Računari i meteoriti

Meteori su svakodnevica naše planete. Neki su lepe „zvezde padalice”, a drugi mogu da promene tok istorije zauvek. Nedavno smo bili svedoci pada meteora, za koji naučnici kažu da se dešava jednom u životu. Impresivno i za laike i za naučnike, ali i podsetnik na opasnost koja preti iz svemira. Kako računari mogu da pomognu u sprečavanju potencijalno katastrofalnih udara meteora?

Trag eksplozije meteora na nebu iznad južnog Urala 15. februara ove godine. Meteor je eksplodirao 32 sekunde nakon ulaska u atmosferu na visini od 23 kilometra i raspao se na krhotine koje nisu mogle da naprave veliki krater pri udaru u Zemlju.

Svakog dana ka Zemlji pada veliki broj meteora. Većina njih su mali i sagore unutar atmosfere ili padnu negde u velikim nenaseljenim prostranstvima naše planete, te ih niko ne primeti. Na sreću naučnika koji proučavaju ove događaje, na planeti je sve više stanovnika i sve veći broj ljudi ima kameru, pa kada se vidljivi pad meteora dešava u blizini naseljenog mesta, valika je verovatnoća da će neko da napravi dobar snimak. U oktobru 1992. godine kamere su snimile mali meteor kako pada u gradu Pikskil u državi Njujork, kao i maja 2000. godine, kada se kod grada Moravka u Češkoj na 20 km visine raspao meteor težak nešto manje od dve tone. Sredinom februara desio se pad vanredno velikog, a opet neočekivanog meteora, koji su snimili brojni stanovnici ruskog grada Čeljabinsk. Kada se desi neki ovako impresivan događaj koji zaokupi pažnju javnosti, kreću da se gomilaju neizbežna pitanja. Odakle je taj meteor došao? Kako to da naučnici i njihovi superračunari nisu to proračunali? Kada i gde će se tako nešto desiti ponovo? I, konačno, da li možemo da preduzmemo išta da sprečimo da se to ponovo desi?

Čeljabinsk

Petnaestog februara oko 9.20 sati ujutru po lokalnom vremenu, u atmosferu iznad južnog Urala ušao je meteor veličine oko 17 metara i težak oko 10.000 tona. Na jutarnjem nebu meteor se pretvorio u vatreni projektil koji je dostigao brzinu od oko 18 km/s. Nakon 32 sekunde od ulaska u Zemljin omotač, na visini od oko 23 kilometra, atmosfera je postala pregusta za ovaj meteor i on je usled pritiska eksplodirao. Privučeni bljeskom eksplozije, stanovnici okolnih mesta pohrlili su na prozore da vide šta se dešava. Minut kasnije, udarni talas stigao je do gradova i oko 1200 ljudi povređeno je krhotinama stakla. Ovo jeste tragedija, ali ljudi u Čeljabinsku su zapravo imali mnogo sreće. Fragmenti su pali u nenaseljeno područje oko smrznutog jezera Čebarkulj, 70 km jugozapadno od Čeljabinska, gde su nađeni meteoriti težine i do nekoliko kilograma. Naučnici pretpostavljaju da su najveći fragmenti između 200 i 500 kg, ali do njih tek treba doći kroz 10 metara vode i još toliko metara blata na dnu jezera.

Vizuelizacija orbite kojom je asteroid putovao kroz Sunčev sistem hiljadama godina, izračunate na osnovu snimaka napravljenih prilikom kretanja kroz atmosferu pre eksplozije.

Sama eksplozija bila je mnogo opasnija od udaraca fragmenata. Meteor je imao više nego dovoljno energije da sravni ceo grad sa zemljom. Ekvivalent njegove ukupne energije procenjuje se na 500 kilotona, što je 30 puta jače nego bomba bačena na Hirošimu, dok je sama energija eksplozije bila oko 90 kilotona. Snagu ove eksplozije bilo je moguće osetiti čak 16.000 km daleko. Iako je Hladni rat odavno završen, u svetu postoje mreže infrazvučnih senzora koje su u stanju da detektuju detonacije velike snage, kakve se dešavaju usled nuklearnih eksplozija. Te stanice širom sveta digle su 15. februara uzbunu, koja se smirila tek nakon što su vesti o meteoru počele da se šire svetskim vestima. Indirektna opasnost od sličnosti meteorskih i nuklearnih detonacija postala je očigledna u junu 2002. godine, kada se eksplozija desila iznad Sredozemnog mora, između Krita i obale Libije. Da se ovo dogodilo iznad terirorije Indije i Pakistana, koji su u tom trenutku bili u zategnutim odnosima praćenim nuklearnim pretnjama, moglo je da dođe do katastrofalnih posledica.

Uzbuna oko meteora i dalje traje, ali unutar naučne zajednice koja analizira podatke i pokušava da ih iskoristi da bismo se pripremili za budućnost. Na osnovu kratkog vremena koliko su pratili ovaj meteor, istraživači širom sveta imali su dovoljno podataka da naprave kompjutersku simulaciju njegovog kretanja. U pitanju je bio asteroid čija je putanja oko Sunca hiljadama godina presecala orbite Venere, Zemlje i Marsa. Postoje dva glavna razloga za to što naučnici nisu znali unapred za ovaj udar. Prvi je što objekat te veličine nije lako primetiti, pa svemirske agencije i ne pokušavaju da mapiraju asteoride prečnika manjeg od 20 metara. Drugi razlog je „nezgodna” putanja samog asteroida. Pošto je išao prema Zemlji iz pravca Sunca, asteroid je bio maskiran snažnim sjajem naše zvezde.

Ožiljci

Gravimetrijski 3D prikaz kratera Čikšulub na Jukatanu i 2D mapa sa obrisima poluostrva i brojnih cenotesa. Prečnik kratera je 180 kilometara i iz svemira je gotovo neprimetan. Otkriven je tokom istraživanja morskog dna.

Eksplozija kod Čeljabinska predstavlja najveći zabeleženi pad meteora u više od 100 godina. Davne 1908. godine u Sibiru se desio slavni „događaj Tunguska”, kada je snažna eksplozija pogodila teritoriju od 2100 kvadratnih kilometara i oborila više od 80 miliona drveća. Prva naučna ekspedicija sa ciljem da otkrije šta se desilo stigla je u region reke Podkamenaja Tunguska tek 20 godina kasnije, kada su videli ostatke pustošenja i zapisali priče lokalnih stanovnika koji su se sećali tog događaja. Ono što ih je bunilo je to što nisu mogli da nađu krater, za koji se pretpostavljalo da je osnovna karakteristika udara meteora. Nagađanja i spekulacije o tome šta se desilo kod Tunguske zabavljale su ljubitelje misterija dugi niz godina. Danas je prihvaćena teorija da je došlo do vazdušne eksplozije meteora ili fragmenta komete na visini između 5 i 10 km, ukupne snage koju naučnici procenjuju na negde između tri i 30 megatona. Sličan događaj desio se 2002. godine ponovo u Sibiru, ovog puta blizu grada Bodajbo. Nakon eksplozije snage između pola i pet kilotona, nije bilo očekivanih krhotina, tako da naknadne simulacije ukazuju na to da je u pitanju bio nukleus komete. Ipak, kada govorimo o najvećim udarima meteora u našu planetu, događaj Tunguska samo je mala ogrebotina.

Trag najvećeg udara u Zemlju možete da vidite svakog dana ili noći kada pogledate u Mesec. Prema aktuelnim teorijama, Zemlja se formirala pre 4,6 milijardi godina iz magline materijala koja je lebdela oko Sunca. U prvih 100 miliona godina Zemljinog postojanja došlo je do sudara sa drugim, otprilike upola manjim telom. Snaga udarca dovela je do izbacivanja ogromne količine materijala u orbitu. Deo je pao nazad na užarenu površinu planete, a ostale krhotine formirale su Mesec.

Berindžerov kater u Arizoni je jedan od najimpresivnijih „mladih” podsetnika na meteore. Ovaj krater od 1186 metara pre 50.000 godina napravio je udarac 50 metara široki meteor sa mnogo nikla i gvožđa kada je udario snagom od oko 10 megatona.

U narednim milionima i miljardama godina brojni ogromni udarci menjali su izgled naše planete. Brojni krateri, bez obzira na njihovu impozantnu veličinu i istorijski značaj, više ne mogu da se vide jer se povrišina Zemlje neprestano menja pod uticajem raznih meteoroloških i geoloških uslova. Najstariji otkriveni krater na planeti je Suavjarvi i nalazi se ponovo u Rusiji. Ovaj krater prečnika od 16 km nastao je od udara koji se desio pre 2,4 milijarde godina. Najveći meteorski krater na planeti nalazi se u Južnoafričkoj Republici. Krater Vredefort nastao je kao posledica udarca masivnog meteorita pre 2023 miliona godina. Pre nego što su ga erozija i vreme smanjili, imao je prečnik od oko 300 km. Sa originalnom veličinom od 250 km, drugi po veličini je kanadski basen Sadberi u Ontariju. On je nastao od udarca meteora prečika oko 15 km koji je pao na Zemlju pre 1849 miliona godina. Fragmenti meteora nađeni su čak i dalje od 800 km od ovog kratera.

Najslavniji krater na planeti tek se naslućuje golim okom kada pratite sistem pećina zvanih cenotes duž meksičkog poluostrva Jukatan. Krater nosi ime Čikšulub po malom gradu koji se nalazi blizu centra gde je pre 66 miliona godina udario meteorit veličine bar 10 km. Sam krater veliki je 180 km, a efekti udarca su toliko izraženi da se vide širom sveta kao geološka granica između perioda krede i paleogena. Zašto je ovaj krater najpoznatiji? Zato što su svi čuli za „meteor koji je ubio dinosaure” – taj meteor je napravio krater Čikšulub. Sam krater otkriven je tek nedavno, krajem 70-ih godina prošlog veka, kada su predstavnici meksičke naftne kompanije Pemex tražili lokacije za naftne bušotine. Na osnovu lučne strukture na morskom dnu napravljena je gravitaciona mapa regiona. Te mape prikazuju razlike u gustini tla koje mogu da nastanu pri udaru meteora i na osnovu njih je proračunato da je snaga udarca bila ekvivalentna eksploziji od 100 teratona, odnosno dva miliona puta jače od najjače detonirane nuklearne bombe!

Asteroidi

U nedeljama nakon pada meteora, veliki broj ljudi je pohrlio ka jezeru Čebarkulj u potrazi za fragmentima meteorita koji su postali vredni kolekcionarski predmeti. Fragmenti teški nekoliko grama vredniji su od svoje težine u zlatu.

Kada se razmisli o efektima koji asteroidi mogu da imaju na planetu, a samim tim i na nas, proradi instinkt za samodržanjem. Naučnici već godinama prate uglavnom velike asteroide i rade na smišljanju sistema za zaštitu od ovih opasnih putnika kroz Sunčev sistem. Više od 95 odsto asteroida u našem sisemu nalazi se u stabilnoj orbiti oko Sunca u prstenastom prostoru između Marsa i Jupitera zvanom Glavni asteroidni pojas, čiji prečnik iznosi oko 200 miliona kilometara. U ovom pojasu kreću se milioni asteroida, a naše baze podataka trenutno prate i računaju tačne putanje nekoliko stotina hiljada njih. Taj broj neprestano raste kako istraživači povećavaju nivo detalja tokom pretraživanja i fokusiraju se na sve manje i manje asteroide. Milioni asteroida nisu problem dok se nalaze unutar Glavnog pojasa, ali može da se desi gda ga napuste. Razlog za to su česti sudari među njima usled gravitacionih polja (Jupiter), kao i specifičnih sila kao što je efekat Jarkovskog. Kada Sunce zagreva rotirajuće telo, infracrvena radijacija sa tople strane dovoljna je da pomeri telo u smeru hladne strane. Kada iz bilo kog razloga asteroidi napuste Glavni pojasi i približe se putanji naše planete, postaju veoma interesantni istraživačima i dobijaju oznaku NEO (Near Earth Object). Zahvaljujući radu astronoma iz celog sveta, otkriveno je više od 900 NEO-a sa prečnikom većim od 1 km, a na osnovu pretraženog prostora procenjuje se da bi moglo da postoji manje od 100 neotkrivenih. Naravno, problem nisu samo veliki već i mali NEO.

Upravo jedan od tih manjih bliskih asteroida 2012 DA14 prošao je tik pored Zemlje oko 16 sati pre događaja kod Čeljabinska. Otkriven je u februaru prošle godine, kada je unapred izračunato da će proći pored Zemlje 14. februara ove godine. Zaista, te su večeri mnogi astronomi-amateri mogli da uživaju gledajući kako ova stena dimenzija 20 x 40 m proleće brzinom od 8 km/s na samo 27.700 km od naše planete. Mnogi telekomunikacioni sateliti su u daljoj orbiti. Putanja asteroida 2012 DA14 detaljno je proračunata za vekove unapred, sa vizualnim simulacijama na računarima. Sledeći susret sa ovim asteroidom desiće se u februaru 2046. godine, kada će biti udaljen više od dva miliona kilometara, a tako blizu kao ove godine proleteće tek za 110 godina.

Detekcija

Brojni su načini za pomeranje asteroida. Ako rotacija i morfologija asteroida nisu problem, moguće je na asteroid postaviti tegljač koji će ga pomeriti na novu, bezbednu putanju koja neće ukrstiti put sa Zemljom.

Veći asteroidi prate se relativno lako. U redovnim intervalima uzima se izračunati položaj koji bi dati objekat trebalo da ima u datom trenutku i potvrdi se stabilnost njegovog kretanja. Događaj u južnom Uralu pokazao nam je da i relativno mali objekti mogu da imaju ogromnu rušilačku snagu. U periodu nakon pada Čeljabinskog meteora, brojne organizacije najavile su pooštrenje i unapređenje svojih sistema za detekciju. Teleskopi sa Havajskog instituta za astronomiju spadaju u najbolje na planeti, ali naučnici koji rade s njima do sada nisu imali finansije za napredne programe za detekciju manjih asteroida. Ipak, 17. februara odobreno je neophodnih pet miliona dolara za pokretanje projekta ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System), koji je u osnovi pametni računarski sistem povezan sa malim teleskopima dizajniranim da ne gledaju u dubinu kosmosa, već da imaju ogromno vidno polje. Da je ATLAS bio aktivan, bio bi u stanju da upozori na meteor 24 sata pre pada i pored toga što je on relativno mali i dolazi iz pravca Sunca.

Interesantan je i projekat kanadske svemirske agencije. NEOSSat je mikrosatelit (65 kg težine), koji dok vi ovo čitate u orbiti na visini od 700 kilometara koristi teleskop od 15 cm i napredne algoritme za prepoznavanje, koji na snimljenim fotografijama ciljano „love” asteroide. Lansiranje NEOSSata odavno je planirano, ali činjenica da se to desilo dve nedelje nakon događaja kod Čeljabinska donela mu je dosta pažnje. Najambiciozniji projekat za detekciju verovatno je misija B612 fondacije Sentinel. Ova neprofitna organizacija, čije je ime inspirisano Egziperijevim „Malim princem”, posvećena je otkrivanju što više malih asteroida blizu Zemlje. Sentinel je prva interplanetarna svemirska misija iza koje ne stoji organizacija neke vlade. U pitanju je svemirski teleskop koji će biti postavljen u orbitu oko Sunca blizu Venerine, odakle će biti okrenut prema Zemlji i skenirati okolinu orbite naše planete. Sistem će imati određeni stepen automatizacije pri prepoznavanju asteroida, ali se uspešnost projekta i dalje zasniva na sprezi sa stručnjacima na Zemlji. Lansiranje se planira za 2018. godinu. Sentinel bi za manje od sedam godina trebalo da stvori 3D mapu koja će sadržavati više od 90 odsto NEO većih od 140 metara, kao i veliki broj manjih asteroida većih od 30 m.

Bilijar

Otkrivanje asteroida samo je prvi korak. Dobro je kada znamo šta nas čeka, ali šta da radimo kada znamo da to nešto nije dobro? Prve ideje za rešenje problema koji predstavljaju asteroidi na kursu ka Zemlji pojavile su se sredinom prošlog veka, kada je zamisao bila da se asteroidi gađaju nuklearnim oružjem kako bi se pretvorili u manje komade koji će sagoreti u atmosferi. Savremeno mišljenje je da to ne treba da se radi jer kiša radioaktivnog kamenja nikako nije dobra stvar. Danas se smatra da je idealno rešenje problema sa bilo kojim asteroidom jednostavno skretanje njegove putanje tako da on zaobiđe našu planetu. To može da se postigne na nekoliko načina.

Jedna od mogućnosti je kinetički impaktor, tj. „udari asteroid nečim teškim i brzim”. U zavisnosti od veličine i brzine asteroida koji treba da se skrene sa putanje, ka njemu bi mogla da se pošalje jednostavna svemirska sonda ili čak drugi, manji asteroid. Argument protiv ovakvog pristupa je nedovoljna preciznost. Interesantan je sistem ugradnje takozvanog ubrzivača mase na sam asteroid. U pitanju je automatizovani uređaj koji bi otkidao komade asteroida i izbacivao ih u željenom smeru. Sam čin izbacivanja ovakvog projektila uticao bi na smer asteroida, kao i rezultujuće smanjenje mase. Postoje ideje vuče i guranja asteroida na razne načine, kao što su solarna jedra ili jonski motori. Glavni problem ovakvog pristupa je često neregularna rotacija asteroida i činjenica da asteroidi nisu uvek jednistveni komadi nego oblak kamenja. Elegantno rešenje je pojačavanje efekta Jarkovskog gađanjem asteroida fokusiranim zrakom svetla ili farbanjem asteroida kako bi se pojačala njegova prirodna infracrvena radijacija. Verovatno je najpopularnije rešenje gravitaciona vuča. To podrazumeva dovođenje sonde u neposrednu blizinu asteroida i njegovo skretanje zahvaljujući međusobnog gravitacionog privlačenja dva objekta.

Najbitnije kod svih navedenih rešenja je da se sve precizno proračuna i da se projekat sprovede u delo što dalje od Zemlje, kada mala promena ugla ima ogroman efekat na duge staze. To znači da je rana detekcija koja daje vremena za planiranje i izvođenje projekta skretanja ključna stvar. Statistički gledano, svake godine na Zemlju padne barem jedan meteor veličine četiri metra, a svakih pet godina jedan od sedam metara i svi oni uglavnom sagore u atmosferi. Razorni događaji kao oni kod Tunguske procenjuju se u svakih 2000 godina, a udar meteora prečnika većeg od kilometra jednom u svakih pola miliona godina. Sve to ukazuje da imamo i tehnologiju i vreme da se pripremimo, samo je pitanje da li ćemo ih iskoristiti na pravi način.

Dragan KOSOVAC