Темпы развития науки и характерное время решения частных проблем земной цивилизации

Человечество в своем постоянном совершенствовании решает множество текущих и перспективных задач. Как правило, среди них доминируют текущие проблемы локального характера, направленные на оперативное обеспечение потребностей людей в еде, здравоохранении, образовании и сырьевых ресурсах. Выше этих проблем всегда ставилась стабильность общественных структур, на обеспечение которой ресурсы человечества направляются в первую очередь. Политическая стабильность и военная готовность ее защиты является мерилом развития и мощи государств наравне с их экономическим потенциалом, и формирование политических, экономических и военных союзов связано с идеей получения межгосударственных гарантий этой желанной стабильности.

В то же время человечество постоянно сталкивается с природными угрозами своему благополучию. Уровень энергетики, которой сегодня располагает человечество, сопоставим с уровнем энергетического воздействия на него планетарных факторов. Поэтому сейчас можно сказать, что большинство планетарных факторов уже не могут играть губительной роли для человечества. Однако, космические воздействия на планетарные процессы могут на много порядков превышать тот уровень, который человечество может противопоставить влиянию среды. И поскольку такие воздействия пока находятся вне контроля человечества, рассмотрение связанных с ними рисков имеет для него жизненно важное значение.

Одним из наиболее очевидных и наиболее вероятных таких рисков является опасность столкновения с Землей космического тела, могущего привести к катастрофически высокому в масштабах планеты энерговыделению. Этот риск, осознание которого возникло лишь сравнительно недавно, известен как «астероидно-кометная опасность» - АКО. АКО является проявлением "внешних", неконтролируемых человеком сил природы, что, в контексте религиозного мировоззрения может рассматриваться как "напасть", насылаемая на человечество сверхъестественной волей для его наказания/уничтожения.

В настоящее время человечество накопило (и продолжает накапливать) обширные знания об окружающей среде. Способность сохранять эти знания и передавать их новым поколениям обеспечила выживание человечества практически при всех катаклизмах планетарного масштаба, имевших место в эпоху его существования (порядка 1 млн. лет). Как бы ни были разрушительны землетрясения, наводнения и эпидемии, человечество в состоянии восстановить потери от их проявлений в короткие сроки, сохранив при этом накопленные знания и технологии.

Благодаря непрерывному научно-техническому прогрессу, особенно в два последних столетия своей истории, в человечестве возникла и укоренилась уверенность во всемогуществе разума, позволяющего преодолеть любые неприятности, чинимые природой. Тем не менее, тот же разум, побуждаемый, в том числе, религиозным мировоззрением, ставит вопрос, можно ли предвидеть возникновение таких изменений условий среды обитания человечества, которые неминуемо приведут к его полной гибели?

Предсказания, которые делают ученые, носят очень конкретный характер. В основе этих предсказаний лежат линейные экстраполяции рассматриваемых в моделях процессов, в результате которых моделируются ситуации с совершенно неприемлемыми для человечества результатами. Всем известны предсказания Мальтуса, указавшего на неизбежность голодного вымирания человечества, если его численность будет увеличиваться неконтролируемым образом [1]. Математическое моделирование глобальных климатических изменений, которые могут возникнуть в результате массового применения ядерного оружия, показало неизбежность "ядерной зимы" и сопровождающего ее массового вымирания живых организмов на всей планете [2, 3]. Чудовищные масштабы ударов космических тел при их падении на планеты, о которых предостерегал В.Шумейкер, получили наглядное доказательство при падении фрагментов кометы Шумейкеров-Леви-9 на Юпитер в 1994 году [4, 5].

Цель данной работы – привлечь внимание к одному из таких рисков глобального характера, которому продолжает быть подвержена земная цивилизация, а именно риску тотального уничтожения, могущего реализоваться вследствие столкновения планеты с космическим телом (астероидом, кометой). При этом характерными для данного типа риска являются следующие особенности, принципиально не имевшие места в случае рисков, возникавших на прошлых этапах:

осознание человечеством наличия риска;
наличие возможности оценить и предсказать наступление угрозы;
возникновение технических предпосылок для защиты от риска.

Осознание риска

Разглядывая Луну даже в небольшой бинокль, можно увидеть множество кольцеобразных кратеров, в том числе, огромных размеров, которые являются следами падений на спутник Земли космических тел, произошедших за ее долгую историю. Естественно, что и Земля была бы покрыта аналогичными «оспинами», если бы на ней не было атмосферы и органической жизни, которая служит «косметологом» нашей прекрасной планеты. Тем не менее, хорошо известны сохранившиеся следы падений гигантских астероидов (или комет): на Земле уже открыто около 40 ударных кратеров диаметром более 20 км, 5 из которых имеет диаметр более 100 км [4]. Современная наука доказала, что связанные с ними катастрофические события явились причиной смены ряда биологических эпох на нашей планете и привели к исчезновению огромного числа видов животных и растений. По мере «старения» солнечной системы частота ударов с такими последствиями уменьшается, однако вероятность столкновения с Землей тела, которое способно нанести жизни на Земле непоправимый ущерб, никогда не будет равна нулю. Этот риск, будучи осознанным в современную эпоху, требует количественной оценки как с точки зрения его вероятности, возможных физических параметров события, так и уровня достигнутых человечеством возможностей устранить риск, либо избежать его последствий.

Оценка и предсказание

Моделирование столкновений космических тел с Землей дает основание утверждать, что катастрофы космического характера, вызвавшие массовые вымирания земной биоты, были вызваны падением тел размером от 3 до 10 км. Гибель человеческой цивилизации будет неизбежной при столкновении с Землей тела размером 300…500 метров. Падения более мелких тел, даже если они не приведут к глобальной катастрофе, могут вызвать очень серьезные последствия регионального масштаба, ущерб от которых может оказаться сравнимым со стоимостью самых грандиозных государственных проектов. Упавший на Землю Тунгусский метеорит 1908 года был ледяной глыбой размером 80 м, и он вызвал вывал тайги на территории, равной площади Москвы. Челябинский болид 2013 года был всего около 17 метров в диаметре, но ущерб от его падения оценивается в миллиард рублей. Железный метеорит, оставивший кратер в Аризоне диаметром 1200 и глубиной 180 метров, - имел диаметр около 70 метров.

Прогресс в наблюдательной астрономии и в вычислительной технике, начиная с середины ХХ века, позволяет осуществлять предсказание ожидаемых событий столкновения со все возрастающей точностью и все более заблаговременно. В то же время пока еще отсутствует регулярная в масштабах всей планеты служба мониторинга возникающих угроз [5]. Очевидно, с ростом степени осознания риска такая служба будет сформирована в исторически короткий срок. Результатом ее деятельности будет получение информации о всех небесных телах, представляющих угрозу для Земли – опасных космических объектов (ОКО), причем благодаря непрерывному технологическому прогрессу, период времени, остающийся от момента обнаружения угрожающего тела до расчетного момента предстоящей катастрофы («подлетное время»), будет постоянно увеличиваться.

Если исходить из того, что такое тело представляет для нашей планеты неприемлемую опасность при его размерах, превышающих 100 м, то к концу века, при условии, что будет налажена глобальная служба мониторинга, мы сможем обнаруживать все такие тела за 100 суток до входа в земную атмосферу (зеленая кривая). Развитие этой глобальной системы к концу следующего столетия (синяя кривая) должно сделать возможным заблаговременное обнаружение тела такого размера уже за время порядка 10 лет (и больше) до расчетного момента столкновения.

Рис. 1. Время от момента обнаружения ОКО до расчетного момента его столкновения с Землей.

Сегодня для некоторых из обнаруженных потенциально небезопасных объектов (т.н. "астероиды, сближающиеся с Землей") подлетное время составляет несколько десятков лет, хотя ни одно из этих тел не является истинно угрожающим, поскольку расчеты их траекторий показывают лишь довольно тесное сближение с Землей, но без ожидания столкновения. В ближайшие 150 лет произойдет около 700 близких прохождений астероидов возле нашей планеты. Только в двух случаях из них ожидается сближение на расстояние меньше радиуса орбиты Луны, причем при самом близком прохождении астероида 2000 WO107 в 2140 г. расстояние между ним и Землей составит 6 земных диаметров [7]

Однако, относительно сегодняшней ситуации, следует отметить две важнейшие вещи. Во-первых, сегодня мы уверенно фиксируем только крупные объекты, более километра в диаметре (тела меньшего размера - только случайно), не осуществляя всеобъемлющий мониторинг космической обстановки в Солнечной системе и окружающем ее пространстве. Во-вторых, неизвестное угрожающее тело, представляющее наибольшую потенциальную опасность, с большей степенью вероятности может появиться не из области обращающихся вокруг Солнца тел Главного пояса астероидов, а прибыть из более удаленных областей Солнечной системы и даже из межзвездного пространства, что может означать гораздо меньшее время для подготовки землян к противодействию угрозе. Таким образом, корректный учет угрозы должен проводиться, основываясь, прежде всего, на тотальном мониторинге космического пространства на максимально доступную глубину.

Считая организацию такой службы тотального мониторинга абсолютно необходимой для нашей планеты в ближайшем будущем, констатируем, что сегодняшняя ситуация понимания человечеством астероидно-кометной опасности характеризуется возможностью практически неожиданного наступления угрожающего события, не оставляющего какого-либо запаса времени на подготовку к его отражению или, хотя бы к эвакуации людей из района падения.

Возможности и варианты защиты.

Современное человечество впервые за свою историю способно бросить вызов угрозе полного уничтожения со стороны наступающей извне силы. Сразу оговоримся, что библейский вариант спасения от Всемирного Потопа, т.е. «отплытие на судне» или построение нерушимого убежища, является самым последним из рассматриваемых современной наукой и техникой способов, как наиболее трудноосуществимый и наименее эффективный. Гораздо реалистичнее говорить о способах отклонения траектории угрожающего тела с целью отвести ее от точки столкновения с нашей планетой. На сегодняшней день рассматривается несколько таких способов, и задача состоит в том, чтобы выбрать из них подходящий с точки зрения максимизации эффекта и минимизации технологических и энергетических затрат.

Коротко перечислим те варианты противодействия опасности, которые на сегодня представляются наиболее реализуемыми с точки зрения возможностей человечества (интересующихся деталями отсылаем к [4, 6]):

1. Отклонение опасного тела путем направленного воздействия на него другим космическим телом (т.н. "космический бильярд"), с необходимой корректировкой орбиты последнего используя арсенал различных методов.

2. Изменение орбиты опасного тела путем непосредственного воздействия на него (с высадкой на него экспедиции или робота) двигательной системой космического аппарата.

3. Разрушение/отклонение опасного тела ядерным взрывом.

4. Изменение отражательных свойств поверхности опасного тела, - для воздействия негравитационными силами на ОКО.

Временные рамки и требуемые средства.

Рис. 2. Изменение сроков появления гарантированной защиты от космической угрозы.

О каком бы из способов ни шла речь, очевидна связь между требуемым временем подготовки к отражению астероидно-кометной атаки и ресурсным обеспечением такой подготовки. Эта зависимость условно оценена нами, и показана на Рис. 2. На нем видим три линии «противодействия» - три варианта обеспечения времени, необходимого на создание мер противодействия для трех сценариев ресурсного обеспечения работ по разработке и технической подготовке к возможной АКО-атаке. Здесь же приведена линия «запаса» т. е. величины подлетного периода, имеющегося в нашем распоряжении, которое растет со временем благодаря совершенствованию, как уже говорилось, технического уровня системы мониторинга АКО. Точки пересечения линий времени противодействия с линией «запаса» как раз показывают те моменты, когда человечество может перестать бояться данной угрозы, так как, начиная с этих моментов и до момента «удара», будет иметь достаточно времени на организацию ее отражения. Ясно, что чем скорее мы хотим обрести спокойствие, тем больше средств мы должны инвестировать в решение данной проблемы, и сделать это надо как можно скорее.

Сделанные авторами и приведенные на графиках условные оценки показывают, что в случае принятия человечеством решения о начале подобной работы в 2020 году и при вложении в нее максимально возможных ресурсов - к 2040 году могут быть созданы технические возможности для нейтрализации атаки со стороны любого тела, обнаруженного не позднее, чем за 1,5 года до предполагаемого удара. Графически это показано линией «форсированное финансирование». Оценка того же результата при умеренном вложении ресурсов землянами позволит им практически обезопасить планету к 2070 году, имея подлетное время – оно же время запаса - на уровне 2,5 лет, а в «слабом» сценарии – т.е. практически без принятия каких-либо экстраординарных мер - лишь около 2100 года, хотя к этой дате время от обнаружения ОКО до его расчетного столкновения с Землей увеличится до 4 лет.

Естественно предполагается, что в указанные технические мероприятия входит создание системы тотального мониторинга, которая позволит гарантированно обнаруживать угрожающие тела не позднее требуемых сроков на противодействие – времен запаса.

Смысл широкого диапазона приведенных оценок состоит в том, что прогресс человечества является непрерывным, и порой слабо связан с решением какой-то конкретной задачи, стоящей перед ним. Развитие средств познания Вселенной неизбежно приведет к появлению приборов, обнаруживающих космические тела на все более и более далеких расстояниях от Земли, и это автоматически решит задачу раннего обнаружения ОКО. В той же степени освоение космоса приведет к созданию средств, позволяющих перемещать в космическом пространстве огромные массы вещества, и это решит проблему отклонения ОКО от столкновения с Землей. Так что даже если не форсировать создание средств противодействия ОКО, они со временем появятся как «побочный» продукт технического прогресса человечества. Речь идет только о промежутке времени между самым ранним возможным временем их создания, и временем, когда проблема АКО решится «сама собой». Ведь это время – время, когда мы осознали космическую угрозу, но сознательно бездействуем.

Авторы попытались также сделать весьма приблизительную оценку средств, которые могли бы понадобиться для осуществления двух первых сценариев – максимального и умеренного, рассчитанных до 2040 и 2070 годов соответственно. В качестве ориентира использовались наиболее грандиозные технологические задачи, по которым имеются опубликованные финансовые данные (например, создание Большого Адронного Коллайдера [9], программа ядерного перевооружения США [8]). Наши оценки для этих двух сценариев оказались на уровне порядка 1 и 0.5 триллионов долларов соответственно, что, соответствует уровню первых процентов мирового ВВП и, на наш взгляд, выглядит как весьма умеренная плата за спасение всего живого на Земле.

Если населению нашей планеты достанет разума и воли, чтобы осуществить предлагаемые меры, то буквально лет через 15 - 20 мы, наши дети, внуки и все другие потомки, а также бесчисленное множество прочих разумных (и не очень) тварей навсегда будут избавлены от вероятности уничтожения в пламени взрыва упавшего астероида и холоде последующей тысячелетней зимы.

Заключение

Развитие науки показало, что в прошлом Земли имеется богатая история катастрофических столкновений с небесными телами, некоторые из которых оказали радикальное воздействие на эволюцию жизни, приводя периодически к исчезновению огромного числа ее видов. Историческое знание позволило осознать и то, что угроза катастрофического столкновения продолжает иметь место. Следствием этого осознания должно являться понимание абсолютного равенства пред данной угрозой всей мыслящей (и не только) живой материи, независимо от ее религиозно-идеологической, расовой, политической и любой другой принадлежности. Это осознание, очевидно пока еще не охватившее даже сколько-либо заметную долю цивилизованного человечества, должно стать, по нашему мнению, сильнейшим стимулом к устранению атавистических антагонизмов на основе упомянутых предрассудков, являющихся следствием предшествовавших этапов развития многочисленных очагов цивилизации на Земле, как бы отголоском общественных отношений первобытного характера. Иными словами, нависшая угроза гибели всего человечества – без исключений! – должна объединить это человечество, мобилизовав его на совместную борьбу за выживание, установив мир между народами и религиозными группами, обеспечив долгожданное духовное единение, по крайней мере, до момента устранения угрозы.

Лит.:

1. Мальтусъ Т.Р. = Опытъ закона о народонаселенiи. М.: 1895. – 318 с. (http://demoscope.ru/weekly/knigi/maltus/maltus.pdf)

2. Owen B. Toon, Alan Robock, Richard P. Turco, Environmental Consequences of Nuclear War, Physics Today, Vol. 61, Issue 12, Page 37, 2008 (http://dx.doi.org/10.1063/1.3047679).

3. Моисеев Н.Н. Современный антропогенез. Цивилизационные разломы. Эколого-политологический анализ. // Вопросы философии.— 1995.— №1.— С. 3—30. (http://philosophy.ru/library/vopros/43.html)

4. Угроза из космоса: миф или реальность? Под ред. А.А.Боярчука. М.: Космосинформ, 1999. – 220 c. ISBN 5-900242-34-x.

5. Астероидная-кометная опасность/ Под ред. Б. М. Шустова и Л. В. Рыхловой. — М.: Физматлит, 2010. — 384 с.

6. Багров А.В. Создание системы космической защиты от астероидов и метеоритов, как экономически целесообразного этапа колонизации космоса. // Научный журнал «Колонизация космоса», Том № 4 (2013). - 7 c. - ISSN: 2053-1737. - URL: http://spacecolonization.ru

7. URL: http://cfa-www.harvard.edu/iau/mpc.html

8. Jon B.Wolfsthal, Jeffrey Lewis, Marc Quint, The Trillion Dollar Nuclear Triad, James Martin Center for Nonproliferation Studies, Monterey, California, January 2014, ISBN 978-0-9892361-4-0.

9. http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider#Cost