Simulări 3D explorează apărarea planetară prin mijloace nucleare împotriva asteroizilor
Cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) dezvoltă simulări tridimensionale pentru a examina modul în care un dispozitiv nuclear ar putea fi folosit pentru a devia sau, potențial, a fragmenta un asteroid care amenință Pământul. Studiul, publicat recent în The Planetary Science Journal, utilizează codul de simulare Spheral al LLNL pentru a modela mai precis modul în care un asteroid ar putea reacționa atunci când razele X provenite de la un dispozitiv nuclear detonat în apropierea suprafeței sale încălzesc rapid și vaporizează materialul.
Spre deosebire de multe dezastre naturale, un impact periculos de asteroid ar putea fi prevenit dacă obiectul este detectat suficient de devreme. O abordare este devierea — imprimarea unei mici modificări de viteză care face asteroidul să rateze Pământul, rămânând în mare parte intact. O altă abordare este fragmentarea, prin care asteroidul este divizat și dispersat intenționat, astfel încât niciun fragment rămas să nu reprezinte o amenințare semnificativă. Misiunea DART a NASA a demonstrat în 2022 abordarea devierii prin impact cinetic, lovind deliberat luna asteroidului Dimorphos. Mijloacele nucleare reprezintă o opțiune de urgență alternativă, în special pentru obiecte mai mari sau scenarii cu timp de avertizare mai scurt, deoarece se poate livra asteroidului mult mai multă energie decât energia cinetică a unui impactor spațial.
Validarea modelului și scenariile studiate
Pentru a testa abordarea, echipa a comparat peste 1.500 de simulări Spheral unidimensionale cu rezultatele de deviere obținute cu codul de simulare Ares al LLNL. Calculele au arătat o concordanță strânsă între cele două coduri, oferindu-le cercetătorilor încredere pentru a utiliza Spheral în simulări tridimensionale mai complexe de fragmentare. Spheral este deosebit de potrivit pentru modelarea problemelor care implică deteriorarea materialului, fracturare și fragmentare.
Cercetătorii au modelat apoi trei scenarii de fragmentare care implică un asteroid cu formă neregulată de aproximativ 160 de metri diametru, variind atât distanța detonării nucleare ipotetice, cât și ipotezele privind ușurința cu care materialul asteroidului s-ar fractura. Două dintre simulări au arătat semne puternice de fragmentare.
Indicatori puternici de dezintegrare
În simularea cu cea mai lungă durată, aproximativ 98% din materialul asteroidului a suferit deteriorare completă, ceea ce înseamnă că capacitatea sa de a rămâne intact a fost grav compromisă. Simularea a arătat, de asemenea, că aproximativ 97% din material se deplasa cu o viteză mai mare decât viteza de evacuare a asteroidului, iar majoritatea materialului se mișca în direcții opuse, indicând suplimentar că corpul se dezintegra.
„Ceea ce este încurajator este că vedem asteroidul suferind daune extinse în timp ce materialul se mișcă și suficient de repede pentru a scăpa de atracția sa gravitațională”, a declarat Isaiah Santistevan, care a condus studiul. „Acestea sunt indicatori importanți că asteroidul este în proces de fragmentare, iar simulările 3D ne permit să examinăm acest proces mult mai detaliat.”
Rezultatele au subliniat, de asemenea, importanța locului unde este depusă energia în asteroid. Într-un caz, o detonare mai departe de suprafața asteroidului a depus mai puțină energie totală, dar a produs daune mai răspândite, deoarece energia a fost distribuită pe o suprafață mai mare. Această constatare nu înseamnă că o detonare mai îndepărtată ar fi întotdeauna mai eficientă. Abordarea optimă ar depinde de factori precum dimensiunea, forma și compoziția asteroidului, precum și de obiectivul urmărit — deviere sau fragmentare.
Limitele computaționale ale simulării
Studiul evidențiază și provocarea computațională de a urmări un asteroid prin întregul proces de fragmentare. Cea mai lungă simulare a utilizat 1.680 de procesoare timp de 59 de zile, dar a avansat calculul doar până la 145 de milisecunde de timp fizic. Cercetătorii ar avea nevoie să urmărească fragmentele mult mai mult pentru a determina dimensiunile și traiectoriile lor finale.
Această analiză pe termen mai lung este importantă, deoarece o fragmentare robustă necesită demonstrarea faptului că niciun fragment rămas nu este mai mare de aproximativ 10 metri și că fragmentele se dispersează în loc să se reacumuleze. Simulările actuale nu au rulat suficient de mult pentru a face această determinare în mod explicit, dar amploarea daunelor și mișcarea materialului în două cazuri sugerează puternic că acestea erau în proces de fragmentare.
Lucrările viitoare se vor concentra pe accelerarea timpilor de simulare, îmbunătățirea rezoluției și modelarea unor structuri asteroidale mai realiste, inclusiv asteroizii „grămadă de moloz” slab legați. Cercetătorii plănuiesc, de asemenea, să compare simulările cu experimente de laborator la scară mică.
