יום חמישי, 5 באוגוסט 2010

אסטרואידים - חלק ב'

מדי פעם מתפרסמת בעיתונות ידיעה על גילוי אסטרואיד שעלול להתנגש בכדור הארץ. אבל על אף שהוליווד דאגה להסביר לנו עד כמה הדבר מסוכן ("...סוף האנושות...דבר לא ישרוד, אפילו לא חיידקים"*), אנחנו לא רואים בהלה ברחובות, עיתונאים הקוראים לפעול מיידית נגד האיום, מיליונרים שמתבצרים במקלטים התת-קרקעיים שלהם או ממשלות ששולחות גברים חסונים לחלל למשימות נואשות. מדוע? האמנם אנחנו בטוחים, או שפשוט אנחנו שאננים ומעדיפים להתפלש בבעיותינו הקטנוניות?



לחצו על "פרטים נוספים" כדי לקרוא את כל הרשומה.





התשובה היא שאנחנו לא בסכנה, וישנם מנגנונים מסודרים שמסוגלים לזהות סכנות מבעוד מועד ושיטות שמאפשרות להיערך לקראתן, כך שמותר לנו לנשום לרווחה ולחזור לבעיות הקטנוניות שלנו.

אבל איך אפשר להגיד שאנחנו בטוחים, אם יש כל כך הרבה גופים במערכת השמש, ומספיק גוף קטן על מנת לגרום לנזק עצום?

ישנם מוסדות מדעיים שמטרתם לאתר ולזהות גופים במערכת השמש, מערכות שסורקות באופן אוטומטי את השמיים וממפות את כל הגופים שאינם מופיעים בבסיסי הנתונים. עבור כל גוף חדש שמתגלה נערכות תצפיות רבות שמאפשרות לחשב את המסלול שלו, ולאחר שידועים פרמטרי המסלול, מחושבת קירבתו לכדור הארץ בעשרות השנים הבאות. החישובים כוללים פרמטרים רבים שמשפיעים על מסלולו של הגוף "החדש", ובעיקר השפעת כוח המשיכה של השמש וכוכבי הלכת, והשפעת לחץ השמש (הקרינה של השמש ש"דוחפת" את האסטרואיד במידה יחסית לשטח החתך שלו וביחס הפוך למסה שלו).

אלא שבכל מודל מתימטי ישנה שגיאה ביחס למציאות, מפני שהמציאות מסובכת במידה רבה עד מאד. בהכנת המודל מזניחים כל אפקט שגודלו קטן באופן משמעותי ביחס לאפקטים האחרים. כאשר באים לחשב את התפתחות המסלול לטווח של שנים רבות בעתיד, מצטברות השגיאות ונוצרת אי-וודאות לגבי מיקומו של הגוף. את גודלה של אי-הוודאות ניתן לקבוע במדוייק. ניתן לדעת, לדוגמה, שלאחר חמישים שנה יהיה הגוף לכל היותר במרחק של 20,000 קילומטר סביב נקודה מסויימת במרחב. זו בעצם הגדרה של מעטפת דימיונית המגבילה את מיקומו האפשרי של הגוף בעוד חמישים שנה. הווה אומר שאנחנו יודעים שהוא לא יהיה במקום שנמצא מחוץ למעטפת, ויודעים את התפלגות הסיכויים שלו להיות בכל מקום בתוך המעטפת. לכן, אם המעטפת שהגדרנו אינה כוללת בתוכה את כדור הארץ, ניתן לקבוע בוודאות שאין כלל סכנת פגיעה.

ניתן לבצע גם חישובים לטווחים ארוכים יותר, של מאה שנים ויותר, אולם חישובים אלו סובלים מהתבדרות התוצאות עקב אפקטים יחסותיים והזנחת כוח הכבידה של גופים קטנים ורבים במערכת השמש, אשר לא ניתן להתחשב בכולם בבניית המודל.

כעת, לאחר שהבהרתי את עבודת זיהוי העצמים החשודים, מה אפשר לעשות אם גילינו גוף שעלול לפגוע בכדור הארץ?

הדרך היחידה להחלץ מאסטרואיד שמאיים לפגוע בכדור הארץ היא לשנות את מסלולו. לא ברוּס, לא ניתן לפוצץ אותו. אם נפוצץ אותו נקבל טריליון רסיסים שהמסה הכוללת שלהם שווה למסה המקורית של האסטרואיד, והתנועה שלהם היא באותו כיוון כמו האסטרואיד המקורי רק שכעת הם מתפזרים בצורת חרוט. במילים אחרות, אם קודם היה בדרכו אלינו קליע יחיד, עכשיו עטים עלינו טריליון רסיסים שכמו בעיקרון הפעולה של פגז פלאשט, לפחות חלקם יפגעו בוודאות.**

כיצד לשנות את מסלול האסטרואיד? אז זהו, זו עדיין שאלה פתוחה, כי מעולם לא בוצע תרגיל כזה. אפשרויות יש לרוב: לבצע סביבו יעפים רבים עם חלליות רובוטיות, שמעצם המשיכה שלו אותן, הן תמשוכנה אותו (גוף חופשי מאפשר כיף של פיסיקה!), אפשר לחבר אליו מפרש שיגדיל את שטח החתך שלו ויגדיל את השפעת לחץ השמש, שכאמור גורם לשינוי במסלול, ואפשר גם לצבוע אותו ובכך להגדיל או להקטין את השפעת לחץ השמש עליו (בהתאם לצבע). מאחר ואסטרואיד הוא גוף גדול וכבד, ודברים גדולים וכבדים קשה להזיז (תשאלו כל מי שהעביר פעם תכולת דירה בעצמו), כל אחת מהשיטות הללו תדרוש שנים לצבירת השפעה משמעותית. ההיקף של משימה מאחד הסוגים הללו הוא גדול ולכן יקר מאד. למעשה לא סביר שמדינה יחידה מסוגלת להתמודד עם משימה כזאת, וגם אם כן, מהי ההסתברות שעבורה שווה יהיה להשקיע כזה מאמץ אדיר? האם בשביל סיכוי פגיעה של 1 ל- 1000 זה משתלם? מה עם 1 ל- 100,000?

סולם טורינו (Torino Scale) עונה בדיוק על צורך זה של ניהול סיכונים.

כלי זה קובע סיפרת סיכון לכל אסטרואיד על-פי סיכוי הפגיעה ועל-פי גודל האסטרואיד, שלמעשה קובע את גודל הנזק שייגרם במידה ותתרחש פגיעה.

לפי סיפרת הסיכון ניתן לקבל החלטות:

התחום הלבן, סיפרת סיכון 0, מציין שמהאסטרואיד הנ"ל לא נשקפת סכנה כלל, עקב סיכוי פגיעה מזערי, או שמדובר בגוף קטן שמידת הנזק שיגרום היא מזערית, אם תתרחש פגיעה.

התחום הירוק, סיפרת סיכון 1, מציין שפגיעה הינה בסבירות נמוכה ביותר, אבל יש להמתין לתצפיות נוספות עד שניתן יהיה לבצע חישוב מדוייק יותר, שקרוב לוודאי יוריד את סיכויי הפגיעה עד לסיפרת סיכון 0.

התחום הצהוב, ספרות סיכון 2 עד 4, מציין סיכון נמוך, אך מספיק כדי לפקוח עין על המשך תנועתו. רמות 3, 4 קובעות סיכוי פגיעה של מעל 1%, וההנחיות הן שאם ההתקרבות לכדור הארץ צפויה בטווח של עשר שנים, יש לעורר את הציבור ואת מוסדות השלטון לעניין.

התחום הכתום, ספרות סיכון 5 עד 7, מציין סיכון חמור אך לא וודאי. מדובר בסיכוי פגיעה רציני או נזק גלובלי (גוף גדול), או שניהם. ספרות 5 ו- 6 קובעות שאם ההתקרבות צפויה בטווח של עשר שנים או שלושים שנה (בהתאמה), יש להתחיל בביצוע פעולות חירום על ידי ממשלות. סיפרה 7 קובעת שאם ההתקרבות היא בטווח של 100 שנה, יש לבצע פעילות חירום בין-לאומית, במיוחד כדי לקבוע בדחיפות האם הולכת להתרחש פגיעה או לא.

התחום האדום, ספרות סיכון 8 עד 10... טוב, כאן מדובר על פגיעה וודאית שכל ההבדל הוא בעוצמת הנזק.

בואו ננשום עמוק לרגע.

ועכשיו נרגע. כל אסטרואיד חדש שמתגלה, ישנה לגביו אי-וודאות גדולה שאוטומטית מציבה אותו עם סיפרת סיכון 1 ובמקרים נדירים ביותר 2 או למעלה מזה. לאסטרואיד אפופיס (ששמו המדוייק הוא 99942) נקבעה לזמן מה סיפרת סיכון 4, שלא דרשה שום פעילות מיוחדת כי ההתקרבות תהיה רק בשנת 2029, ולאחר כשנתיים של מדידות וחישובים נוספים ירדה באופן משמעותי רמת אי-הוודאות וסיפרת הסיכון ירדה ל- 0.
מכאן ברור, בעצם, שכל עוד לא מתגלה גוף מסיבי שצפוי לחלוף בקירבת כדור הארץ בטווח של שנים בודדות, אין סיבה לחשוש (והסיכוי לגילוי גוף חדש כזה הוא נמוך למדי).

ולמרות הכל יש מה לעשות כבר עכשיו. ככל שנחקור ונלמד יותר על גופים אלו, כלומר ככל שיהיו יותר משימות לחקר אסטרואידים ושביטים, כך נדע יותר ונוכל לשכלל את המודלים שלנו ולהפוך אותם למהימנים יותר, ובכך לחשב סיכויי פגיעה מדוייקים יותר לעתיד הרחוק יותר.

בחלק ג' אכתוב על סוגי אסטרואידים וסיפורי משימות לאסטרואידים, אבל לפני כן אני רוצה להספיק שני פוסטים בנושאים אחרים, אחד על השפעת השהייה בחלל על גוף האדם ועל מכשירים ומכונות שאנחנו שולחים לשם, והשני על טרבושה! (לאו דוקא בסדר הזה)

וקומיקס לסיום:














http://imgs.xkcd.com/comics/asteroid.png



________________________________________________________
*אתם יודעים לאיזה סרט אני מתכוון, כי אני לא אלנקק אליו גם עם לינק באורך 10 מטר.
**אחר-כך ברוס, תסביר לי איך נשמע בכלל הגיוני לפוצץ אסטרואיד בקוטר 1000 קילומטר (בגודל של טקסס, זוכר?) עם פצצה שמניחים בתחתית בור בעומק של 800 רגל בלבד (כ- 260 מטר).



3 תגובות:

  1. קצת באיחור, אבל שאלה לגבי ברוס ויליס. בוא נניח שמגיע אסטרואיד ומפוצצים אותו למליוני רסיסים. האם אי אפשר לתכנן את הפיצוץ כך שהרסיסים יהיו קטנים וישרפו באטמוספירה, ואלה שלא לא יגרמו הרבה נזק?

    (לא שאני חושבת שזו שיטה טובה... ולו בגלל הסיכון של טעות שלא מותירה פנאי לפעולת תיקון).

    השבמחק
  2. פיצוץ הוא מטבעו פעולה שכוללת הרבה מאד כאוס.
    מומחה חבלה יכול לחשב במדוייק את עומקו וקוטרו של בור שייווצר בפיצוץ מבוקר, וגם את המרחק המקסימלי שאליו יגיעו רסיסים, אבל בפירוש לא ניתן לקבוע במדוייק את גודל השברים ואת מיקום הפגיעה שלהם.

    בנוסף, בשביל לתכנן פיצוץ מבוקר, צריך להכיר היטב את מבנה הגוף שאותו מפוצצים. דמייני שהיתה קיימת הטכנולוגיה למדוד ולמפות במדוייק את המבנה הגיאולוגי של האסטרואיד מתחת לפני השטח שלו, ממרחק של מאות אלפי קילומטרים ותוך ימים בודדים - כמה קל היה להשתמש בטכנולוגיה הזו כדי למצוא למשל נפט בכדור הארץ (אפרופו ברוס ויליס).

    לדעתי הדרך היחידה להבטיח שבפיצוץ יחיד לא ישארו רסיסים גדולים היא לאייד את כל האסטרואיד לגמרי, אך כמות האנרגיה שבוודאי נדרשת לשם כך כלל אינה בהישג ידינו, אפילו עם נשק גרעיני.

    השבמחק