Что сделала бы с Землей самая большая комета

Комета Бернардинелли-Бернштейна — это объект из облака Оорта.

Она обладает самым большим из известных кометных ядер шириной 119 километров.

Столкновение такого гиганта с нашей планетой стало бы катастрофическим.

Основные выводы

• В 2014 году астрономы обнаружили новую комету, происходящую из облака Оорта: комету Бернардинелли-Бернштейна;
• Недавние измерения с помощью космического телескопа «Хаббл» позволили точно определить диаметр его ядра — 119 километров: это, безусловно, самый большой диаметр среди всех известных человечеству комет;
• Астероид, ставший причиной последнего массового вымирания на Земле 65 миллионов лет назад, имел диаметр всего 10 километров и двигался гораздо медленнее. Вот какую катастрофу вызвал бы Бернардинелли-Бернштейна.

Комета Бернардинелли-Бернштейнаа, самая большая из когда-либо обнаруженных комет, имеет ядро диаметром приблизительно 119 километров. Если бы такой объект столкнулся с Землей, энергия, переданная нашей планете, была бы в тысячи-десять тысяч раз больше, чем энергия столкновения с объектом K-Pg, произошедшего 65 миллионов лет назад. Комета Свифта-Таттла (Swift-Tuttle), хотя и имеет диаметр «всего» 26 километров, в настоящее время является самым опасным известным объектом для человечества.

Где-то там, в самых отдаленных уголках Солнечной системы, нас подстерегает огромная угроза существованию: облако Оорта.

Сформировавшись одновременно с протозвездой, которая станет нашим Солнцем, и протопланетным диском, из которого возникнут планеты, астероиды и спутники, оно в значительной степени состоит из остатков того же самого примитивного материала.

Всё, что не было испарено Солнцем или заключено в планетарные, лунные, астероидные объекты или объекты пояса Койпера, которые мы имеем сегодня, сохранилось в виде ряда объектов, от крошечных до планетарных, в сфероидальном облаке.

Ближайшие объекты облака Оорта могут находиться «всего лишь» на расстоянии, в тысячу раз превышающем расстояние от Земли до Солнца, но вся площадь этого облака простирается на расстояние до одного-двух световых лет.

Сегодня эти тела, в основном состоящие из смеси льда и камня, остаются на медленных, квазистабильных орбитах в самых глубоких недрах нашей Солнечной системы.

Но время от времени случайное гравитационное столкновение возмущает орбиту одного из этих объектов, либо выбрасывая его из облака в межзвездное пространство, либо, наоборот, отправляя его вглубь Солнечной системы.

Хотя периоды обращения этих возмущенных объектов облака Оорта могут достигать миллионов лет, неправильный гравитационный «толчок» от другого массивного тела может направить любой из них на траекторию столкновения с Землей.

Хотя комета Бернардинелли-Бернштейна, самая массивная из когда-либо обнаруженных комет, вряд ли столкнется с Землей во время своего нынешнего прохождения через Солнечную систему, будущее в далеком будущем остается загадкой.

Вот что произойдет, если столкновение все-таки случится.

Этот снимок кометы Бернардинелли-Бернштейна был сделан в 2017 году, когда комета находилась на расстоянии, в 25 раз превышающем расстояние от Земли до Солнца. В 2031 году комета приблизится к Солнцу на минимальное расстояние, примерно в 11 раз превышающее расстояние от Земли до Солнца. К счастью, Земле не угрожает опасность во время её нынешнего пролёта, но она вернётся через 4,5 миллиона лет.

Если объект собирается столкнуться с Землей, необходимо учитывать три основных момента для прогнозирования ущерба, который может нанести столкновение.

1. Масса объекта имеет решающее значение: большая масса означает больше энергии, передаваемой Земле, что приводит к большему разрушению. Если удвоить массу потенциального объекта столкновения, энергия, передаваемая Земле в результате столкновения, также удвоится. Другими словами, ущерб линейно пропорционален массе объекта столкновения;
2. Скорость движения объекта: чем быстрее движется объект, тем больше кинетической энергии он несёт с собой, и эта энергия рассеивается в Земле при столкновении, вызывая разрушительные последствия, которых мы справедливо опасаемся. Если удвоить скорость ударного объекта, энергия, передаваемая Земле, увеличится в четыре раза. В целом, именно поэтому кометы, которые зарождаются дальше от Солнца и, следовательно, получают больше гравитационной потенциальной энергии, преобразуемой в кинетическую, движутся быстрее и причиняют больше вреда при столкновении с Землёй. Кстати, именно поэтому метеорный поток Персеиды, созданный долгопериодической кометой, обычно ярче, чем метеорный поток Геминиды, созданный короткопериодическим астероидом. В целом, энергия столкновения пропорциональна квадрату относительной скорости ударного объекта по отношению к Земле;
3. Состав объекта не является самым важным фактором, когда речь идёт о повреждениях от столкновения, но объект, состоящий из большего количества камней, как правило, опаснее объекта, состоящего из большего количества льда, по нескольким причинам. Объекты, богатые камнями и/или металлами (например, астероиды), с большей вероятностью достигнут Земли и образуют ударный кратер, в то время как объекты, богатые льдом (например, кометы), с большей вероятностью вызовут взрыв в атмосфере. Кометы содержат больше летучих соединений, поэтому они с большей вероятностью распадутся на более мелкие фрагменты, некоторые из которых могут вообще не попасть на Землю, а те, которые столкнутся с нами, безусловно, рассеют часть своей энергии в атмосфере. Наконец, астероиды содержат большую долю элементов, абсолютно токсичных при попадании внутрь или вдыхании, поэтому они также представляют большую угрозу для жизни после столкновения.

Иллюстрация внутреннего и внешнего облака Оорта, окружающего наше Солнце. В то время как внутреннее облако Оорта имеет тороидальную форму, внешнее облако Оорта — сферическую. Истинные размеры внешнего облака Оорта могут составлять менее 1 светового года или более 3 световых лет; здесь существует огромная неопределенность. Любой массивный объект, проходящий через облако Оорта, имеет значительную вероятность возмущать объекты в своей окрестности.

Конечно, существуют и другие факторы, такие как место и угол падения, но они актуальны только в случае небольших столкновений: таких, которые вряд ли приведут к массовому вымиранию.

В целом, если бы на Землю упал объект диаметром порядка километра или более, это представляло бы собой экзистенциальную угрозу, которая не только положила бы конец человеческой цивилизации, но и уничтожила бы огромную долю видов, существующих сегодня на Земле: потенциально до 100%.

В качестве отправной точки следует отметить, что объект, столкнувшийся с Землей 65 миллионов лет назад и вызвавший то, что мы исторически знаем как пятое великое массовое вымирание, почти наверняка был астероидом, а не кометой.

Полученные нами данные о кратере Чиксулуб (Chicxulub), включая его размеры, а также о слое богатого иридием пепла, обнаруженном по всему миру в осадочных породах, убедительно указывают на то, что ударным объектом был астероид.

Кроме того, вероятность столкновения астероидов с Землей гораздо выше, чем вероятность столкновения комет, поскольку астероиды:

• В принципе, все они находятся практически в одной плоскости с планетами;
• Находятся в относительно непосредственной близости от Юпитера, крупнейшего гравитационного возмущателя Солнечной системы;
• И прибывают на Землю с гораздо меньшего расстояния, чем кометы, что делает прямое столкновение более вероятным.

В целом, то, что мы знаем как мел-палеолитическое вымирание, вероятно, было вызвано каменистым объектом, происходящим из пояса астероидов, диаметром приблизительно 10 километров (или радиусом 5 километров).

Анимация отображает положение известных околоземных объектов (ООО) в разные моменты времени за последние 20 лет и завершается картой всех известных астероидов по состоянию на январь 2018 года. Несмотря на кажущуюся перегруженность такой диаграммы, расстояние между астероидами в среднем огромно по сравнению с их реальными размерами. Присутствие Юпитера значительно увеличивает, а не уменьшает, частоту столкновений с Землей.

Возможно, вам это покажется впечатляющим, и, конечно, в некотором смысле это так и есть.

Но вот несколько фактов, которые помогут взглянуть на это событие, каким бы катастрофическим оно ни было, в более широкой перспективе.

• Типичная плотность астероида составляет от 2 до 3 граммов на кубический сантиметр, что означает, что для астероида диаметром 10 километров, столкнувшегося с нашей планетой 65 миллионов лет назад, его общая масса составляла около нескольких ~10¹⁵ килограммов, или несколько триллионов тонн;
• Астероиды, когда подвергаются возмущениям и попадают во внутреннюю часть Солнечной системы, обычно пересекают орбиту Земли со скоростью около 25 километров в секунду. Учитывая, что Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 30 километров в секунду, и что как астероиды, так и Земля обычно вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении, типичная скорость столкновения астероида с Землей составляет около 17-20 км/с, хотя фактические столкновения могут быть несколько больше или меньше;
• С учетом всех этих факторов, общая энергия удара составила приблизительно 10²⁴ Дж, с учетом погрешностей в оценке размера, плотности и относительной скорости объекта по отношению к Земле в момент удара.

Но если бы объект сопоставимой массы прибыл из дальних уголков облака Оорта, он имел бы гораздо большую скорость столкновения и, следовательно, передал бы Земле гораздо больше энергии.

А комета Бернардинелли-Бернштейна, которая в настоящее время движется в Солнечную систему, находясь на расстоянии более половины светового года, совершенно не «сопоставима по массе» с объектом столкновения K-Pg.

Благодаря новым данным, полученным с помощью космического телескопа «Хаббл», размер ядра кометы Бернардинелли-Бернштейнаа можно оценить в 119 километров: это самая большая из известных комет. По мере того, как комета будет приближаться к Земле в течение следующих 9 лет, наши оценки размеров этого внушающего ужас гиганта должны стать еще более точными.

Комета Бернардинелли-Бернштейна теперь удерживает рекорд как комета с самым большим из когда-либо наблюдавшихся ядер, диаметр которой, по оценкам, составляет 119 километров (около 74 миль) согласно данным космического телескопа Хаббл 2022 года.

Ранее данные ALMA указывали на несколько больший диаметр кометы: 137 км (85 миль), но новая оценка, полученная с помощью Хаббла, имеет значительно меньшую погрешность.

Даже при гораздо меньшей плотности, чем у астероидов (кометы обычно имеют плотность около 0,6 грамма на кубический сантиметр), огромный размер этого объекта приводит к фантастически большой массе.

Следует помнить, что удвоение диаметра (или радиуса) объекта, поскольку это трехмерный объект с удвоенной шириной, длиной и глубиной, фактически увеличивает его объем в восемь раз.

Учитывая, что комета Бернардинелли-Бернштейна более чем в десять раз превышает диаметр предполагаемого объекта столкновения K-Pg, это дает ей более чем в 1000 раз больший относительный объем (ближе к 1600-1700 объемам), что дает ей приблизительную массу около 5 × 10¹⁷ кг, а возможно, и больше.

Кроме того, нам нужно помнить, что он прилетел к нам не откуда-то из-под орбиты Марса и Юпитера, как большинство астероидов, а из облака Оорта.

Сочетание такой невероятно большой массы и скорости падения с расстояния в полсветового года — вот рецепт беспрецедентной катастрофы.

Самая большая комета, когда-либо обнаруженная в истории нашей Солнечной системы — это комета Бернардинелли-Бернштейна (обозначенная как C/2014 UN271), которая произошла из облака Оорта. Хотя, по данным телескопа Хаббл, её размер сейчас оценивается всего в 74 мили в поперечнике, это всё ещё самое большое ядро кометы, когда-либо наблюдавшееся.

Объект, упавший во внутреннюю часть Солнечной системы из облака Оорта, будет набирать скорость в основном за счет гравитации Солнца.

Чтобы доставить объект на такое же расстояние от Солнца, как Земля, из дальних областей облака Оорта, ему потребуется двигаться со скоростью около 42 км/с.

Но если вы столкнетесь с самой Землей, вы также попадете в гравитационную потенциальную яму Земли, и сама Земля будет двигаться относительно вас, вращаясь вокруг Солнца.

Если учесть все три этих эффекта, то окажется, что большинство столкновений происходит в довольно широком диапазоне скоростей, но наиболее распространенные скорости удара составляют от 50 до 60 км/с, или примерно в три раза больше скорости, характерной для ударов астероидов.

И помните: кинетическая энергия зависит от квадрата скорости, поэтому утроенная скорость означает в девять раз большую энергию.

В девять раз большую энергию, то есть на единицу массы.

В итоге, если произвести расчеты, мы обнаружим, что столкновение кометы Бернардинелли-Бернштейна с Землей высвободит суммарное количество энергии, составляющее примерно 10²⁸ Дж, или примерно в 10 000 раз больше, чем энергия столкновения в районе K-Pg.

Хотя большинство комет имеют относительно небольшой диаметр, существуют и более крупные, такие как комета Бернардинелли-Бернштейна, изображенная здесь. Чем больше масса и скорость объекта, тем больший ущерб она может нанести Земле в случае столкновения.

Люди, как известно, плохо справляются с обработкой больших, противоречащих интуиции чисел, поскольку наш неопытный мозг обычно по умолчанию воспринимает подобные вещи как «невообразимо большие».

Но прелесть науки отчасти заключается в том, что это, по сути, количественная деятельность, где ключевой вопрос не обязательно «что», а скорее «насколько?».

Это означает, что мы можем рассчитать — не идеально, но с разумной степенью приближения — какие типы катастроф вызовет такое масштабное событие на Земле.

Во-первых, нет, это не уничтожило бы всю планету.

Достаточно сильное столкновение, передавшее бы нашей планете достаточно энергии, способно было бы её гравитационно разрушить, но для этого потребовалось бы примерно в 20 000 раз больше энергии, чем при столкновении Земли с кометой Бернардинелли-Бернштейнаа.

Здесь можно немного утешиться: по крайней мере, мы избежали бы самого катастрофического типа «разрушения».

Земля в целом осталась бы целой.

Но это не значит, что Земля в безопасности.

Это событие будет в тысячи, а возможно, даже в десять тысяч раз мощнее удара астероида, произошедшего 65 миллионов лет назад, который оставил кратер диаметром около 200 километров.

Если комета Бернардинелли-Бернштейна останется целой, как твердый объект, она полностью разрушит и перестроит кору по всей поверхности Земли, подобно тому, что, по мнению многих, произошло на поверхности Марса, когда его первоначальный, большой, третий внутренний спутник упал обратно на красную планету, создав причудливый марсианский рельеф, который мы видим сегодня: разница высот между двумя полушариями Марса составляет около 10 000 метров, что в среднем превышает разницу высот между основанием и высотой горы Эверест.

Прибор Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA), входящий в состав космического аппарата Mars Global Surveyor, собрал более 200 миллионов измерений с помощью лазерного высотомера при построении этой топографической карты Марса. Регион Тарсис (в центре слева) — это самый высокий регион на планете, а низменности обозначены синим цветом. Обратите внимание на значительно меньшую высоту северного полушария по сравнению с южным, что, как полагают, объясняется падением третьего, крупного, бывшего спутника Марса.

Да, в атмосферу и за её пределы будет выброшено большое количество пепла, пыли и обломков, и столкновение такой силы может быть достаточно мощным, чтобы создать дополнительные спутники для нашей планеты: луны и лунообразные объекты, хотя и гораздо меньшие по размеру, чем наша нынешняя Луна.

Спутники, которые в результате слияния достигнут размеров в несколько километров, не исключены; мы можем получить нечто похожее на Фобос или Деймос, как у Марса сейчас, которые будут вращаться между Землёй и нашей уже существующей Луной.

Да, Земля покроется пеплом, который закроет Солнце, возможно, на несколько месяцев, и большая часть жизни на Земле вымрет из-за недостатка солнечного света.

Но вполне возможно, что даже существа, обитающие вокруг гидротермальных источников на дне океана, пострадают от такого удара.

Причина? Столкновение такой силы разобьет Землю настолько сильно, что внешние слои нашей планеты, включая атмосферу и океаны, могут быть полностью выброшены на поверхность в космос.

Хотя сама комета, вероятно, принесет на Землю новую воду и летучие молекулы, и часть этой воды и атмосферы, которая будет выброшена на Землю, в конечном итоге каждое живое существо, вплоть до одноклеточных организмов, окажется под угрозой вымирания в результате такого удара.

Земля, как и все планеты и спутники с каменистой поверхностью, пережила большое количество столкновений с объектами внеземного происхождения. Любое столкновение, достаточно массивное и энергичное, в принципе и на практике может вызвать массовое вымирание, если мы не предпримем мер для его предотвращения. Такое событие, имевшее астероидное происхождение, действительно произошло на Земле около 65 миллионов лет назад.

Однако единственным возможным утешением является следующее: комета таких размеров, приближающаяся к Земле из облака Оорта, будет испытывать значительные приливные силы земной гравитации и может быть разорвана на ряд более мелких фрагментов.

Это мы наблюдали во время столкновения кометы Шумейкера-Леви (Shoemaker-Levy) с планетой Юпитер в 1994 году, когда было обнаружено около двух десятков крупных фрагментов, поскольку приливные силы Юпитера разорвали комету Шумейкера-Леви на ряд более мелких скоплений.

Однако, несмотря на то, что каждый из этих фрагментов столкнулся с Юпитером, гравитационное притяжение Земли и её физические размеры значительно меньше, чем у Юпитера.

Это означает, что если ядро кометы распадётся достаточно рано — что вполне реально — большая часть массы этого объекта может вообще не столкнуться с Землёй.

Серия более мелких столкновений всё равно будет опасна как для людей, так и для всех живых существ на Земле, но она приведёт к гораздо менее опасным последствиям для океанов и атмосферы Земли.

Независимо от того, произойдет это или нет, будущее будет выглядеть так:

• месяцы темноты;
• полное разрушение земной коры, океанов и атмосферы;
• возможное выбрасывание значительных частей всех трех;
• стремительный выброс подземной магмы на поверхность и даже возможное повторное поднятие её на поверхность;
• и огненный смерч, продолжавшийся десятилетия или даже дольше, вызванный падением обломков.

Это поставит под угрозу полного вымирания любое живое существо, пережившее первоначальное столкновение (и связанный с ним огненный шар).

До сих пор во всех массовых вымираниях, которые мы пережили, по крайней мере, некоторые формы жизни выживали; насколько нам известно, не более 97% видов на Земле когда-либо вымирали в результате одного единственного события.

Но, с другой стороны, мы никогда не сталкивались с таким событием, как столкновение с объектом диаметром 119 километров, находящимся на расстоянии полусветового года!

Синестия представляет собой не просто раздутое кольцо/тор из обломков вокруг общего ядра планеты, но и область, температура которой превышает 1000 К, что приводит к значительному излучению инфракрасного излучения с пиками в разных частях инфракрасного спектра, зависящими от точной температуры и температурного профиля рассматриваемой системы. Тепло от ранней Земли, которая изначально могла находиться всего в 24 000 км от Луны, сыграло бы роль в нагреве обращенной к Земле стороны Луны.

Один из мифов, часто встречающихся в подобных дискуссиях, звучит так: «Разве какой-нибудь другой объект, например, Луна или Юпитер, не защитил бы нас от потенциального столкновения?»

И хотя это всегда возможно, шансы не в нашу пользу.

На самом деле, если мы проведем необходимые расчеты, мы обнаружим, что любая дополнительная масса в Солнечной системе в целом фактически увеличивает вероятность столкновения.

Юпитер может поглощать большую часть ударов астероидов и комет в Солнечной системе, но он также приводит к чистому увеличению числа столкновений с Землей примерно на 350%.

Аналогично, дополнительная гравитация Луны увеличивает вероятность столкновений в системе Земля-Луна, повышая частоту столкновений с Землей еще больше, чем Луна поглощает удары, несмотря на обилие кратеров на ней.

Если бы комета Бернардинелли-Бернштейна столкнулась с Землей, вполне вероятно, что это либо положило бы конец Земле как «живой планете», либо уничтожило бы всю жизнь, более сложную и дифференцированную, чем одноклеточный организм.

За исключением, возможно, этой надоедливой тихоходки.

Земля могла бы стать почти безвоздушным миром, или же полностью высохнуть, потеряв почти всю свою поверхностную воду.

Если бы мы вернулись через миллион лет после такого столкновения, мы могли бы обнаружить, что вся география нашей планеты стала неузнаваемой, полностью изменившись после такого мощного удара: словно по ней проехала планетарная машина для заливки льда.

К счастью, во время этого прохода в Солнечную систему комета Бернардинелли-Бернштейна не приблизится к Сатурну ближе, чем на орбиту, которую она достигнет в 2031 году.

Но примерно через 4,5 миллиона лет она вернется, и никто не знает, как изменится ее траектория из-за масс, мимо которых она будет пролетать на этом долгом пути.

Если произойдет неправильная последовательность гравитационных столкновений, прямое столкновение станет самым катастрофическим событием со времен удара, приведшего к образованию нашей Луны около 4,5 миллиардов лет назад.

Мы должны сохранять бдительность, поскольку наше вымирание всегда находится всего в одном шаге от нас, всего лишь от одного блуждающего объекта.

Часто задаваемые вопросы:

Насколько велика комета Бернардинелли-Бернштейна?

Диаметр ядра этой кометы составляет примерно 119 километров.

Это делает её самой большой из всех известных науке комет.

Для сравнения, астероид, убивший динозавров, был всего 10 километров.

Такие размеры обеспечивают ей колоссальную массу и разрушительный потенциал.

Какова вероятность столкновения этой кометы с Землей?

Во время текущего прохождения кометы угрозы для Земли нет.

Однако комета вернется в нашу систему через 4,5 миллиона лет.

Гравитационные взаимодействия могут изменить её траекторию в будущем.

Точный прогноз на столь длительный срок пока невозможен для ученых.

Что произойдет с атмосферой и океанами при ударе?

Удар такой мощности может выбросить часть атмосферы в космос.

Океаны испарятся или будут загрязнены пылью и обломками.

Пепел закроет солнце на несколько месяцев, остановив фотосинтез.

Это приведет к глобальному похолоданию и массовой гибели жизни.

Почему Юпитер не защищает Землю от таких объектов?

Юпитер действительно поглощает многие астероиды и кометы.

Но его гравитация также направляет другие объекты к Земле.

В итоге вероятность столкновений увеличивается на 350 процентов.

Так что газовый гигант скорее опасен, чем полезен для нас.

Может ли комета полностью разрушить планету Земля?

Нет, для физического разрушения планеты энергии недостаточно.

Земля останется целой, но её поверхность изменится неузнаваемо.

Кора будет перестроена, а ландшафт станет подобен марсианскому.

Жизнь в привычном виде прекратится, но планета сохранится.

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!