50 000 000 žmonių po „ugnies lietumi“: kodėl mes apie pavojų sužinome per vėlai? ()
Visa tai anksčiau ar vėliau turi nukristi.
© NICOLAS57 (Pixabay Content Licence)|https://pixabay.com/photos/moon-armageddon-comet-5623295/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kai kažkas krenta į Žemę, seismometrai ima „šokti“.
Civilinei aviacijai, antžeminei infrastruktūrai ir aplinkai tai yra reali rizika, tačiau paradoksas slypi tame, kad vis dar labai menkai žinome, kur tokie kritimai iš tikrųjų įvyksta.
Seni palydovai, panaudoti raketų laipsniai, kosminių laivų moduliai – kiekvieną dieną keli tokie objektai nukrenta iš orbitos į Žemę, dažniausiai kažkur virš vandenyno. Tačiau problema ta, kad ne visada žinome, kur tiksliai jie nukrenta ir kas po jų lieka. Mokslininkai ką tik įrodė, kad iš seismometrų duomenų, kurie kasdien registruoja žemės drebėjimus, galima nustatyti krentančių kosminių šiukšlių skrydžio žemėlapį. Tai leidžia per valandą padaryti tai, kas anksčiau užtrukdavo kelias dienas – nustatyti trajektoriją ir galimą nuolaužų išsibarstymo zoną.
Kosminės šiukšlės krenta beveik kasdien
Žemojoje Žemės orbitoje darosi vis labiau ankšta. Ryšių palydovų žvaigždynai, seni raketų fragmentai, neaktyvūs kosminiai aparatai – visa tai anksčiau ar vėliau turi nukristi. Skaičiavimai rodo, kad vidutiniškai kas parą į Žemę grįžta mažiausiai 3 dideli objektai: panaudoti palydovai arba raketų fragmentai.
Dauguma jų suyra tankiuose atmosferos sluoksniuose ir virsta plazmos bei metalinių dalelių debesimi. Tačiau dalis fragmentų gali pasiekti paviršių – ypač masyvūs elementai, tokie kaip degalų bakai ar kosminių laivų moduliai. Tai reali grėsmė civilinei aviacijai, antžeminei infrastruktūrai ir aplinkai, tačiau paradoksas tas, kad vis dar labai prastai žinome, kur tokie kritimai iš tikrųjų įvyksta.
Kosminės šiukšlės tampa rimta Žemės gyventojų problema
|
Ryškus pavyzdys – 2022 m. lapkritis, kai Ispanija ir Prancūzija kelioms dešimtims minučių uždarė dalį savo oro erdvės, nes virš pietų Europos turėjo nukristi milžiniškas Kinijos raketos fragmentas. Oro linijos nukreipinėjo skrydžius, buvo skaičiuojami nuostoliai, o pats objektas galiausiai įskrido į atmosferą kitoje Žemės pusėje – virš Ramiojo vandenyno. Prognozės, švelniai tariant, buvo labai netikslios.
Kodėl radarai nepastebi objektų tiesiog virš Žemės?
Orbitoje padėtis dar atrodo palyginti kontroliuojama. Palydovų ir raketų trajektorijas seka pasaulinis radarų ir optinių teleskopų tinklas. Kai objektas skrieja kelis šimtus kilometrų virš Žemės, jo būsimą padėtį galima gana tiksliai numatyti remiantis mechanikos dėsniais.
Problemos prasideda tada, kai žemiausias orbitos taškas nusileidžia į tankesnius atmosferos sluoksnius – maždaug žemiau nei 200 km. Tuomet veikia ne tik gravitacija, bet ir oro pasipriešinimas. Atmosfera tokiame aukštyje labai keičiasi: jos tankis priklauso nuo Saulės aktyvumo, temperatūros, vėjų. Krentančiam objektui tai reiškia chaosą.
Net likus dienai iki įskriejimo į atmosferą, vis dar būna neaišku, kada ir kur tai įvyks – paklaida gali siekti kelias valandas. O kosminiais greičiais per tiek laiko objektas spėja apskrieti visą Žemę. Padėtį dar labiau apsunkina tai, kad tokius objektus stebinčių radarų yra nedaug, jų duomenys dažnai slapti, o objektui pradėjus kristi į atmosferą ir apsigaubus karštų dujų sluoksniu, sekimas tampa itin sudėtingas.“
Ir labai praverčiai seismometrai. Tai prietaisai, skirti registruoti grunto virpesius – nuo didžiulių žemės drebėjimų iki menkų vibracijų, kurias sukelia gatvių eismas ar veikiantys įrenginiai. Daugelyje šalių, ypač pramoninėse, jų tinklas yra labai tankus ir gerai sužymėtas.
Nors jie siejami su procesais Žemės gelmėse, seismometrai reaguoja ir į reiškinius atmosferoje. Kai virš tam tikros teritorijos praskrenda objektas, kurio greitis keliskart viršija garso greitį, susidaro garso smūgis – smūginė banga, pažįstama, pavyzdžiui, iš naikintuvo skrydžio. Didelio kosminio aparato fragmento atveju šis trenksmas sklinda žemyn įstrižo kūgio pavidalu, vadinamu Macho kūgiu, ir tam tikru momentu smogia į žemę.
Slėgio banga akimirkai suspaudžia gruntą, o po to jį išplečia. Seismometrui tai atrodo kaip būdingas N raidės formos impulsas: greitas poslinkis žemyn, po to toks pat greitas poslinkis aukštyn. Tai užfiksuojama kaip ryškus „dantis“ virpesių grafike. Jei toks impulsas tuo pačiu metu pasirodo dešimtyse stočių regione, iš jo galima atkurti, kaip ir kur judėjo smūginė banga – o nuo čia jau tik žingsnis iki paties objekto trajektorijos nustatymo.
Kinijos modulis virš 50 milijonų žmonių
Norėdama patikrinti, kiek toli galima nueiti remiantis vien seismometrų duomenimis, Johns Hopkins universiteto ir Londono Imperatoriškojo koledžo mokslininkų komanda pasirinko konkretų įvykį. 2024 m. balandį Kinijos kapsulės Shenzhou orbitinis modulis baigė savo misiją ir turėjo nukristi į vandenyną. Buvo prognozuojama, kad jis nukris į atmosferą maždaug virš Atlanto arba pietinio Ramiojo vandenyno.
Tačiau atsitiko kitaip. Pietų Kalifornijos ir Nevados danguje vidury nakties pasirodė ryškus bolidas – ugnies juosta danguje, kurią matė tiek Los Andželo apylinkių gyventojai, tiek daugybė vairuotojų greitkeliuose. Būtent tuo metu orbitoje ir užgeso modulio pėdsakas.
Šis objektas svėrė apie 1,5 tonos ir buvo daugiau nei metro spindulio. Tai pakankamai daug, kad nepalankiai susiklosčius aplinkybėms būtų padaryta žala, jei jis būtų atsitrenkęs į apgyvendintą teritoriją ar lėktuvą. Po jo skrydžio trajektorija gyveno apie 50 mln. žmonių. Pagal oficialius duomenis, objektas turėjo skristi toliau ir suirti virš vandenyno. Tačiau seismometrai „pasakė“ visai ką kita.
Kaip iš Žemės virpesių suprasti krentančio aparato trajektoriją ir greitį?
Tyrėjai išanalizavo 127 seisminių stočių, išdėstytų Kalifornijoje ir dalyje Nevados, duomenis. Daugelyje jų pasirodė būdingi impulsai – būtent garso smūgiai, sukelti skrendančių laivo fragmentų.
Stebint signalo pasirodymo laiką kiekvienoje stotyje, galima nubraižyti vadinamųjų laiko dėmių žemėlapį – vietų, kur smūginė banga pasiekė anksčiau arba vėliau. Šios dėmės sudaro būdingas hiperboles – kreives, atsirandančias Macho kūgiui kertantis su Žemės paviršiumi.
Analizuodama šiuos duomenis, komanda nustatė:
- trajektoriją – paaiškėjo, kad ugnies juosta skrido maždaug 40 km į šiaurę nuo anksčiau karinio orbitų stebėjimo centro apskaičiuotos trasos;
- greitį – jis siekė apie Mach 25–30, tai yra maždaug 8 km/s, kaip ir tikėtasi objektui, paliekančiam orbitą;
- kritimo kampą – labai mažą, apie 2 laipsnius; praktiškai tai reiškia, kad modulis slydo viršutiniais atmosferos sluoksniais, kol pradėjo staigiai prarasti aukštį.
Svarbu tai, kad seismometrai taip pat parodė, kur maždaug baigėsi garso smūgių generavimo fazė. Už tam tikro dienovidžio stotys nustojo registruoti ryškias N bangas, pasirodydavo tik daug silpnesni tolimesnės akustinės sklaidos signalai. Tai ženklas, kad dideli fragmentai arba visiškai sudegė, arba pradėjo kristi vadinamuoju balistiniu skrydžiu, lėčiau už garso greitį.
Kai kosminis aparatas skyla į gabalus, seismometras tai irgi „mato“
Kai kuriose stotyse signalas nebuvo paprastas vienkartinis impulsas. Vietoj vieno „dantuko“ buvo matoma visa smulkesnių pikų serija, pasirodanti kas kelias dešimtąsias sekundės. Tai būtent kosminio aparato irimo pėdsakas.
Kiekvienas didesnis fragmentas, vėl patekęs į hipergarsinį oro srautą, sukuria savą miniatiūrinį garso smūgį. Jei irimas vyksta kaskadiškai – pirmiausia atsiskiria vienas blokas, po to kiti – seismometrai užfiksuoja visą tokių įvykių seką. Jų amplitudžių analizė leidžia įvertinti, kaip pasiskirstė energija per atskirus lūžius, o šios „kanonados“ trukmė parodo, kuriame trajektorijos ruože vyko pagrindinis irimas.
Komanda parodė, kad Shenzhou modulio atveju irimas turėjo kaskadinį pobūdį: tai buvo įvykių seka su mažėjančia energija, vykusi gana trumpame trasos ruože. Tai labiau priminė daugkartinį standžios konstrukcijos trūkinėjimą augant oro pasipriešinimui, o ne vienkartinį sprogimą.
Kam visa tai reikalinga?
Kam apskritai reikalingas toks detalus vaizdas, kaip suyra kosminės šiukšlės? Priežasčių yra bent kelios. Visų pirma, seismometrai gali atlikti svarbų vaidmenį greitai aptinkant ir analizuojant iš orbitos krentančius objektus – ypač tuos, kuriuose gali būti toksiško kuro, radioaktyvių elementų ar itin atsparių, nesudegančių komponentų. Jie leidžia beveik akimirksniu nustatyti skrydžio trajektoriją ir kritimo vietą, taip sutrumpinant tarnybų reakcijos laiką. Tai palengvina tiek paieškos operacijas, tiek rizikos, susijusios su būsimais grįžimo į atmosferą atvejais, vertinimą.
Be to, tai yra svarbus papildymas klasikinėms stebėsenos metodikoms. Seismometrai yra išdėstyti tankiai, o jų duomenys daugelyje šalių viešai prieinami beveik realiuoju laiku. Tai milžiniškas pranašumas prieš didžiuosius radarus, kurių yra nedaug ir kurių duomenys dažnai būna riboto prieinamumo.
.png)
