss säga att vi har fått några decennier varning.
Hur kan vi stoppa det?
Tidigare Apollo-astronauten Rusty Schweickart har pratat med Space Magazine flera gånger och betonar att den teknik som behövs för att avleda en asteroid finns idag. "Det vill säga, vi behöver inte gå in i ett stort teknikutvecklingsprogram för att avböja de flesta asteroider som skulle utgöra ett hot om påverkan," sade han. ”Den tekniken har emellertid inte satts samman i en systemdesign och inte verifierats, testats eller visats att den faktiskt skulle kunna böja en asteroid. Så vi måste testa allt - testa själva sekvensen vi skulle använda för en avböjningskampanj. "
Det bästa sättet att testa det skulle vara att NASA, eller kanske ett konsortium av rymdbyråer, ska utföra ett faktiskt uppdrag att testa hela systemet.
"Inte med en asteroid som hotar en påverkan," sade Schweickart, "utan med en asteroid som bara tänker på sin egen verksamhet, och vi har möjlighet att visa att vi kan ändra dess bana lite på ett kontrollerat sätt."
Schweickart beskrev två typer av "avböjningskampanjer" för en hotande asteroid: a kinetisk påverkan grovt skulle "skjuta" asteroiden in i en annan bana (en större version av vad som hände med Deep Impact-rymdskeppet) och en gravitationstraktor eller rymddragare skulle långsamt dra på asteroiden för att exakt trimma den resulterande förändringskursen genom att bara använda gravitationsattraktionen mellan de två kropparna. Tillsammans utgör dessa två metoder en komplett avböjningskampanj med befintlig teknik.
Vad är några andra alternativ?
Spräng det med nukes
Varje Hollywood-berättelse som handlar med asteroider innebär alltid att packa kärnkraftshuvud ombord på ett rymdskepp och sedan flyga ut för att spränga asteroiden. Kaboom! Problemet löst? Inte exakt. Vetenskapen i dessa filmer är i bästa fall vilseledande och förmodligen helt fel.
Som Schweickart betonar är detta förmodligen en riktigt dålig idé. Han tror att problemet med att skapa många mindre och lika dödliga stenbitar genom att spränga en stor asteroid (och det faktiskt kan öka dess destruktiva kraft). Men i en rapport som utarbetats av National Research Council 2010, medger forskare att kärnkraftsexplosioner är det enda aktuella, praktiska sättet att hantera stora NEO: er (diametrar större än 1 kilometer) eller som en säkerhetskopia för mindre om andra metoder skulle misslyckas.
Det finns ytterligare en laglig fångst. Artikel IV i Fördrag om principer för staternas aktiviteter för utforskning och användning av yttre rymden, inklusive månen och andra himmelska organ förbjuder länder att använda nukes i rymden. Konventionella sprängämnen är tillåtna, men de är bara inte lika effektiva. Men Schweickart oroar sig för att NASA kan vara öppen för manipulation för att sätta fram spridningen av rymdbaserade kärnvapen under dräkt av internationell ”säkerhet”.
* Uppdatering: Som sagt inbegriper en annan mildringsplan också kärnvapen och kallas Kärnämne. Detta skulle innebära att detonera en nuke i närheten av en asteroid och strålningen förångar dess yta vilket alstrar ett explosivt tryck och en förändring av hastigheten som svar.
I sin NEO-workshoprapport 2007 fastställde NASA: s programanalys och utvärdering att en sådan metod skulle vara 100 gånger effektivare än en kinetisk impactor.
Använd ett solsegel
För en mer elegant idé snarare än att spränga den har fysikern Gregory Matloff studerat konceptet att använda en tvåseglad solfotontruster som använder koncentrerad solenergi. Ett av seglen, ett stort paraboliskt samlar segel skulle ständigt möta solen och rikta reflekterat solljus mot ett mindre, rörligt andra thruster segel som skulle stråla koncentrerat solljus mot ytan av en asteroid. I teorin skulle strålen förånga ett område på ytan för att skapa en luftstråle av material som skulle fungera som ett framdrivningssystem för att förändra NEO: s bana.
Bind dem upp
Tillbaka under 2009 hade David French, en doktorand i flyg- och rymdteknik vid North Carolina State University, idén att fästa ballast till en asteroid med en tether. Genom att göra detta förklarar French, "du ändrar objektets masscentrum, ändrar effektivt objektets bana och låter det passera jorden snarare än att påverka det."
Spegla bin
En annan mer elegant teknik använder också koncentrerat ljus för att försiktigt flytta en asteroid. Detta projekt, som har sponsrats av Planetary Society, kallas "Mirror Bees." Detta använder många små rymdfarkoster - var och en bär en spegel - som svärmer runt en farlig asteroid. Rymdskeppet kunde exakt vippa sina speglar för att fokusera solljus på en liten plats på asteroiden, förångande berget och metallen och skapa en jetplym av superuppvärmda gaser och skräp. Alternativt kan satelliterna innehålla kraftfulla lasrar som pumpas av solljus, och lasrarna kan användas för att förånga berget. Asteroiden skulle bli bränslet för sin egen raket - och långsamt skulle asteroiden flytta in i en ny bana.
lasrar
En annan intressant teknik från University of Alabama i Huntsville skulle innebära att ett lasersystem placeras i rymden, eller på en framtida månebas. När en potentiell jordkorsande asteroid upptäcks skulle lasern rikta sig mot den och skjuta under en lång tid. En liten mängd material skulle slås från asteroidens yta, vilket skulle avböja dess bana något. Under en lång tidsperiod skulle asteroidkorrigeringen läggas upp och förvandla en direkt hit till en nästan miss.
Plastfolie
Ett extremt uppfinningsrikt begrepp innebär att man använder en satellit för att linda in en asteroid med band av reflekterande Mylar-ark. Att täcka bara hälften av asteroiden skulle ändra ytan från tråkig till reflekterande, möjligen tillräckligt för att låta soltrycket ändra asteroidens bana.
Massförare
Denna idé involverar användning av flera landare för att rendezvous och fästa vid en hotande asteroid, borra i dess yta och mata ut små mängder av asteroidmaterialet med hög hastighet med hjälp av en massdrivare (järnvägspistol eller elektromagnetisk sprutmaskin). Effekten, när den appliceras under en period av veckor eller månader, skulle så småningom förändra den heliocentriska hastigheten hos målsteroiden och därmed förändra dess närmaste inställning till jorden.
Andra idéer inkluderar anslutning av en vanlig raketmotor till asteroiden; måla en asteroid för att göra den mörkare eller ljusare så att den absorberar och återstrålar mer eller mindre solljus, vilket påverkar dess snurr och så småningom dess bana; och en hyrde jonstråle.
Civilförsvar (evakuering, skydd på plats, tillhandahållande av nödinfrastruktur) är en kostnadseffektiv avhjälpande åtgärd för att rädda liv från de minsta NEO-konsekvenshändelserna och skulle också vara nödvändig del av mildring för större händelser.
Nyckeln till att avleda en farlig asteroid är att hitta dem tidigt så att en plan kan utvecklas. Schweickart sa att beslut om hur man ska mildra hotet när en rymdrock redan är på väg är för sent, och att alla beslut om vad som ska göras och hur, måste fattas nu. "Den verkliga frågan här är att få internationellt samarbete, så vi kan - på ett samordnat sätt - bestämma vad vi ska göra och agera innan det är för sent," sade han. "Om vi skjuta upp och argumentera om detta, kommer vi att argumentera oss förbi punkten där det är för sent och vi tar hit."
För mer information, läs rapporten The Association of Space Explorers International Panel (ordförande av Schweickart): Asteroid Threats: A Call for Global Response.
Nationella forskningsrådets rapport: Försvara Planet Earth: Near-Earth Object Surveys and Hazard Mitigation Strategies. Slutrapport.
Fraser Cain bidrog enormt till den här artikeln.
