Осадки в виде астероидов: рассчитано, когда и где Земля чаще «ловит» межзвездные объекты

До 2017 года мы жили в пузыре. Солнечная система казалась закрытым клубом, где вращаются только местные: астероиды, кометы, планеты. Открытие 1I/Оумуамуа, а затем кометы 2I/Борисов, и недавней 3I/ATLAS разрушило эту иллюзию. Мы поняли: пространство между звездами не пустое. Оно заполнено блуждающими объектами, и некоторые из них проходят через нашу систему.

Теперь мы спрашиваем: как часто они врезаются в Землю? Откуда они прилетают? С какой скоростью?

Новое исследование, проведенное группой астрофизиков, дает ответы. Они сгенерировали искусственную популяцию из 10 миллиардов межзвездных объектов, чтобы получить статистику по 10 тысячам столкновений с Землей.

Почему нас бьют медленно?

Логика подсказывает: межзвездный объект должен быть быстрым. Он разогнался в гравитационном поле другой звезды, летел миллионы лет и ворвался к нам на огромной скорости. Это верно для общей популяции. Но статистика столкновений показывает обратное.

Объекты, которые действительно врезаются в Землю, — медленные.

Причина — гравитационная фокусировка. Это физический эффект, при котором гравитация массивного тела (Солнца) искривляет траекторию пролетающего мимо объекта, притягивая его к себе.

• Быстрый объект пролетает мимо Солнца почти по прямой. Его импульс слишком велик, чтобы гравитация успела существенно изменить курс.
• Медленный объект поддается влиянию. Солнце искривляет его орбиту, затягивая внутрь системы, ближе к Земле.

Следовательно, вероятность удара выше для тех гостей, которые движутся с низкой скоростью относительно Солнца.

Зимний максимум

Когда ждать удара? Кажется логичным, что это случайный процесс. Расчеты говорят: нет. Существует четкая сезонная зависимость.

Максимум столкновений приходится на зиму (для Северного полушария).

Механика здесь следующая. Земля движется по орбите. Есть направление движения (солнечный апекс) и направление, откуда мы прилетели (солнечный антиапекс). Зимой Земля находится в направлении антиапекса. Солнце в этот момент работает как гравитационная линза. Оно фокусирует поток межзвездных частиц, пролетающих мимо него, собирая их в пучок позади себя — именно там, где в этот момент проходит Земля.

А что насчет весны? Весной Земля движется навстречу солнечному апексу. Количество столкновений падает, но меняется их качество. Весной происходят самые высокоскоростные удары. Мы суммируем скорость межзвездного объекта со скоростью орбитального движения Земли (около 30 км/с). Энергия такого столкновения будет максимальной, хотя вероятность самого события ниже, чем зимой.

География удара

Куда они падают? В фильмах-катастрофах метеориты всегда выбирают Нью-Йорк или Париж. Статистика исследования указывает на другое место.

Межзвездные объекты имеют тенденцию ударять по низким широтам, близко к экватору.

Это следствие орбитальной геометрии. Большинство объектов, способных пересечь орбиту Земли, движутся в плоскостях, близких к эклиптике (плоскости вращения Земли вокруг Солнца).

• Объекты с высоким перигелием (ближайшей к Солнцу точкой орбиты) распределены синусоидально по наклонению.
• Объекты с низким перигелием имеют почти равномерное распределение.

В итоге, комбинация этих факторов приводит к концентрации траекторий в экваториальной зоне с небольшим перевесом в пользу Северного полушария (из-за расположения солнечного апекса).

Откуда прилетает угроза?

Исследование выявило два направления, откуда поток объектов наиболее интенсивен (усиление в 2 раза относительно среднего фона):

1. Солнечный апекс: направление движения Солнца сквозь Галактику. Мы просто налетаем на них.
2. Галактическая плоскость: диск Млечного Пути, где концентрация звезд и материи максимальна.

Важно отметить: большинство импакторов (объектов, наносящих удар) движутся по ретроградным орбитам. Они летят против движения планет Солнечной системы. Это резко увеличивает относительную скорость при столкновении, даже если сам объект летел медленно.

Что это меняет?

Программы мониторинга (вроде CNEOS) отслеживают околоземные астероиды. Но межзвездные объекты — это слепое пятно. Их траектории гиперболические, они не вращаются вокруг Солнца, они появляются один раз и исчезают навсегда.

Данные Селигмана и коллег не говорят нам, когда прилетит следующая 3I/ATLAS. Они дают нам карту вероятностей. Если мы хотим поймать такой объект или подготовиться к удару, мы теперь знаем условия задачи:

• Искать нужно в плоскости эклиптики.
• Зимой вероятность обнаружения выше из-за фокусировки.
• Скорости будут ниже ожидаемых, что парадоксальным образом делает их обнаружение сложнее (меньше ионизации атмосферы при входе, меньше яркость метеора).

Источник: arXiv