Защита от астероидов столкнулась с препятствием на дороге

Если бы опасный астероид направлялся к Земле, одной из защитных мер могла бы стать ядерная детонация, которая поразила бы одну сторону рентгеновскими лучами и сбила бы ее с курса.

Но новые симуляции показывают, что для комковатого астероида неправильной формы именно то место, куда попадают рентгеновские лучи, может иметь огромное значение.

В исследовании, опубликованном в журнале «Икар», исследователи обнаружили, что облучение разных сторон одного и того же смоделированного астероида изменило величину импульса, переданного взрывом, и величину вращения, которое он вызвал. В одном случае скорость отклонения — изменение его линейной скорости после смоделированного рентгеновского всплеска — составила 3,9 миллиметра в секунду с одного угла и всего 0,8 миллиметра в секунду с другого: почти пятикратная разница.

«Мы ожидали, что цель будет иметь значение», — сказал Натан Мур, физик из Национальной лаборатории Сандиа, руководивший исследованием. «Что нас удивило, так это то, насколько».

Для другого астероида изменение скорости его вращения после отклонения (то есть скорости его вращения) варьировалось в 17 раз.

Результаты подчеркивают, что в реальной попытке использовать ядерный взрыв для отклонения астероида знание формы объекта и выбор правильной стороны для цели могут иметь решающее значение.

Исследование финансировалось программой исследований и разработок под руководством лаборатории Sandia.

Больше никаких сфер

Чтобы получить данные, Мур и его коллеги создали самую точную на сегодняшний день модель отклонения астероида. Большинство предыдущих моделей упрощали чрезвычайно сложную задачу, выбирая между реалистичными формами астероидов и точными математическими вычислениями. Команда Мура создала модель, включающую в себя и то, и другое.

Новое моделирование предлагает наиболее детальный взгляд на проблему отклонения астероидов.

«Наш новый алгоритм работает более чем в 1600 раз быстрее, что имело решающее значение для этого прорыва», — сказал Мур. «Со старыми моделями компьютеры просто не могли с этим справиться».

Мур изучал вопрос точного моделирования с тех пор, как эксперимент на машине Z Сандии впервые показал, что рентгеновские лучи могут отклонять небольшой кусочек материала астероида.

«Я начал задаваться вопросом, как увеличить масштаб вычислений, чтобы более точно предсказать отклонение полномасштабного астероида».

По его словам, большинство исследователей моделировали астероиды в виде сфер. Это облегчило математику. Но сферических астероидов не существует.

«Таким образом можно делать оценки, но астероиды бывают самых разных странных, комковатых форм», — сказал он. «Именно тогда я ухватился за работу, которую делал один из моих коллег, связанную с выделением газа из объектов в космосе. Думаю, у нас был момент ага, когда мы поняли, что можем это сделать. Сфер больше нет. Мы сможем смоделировать отклонение любого астероида».

Он позаимствовал высокоточные коды, используемые в Сандии для решения множества задач, и объединил их для работы на астероидах.

«Код ALEGRA обычно используется для моделирования быстрых, высокоэнергетических экспериментов, таких как магнитное взрывание проводов на машине Z, в то время как SPARTA, код прямого моделирования Монте-Карло, обычно используется для моделирования сравнительно слабых, медленно развивающихся сил, таких как сопротивление спутника солнечным ветром», — объяснил Мур.

«Ключевым нововведением здесь было выяснение того, как объединить два подхода к моделированию».

Моделирование для более безопасного будущего

Моделирование позволяет исследователям моделировать астероид на основе 3D-изображений высокого разрешения, полученных с пролетов космических кораблей, затем моделировать эффекты рентгеновского всплеска, одновременно адаптируя размер и расстояние взрыва, а также то, какая сторона будет облучена.

Код генерирует тепловую карту, показывающую, какая часть каждой части поверхности испаряется. Исходя из этого, программа вычисляет, с какой силой астероид будет толкаться, как быстро он будет вращаться и насколько сильно поверхность может расколоться.

Эта последняя часть важна, потому что цель будет заключаться в том, чтобы столкнуть астероид, а не разбить его на более мелкие, но потенциально смертоносные части.

«На данный момент наша компьютерная модель учитывает только распад горных пород на поверхности. Мы пока не можем точно предсказать распад всего тела астероида», — сказал Мур.

Для этого потребуются дополнительные исследования и инвестиции в еще более совершенные инструменты моделирования. Рентгеновский взрыв окажет на астероид множество эффектов, и эти эффекты могут взаимодействовать друг с другом. Это делает всесторонний расчет того, что на самом деле произойдет в ситуации планетарной обороны, невероятно сложным, но это именно то, к чему стремятся такие ученые, как Мур.

Хотя это остается задачей на будущее, эти последние результаты будут иметь серьезные последствия, если человечеству когда-нибудь понадобится отклонить астероид.

«Наше исследование показывает, насколько важно тщательно целиться», — сказал Мур. «Выберите правильную сторону, и вы выиграете. Угадайте неправильно, и это может быть плохой день».

Работа его команды предоставляет инструмент для планирования и максимизации шансов на успех. Теоретически можно загрузить информацию об астероиде, рассчитать оптимальную силу взрыва, расстояние и направление взрыва, чтобы спасти Землю, а затем приступить к делу.

Есть ограничения. Для моделирования необходимы достаточно точные данные о форме астероида со всех сторон, а у людей может не хватить времени на получение этой информации. Разместить взрывчатку на идеальном расстоянии от нужной стороны астероида, бесшумно летящего в космосе, также будет непросто.

Тем не менее, это исследование уменьшает количество догадок, чтобы избежать конца света.

И это, по словам Мура, очень обнадеживает.