Chwila przed zderzeniem (grafika).

Ponad 66 milionów lat temu asteroida o średnicy 10 km i masie biliona ton uderzyła z prędkością 10-20 km/s w naszą planetę w miejscu dzisiejszego Półwyspu Jukatan w Meksyku. W wyniku zderzenia wyzwoliła się energia równa około 4×1023 J, której ekwiwalentem jest eksplozja 100 bilionów ton TNT. Ta potworna siła spowodowała przebicie skorupy ziemskiej do głębokości 30 km i powstanie krateru Chicxulub o średnicy wewnętrznej 150 km, a zewnętrznej 240 km. Potężne tsunami zniszczyło wszystko w promieniu tysięcy kilometrów.

Wyrzucone w górę rozżarzone skały, pył i gazy, głównie związków siarki, spowodowały nastanie „zimy nuklearnej”, która na kilka lat spowiła naszą planetę nieprzeniknionym obłokiem, uniemożliwiającym fotosyntezę. Spowodowało to drastyczną zmianę klimatu – spadek temperatury o 8 stopni. W efekcie w krótkim czasie na naszej planecie wymarło 75% istot żywych. O ile jednak zagłada dinozaurów dała szansę ewolucji ssakom, z których i my się wywodzimy, to nauczeni tą historią, powinniśmy przedsięwziąć konkretne środki, by uniemożliwić zajście kolejnego takiego wydarzenia w przyszłości. Czy to w ogóle jest możliwe? Odpowiedź na to fundamentalne pytanie ma nam dać misja DART.

Jak duże jest zagrożenie?

Chociaż prawdopodobieństwo poważnej kolizji w najbliższym czasie jest niskie, jest prawie pewne, że w końcu się to stanie, o ile nie zostaną podjęte środki obronne. Wydarzenia astronomiczne – takie jak uderzenie komety Shoemaker-Levy-9 w Jowisza w 1994 r., czy meteor z Czelabińska w 2013 r., wraz z rosnącą liczbą odkrywanych obiektów bliskich Ziemi – ponownie zwróciły uwagę na takie zagrożenia. Powstała definicja potencjalnie niebezpiecznego obiektu PHO (Potentially Hazardous Object). Jest to obiekt – asteroida lub kometa – znajdujący się na orbicie, która może zbliżać się do orbity Ziemi i jest wystarczająco duży, aby w przypadku uderzenia spowodować znaczne regionalne szkody. Uznano, że taką graniczną bezpieczną odległością jest 0,05 jednostki astronomicznej, czyli około 7,5 miliona kilometrów. Natomiast wielkość asteroidy, czy ściślej mówiąc jej masa, ma decydujące znaczenie dla skali szkód, jakie może wyrządzić. Oszacowanie tego przedstawia Tabela 1.
Według stanu na czerwiec 2022 r. istnieje 2270 znanych PHO (około 8% całej populacji w pobliżu Ziemi), z których 150 szacuje się na średnicę większą niż kilometr. Należy jednak pamiętać, że orbity tak małych ciał ulegają z czasem znacznym zmianom, głównie ze względu na wpływy grawitacyjne Słońca, Ziemi, a w mniejszym stopniu innych planet. Przez setki i tysiące lat, potencjalnie bezpieczne orbity asteroid mogą tak wyewoluować, że staną się PHO. Jednak dla urealnienia ewentualnej obrony planetarnej dodatkowo zawężono kryteria zagrożenia do najbliższych 100 lat. W efekcie okazało się, że rzeczywiste zagrożenie stanowi 17 obiektów.

Jak możemy odsunąć asteroidę?

Istnieją różne techniki unikania kolizji, można je podzielić za względu na rodzaj łagodzenia zagrożenia na odchyleniowe (opóźnieniowe) lub fragmentacyjne, a ze względu na rodzaj zastosowanej energii na kinetyczne, elektromagnetyczne, grawitacyjne, słoneczne/termiczne lub jądrowe. W każdym z tych przypadków należy uwzględnić znacznie nieraz się różniące możliwości w odniesieniu do wydajności, kosztów, ryzyka awarii, czy gotowości technologii. Fragmentacja generalnie koncentruje się na unieszkodliwianiu celu poprzez jego rozdrobnienie i rozproszenie odłamków tak, że omijają Ziemię lub są na tyle małe, by spłonąć w atmosferze. Opóźnienie wykorzystuje fakt, że zarówno Ziemia, jak i cel znajdują się na orbitach. Uderzenie może mieć miejsce jedynie wtedy, gdy oba ciała osiągną ten sam punkt w kosmosie w tym samym czasie. Opóźnienie lub przyspieszenie przybycia asteroidy o czas rzędu siedmiu minut może, w zależności od dokładnej geometrii uderzenia, spowodować ominięcie Ziemi. Siedem minut to czas, w którym Ziemia przesuwa się na orbicie o swoją średnicę.

Start sondy DART do misji samobójczej. Miał on miejsce 24 listopada 2021 r. ze stanowiska SLC-4C w Vandenberg.

W przypadku technik odchyleniowych najbardziej radykalnym i jednocześnie najszybszym rozwiązaniem wydaje się być zastosowanie głowicy nuklearnej, przy czym nie ma większego znaczenia, czy zostanie ona zdetonowana nad, na, czy pod powierzchnią zagrażającej asteroidy. Istotne jest, że powstałe w chwili wybuchu ciepło gwałtownie, ablacyjnie odparuje całą powierzchnię celu, co spowoduje stworzenie wyrzutów rozżarzonej materii, tzw. dżetów, które zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona spowodują zmianę prędkości ruchu asteroidy. Obliczenia wykazują, że do wystarczającej zmiany orbity PHO o średnicy około 1 km wystarczyłoby 6 ładunków termonuklearnych B83 o mocy po 1,2 Mt TNT, do wyniesienia których trzeba byłoby użyć dwóch największych obecnie rakiet Falcon Heavy. Znacznie łatwiejszą, choć oczywiście mniej efektywną metodą jest użycie impaktora kinetycznego. Jest to w zasadzie nieuzbrojony pocisk o dużej masie, który zderza się z asteroidą z dużą prędkością, najlepiej po kursie przeciwbieżnym (ale nie jest to konieczne) i zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu powoduje niewielkie zmniejszenie jego prędkości, co z kolei modyfikuje jego orbitę. Wielką zaletą tego rozwiązania jest jego prostota i niezawodność, nie wymaga też zastosowania superciężkich rakiet.