Как ученые рассчитывают вероятность того, что астероид может столкнуться с Землей?

В январе 2025 года я готовился к утреннему занятию, когда получил уведомление об астероиде под названием 2024 YR4. В нем говорится, что вероятность того, что он может столкнуться с Землей, необычайно высока.

Поскольку защита Земли от неожиданных злоумышленников, таких как астероиды, является частью моего опыта, я сразу же начал получать вопросы от своих студентов и коллег о том, что происходит.

Когда ученые замечают астероид, траектория которого может привести его близко к Земле, они часто следят за ним и рассчитывают вероятность того, что он может столкнуться с нашей планетой. По мере того, как они получают больше данных наблюдений, они получают лучшее представление о том, что может произойти.

Просто наличие большего количества данных на раннем этапе не делает прогнозы ученых лучше. Они должны продолжать следить за астероидом, когда он движется в космосе, чтобы лучше понять его траекторию.

Размышляя об этом инциденте несколько месяцев спустя, я задался вопросом, мог ли быть лучший способ для ученых донести информацию о риске до общественности. Мы получали точную информацию, но, как указывали вопросы, которые я слышал, ее не всегда было достаточно, чтобы понять, что это на самом деле означает.

Цифры меняются каждый день

Астероид 2024 года YR24 имеет диаметр около 196 футов (60 метров), что эквивалентно примерно 15-этажному зданию в длину.

На момент объявления в январе сообщалось, что вероятность столкновения с астероидом превышает 1%. Вероятность столкновения описывает, насколько вероятно столкновение опасного астероида с Землей. Например, если вероятность столкновения равна 1%, это означает, что в 1 из 100 случаев он попадает на Землю. Один из 100 — это довольно редко, но все же слишком близко для комфорта, если вы говорите о вероятности столкновения, которое может опустошить Землю.

Со временем, однако, дальнейшие наблюдения и анализы показали, что вероятность столкновения этого астероида с Землей практически равна нулю.

После первоначального уведомления в январе вероятность столкновения постоянно увеличивалась до 3,1% 18 февраля, но снизилась до 1,5% 19 февраля. Затем вероятность столкновения постоянно снижалась, пока не достигла 0,004% 24 февраля. По состоянию на 15 июня вероятность его воздействия составляет менее 0,0000081%.

Но в то время как вероятность столкновения с Землей снижалась, вероятность столкновения астероида с Луной начала увеличиваться. 24 февраля он вырос до 1,7%. По состоянию на 2 апреля он составляет 3,8%.

Если он столкнется с Луной, некоторые выброшенные материалы от этого столкновения могут достичь Земли. Однако эти материалы будут сгорать, когда они войдут в плотную атмосферу Земли.

Вероятность столкновения

Чтобы увидеть, может ли приближающийся объект столкнуться с Землей, исследователи выясняют, как выглядит орбита астероида, с помощью метода, называемого астрометрией. Этот метод может точно определить орбиту объекта с точностью до нескольких километров неопределенности. Но для астрометрии нужны точные данные наблюдений, снятые в течение длительного времени.

Любая неопределенность в расчете орбиты объекта приводит к изменениям в прогнозируемом решении. Вместо одной точной орбиты расчет обычно дает ученым облако ее возможных орбит. Эллипс, заключающий в себе эти расположения, называется эллипсом ошибок.

Вероятность столкновения описывает, сколько прогнозов орбит в этом эллипсе упало на Землю.

Без достаточного количества данных наблюдений орбитальная неопределенность высока, поэтому эллипс имеет тенденцию быть большим. В большом эллипсе вероятность того, что эллипс «случайно» включает Землю, выше, даже если центр находится за пределами планеты. Таким образом, даже если астероид в конечном итоге не столкнется с Землей, его эллипс ошибки все равно может включать планету, прежде чем ученые соберут достаточно данных, чтобы уменьшить неопределенность.

По мере того, как уровень неопределенности снижается, эллипс сжимается. Таким образом, когда Земля находится внутри эллипса с малой ошибкой, вероятность столкновения может стать выше, чем когда она находится внутри эллипса большой ошибки. Как только эллипс ошибки сжимается настолько, что в него больше не входит Земля, вероятность столкновения значительно снижается. Именно это и произошло с 2024 YR4.

Вероятность столкновения — это единственное практическое значение, позволяющее получить значимое представление об угрозе столкновения. Тем не менее, простое использование вероятности столкновения без какого-либо контекста может не дать общественности значимых рекомендаций, как мы видели на примере 2024 YR4.

Удержание и ожидание дополнительных данных для уточнения прогноза столкновений или введение новых метрик для оценки столкновений с Землей — это альтернативные варианты действий, которые помогут людям получить более точные ориентиры для будущих угроз, прежде чем добавлять путаницу и страх.