Ви можете підірвати астероїд всього за кілька місяців до того, як він вдариться в Землю і запобігти 99% пошкоджень
Поки що боротьба між життям на Землі та астероїдами була абсолютно односторонньою. Але ненадовго. Незабаром ми матимемо можливість утримувати астероїди від небажаних зіткнень із Землею. І хоча звичайне мислення говорить, що чим далі, тим краще, коли справа доходить до перехоплення, ми не можемо припустити, що завжди матимемо достатньо завчасного попередження.
Нове дослідження свідчить, що ми зможемо безпечно знищити потенційно небезпечних кам’янистих зловмисників, навіть якщо вони підійдуть до Землі ближче, ніж нам хотілося б.
Людство стоїть перед дилемою щодо астероїдів. Ми визначили багато потенційно небезпечних, але не всі, особливо менші. Ми знаємо, що там повинні бути невиявлені маленькі астероїди, і вони все ще можуть завдати великої шкоди. Потенційна шкода астероїда пов’язана не лише з його розміром, а й із кутом удару, швидкістю та щільністю. (Перегляньте Університет Пердью симулятор удару астероїда .) За загальним правилом, астероїд розміром з футбольне поле може знищити таке місто, як Нью-Йорк.
NASA та інші космічні агентства занепокоєні, коли йдеться про близькоземні об’єкти (NEO) та потенційно небезпечні об’єкти (PHO). Конгрес США дав NASA мандат ідентифікувати та каталогізувати 90% ОСЗ діаметром 140 метрів (460 футів) або більше. Десь у 2026 році NASA планує запустити NEO Surveyor місія знайти більше астероїдів у нашому околиці. Але сумнівно, що ми коли-небудь матимемо повну картину всіх астероїдів, які можуть завдати нам шкоди. Всесвіт сповнений сюрпризів.
Уявлення художника про астероїд NEO, що обертається навколо Сонця. Авторство і права: NASA/JPL.
Найкращий метод боротьби з астероїдом, що прямує до Землі, полягає в тому, щоб відхилити його як один шматок за допомогою невибухового засобу. кінетичний ударник . Але для цього нам потрібно завчасно попередити про наближення астероїда. Якщо ми знаємо на десятиліття наперед, що астероїд рухається по траєкторії, що вдаряється про Землю, то нам потрібно лише запустити ударник малої маси. Але що, якщо астероїд прямує прямо до Землі, і у нас не вистачає часу на підготовку? Що робити, якщо до впливу буде менше року?
«Якщо ми помітили небезпечний об’єкт, якому судилося вразити Землю надто пізно, щоб безпечно відвернути його, найкращим варіантом, що залишився, було б розбити його настільки ретельно, що утворені уламки значною мірою розминуться з Землею».
Співавтор дослідження Майкл Оуен, Ліверморська національна лабораторія Лоуренса.
Нам доведеться якнайкраще підірвати предмет і сподіватися, що осколки не вдарять Землю.
Але підірвати астероїд, коли він наближається до Землі, є ризикованим маневром. Астероїд може розколотися на небезпечний рій уламків. Існує також безліч технічних ризиків. Прикріпити вибуховий ядерний пристрій до ракети і запустити її в космос не без ризиків.
Команда дослідників опублікувала дослідження, яке вивчає цю проблему. Він має назву « Пізні зриви невеликого тіла для планетарного захисту », і це опубліковано в журналі Acta Astronautica. Головний автор – Патрік Кінг з Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Хопкінса. У дослідженні термін «пізній час» означає менше ніж один рік після впливу.
У певному сенсі підірвати астероїд не так вже й складно. У цьому дослідженні автори хотіли зосередитися на тому, що відбувається після підриву. Що станеться з усіма фрагментами? «Наша увага зосереджена на тому, щоб з високим ступенем точності слідкувати за орбітами осколків після руйнування небезпечного тіла на траєкторії удару про Землю, і якщо вони призведуть до будь-яких ударів Землі, оцініть масштаб наслідків», — пишуть вони. . Це особливо важливо, оскільки дуже багато астероїдів мають тип «бубіння» і лише слабо тримаються разом.
У дослідженні моделювали 100-метровий астероїд, який наближається до Землі, а потім руйнується вибуховим пристроєм потужністю в одну мегатонну. Вибуховий пристрій насправді не влучить в астероїд, він спрацює на висоті кількох метрів над поверхнею. Така детонація не змусить астероїд зникнути; він просто розбиває його на більш дрібні шматки, які повинні становити меншу загрозу, якщо все піде добре.
Астероїд Бенну був використаний у цих моделюваннях, оскільки він настільки добре вивчений. На цьому зображенні Бенну видно з відстані 24 км (15) миль, знятого PolyCam на OSIRIS-REx. Зображення являє собою мозаїку, що складається з 12 зображень. Автор зображення: NASA/Годдард/Університет Арізони.
Вони також змоделювали п’ять різних сценаріїв удару на основі п’яти реальних астероїдів. Вони обрали Апофіс і Бенну, тому що обидва ці астероїди так добре вивчені. Команда вибрала 343158 Марсій тому що вона має ретроградну орбіту і дуже високу відносну швидкість, а також пройшла в межах 0,5 а.о. від Землі, що робить його цікавим і екстремальним сценарієм. Вони вибрали 5496 1973 NA (малу планету) через її дуже похилу орбіту і тому, що вона пройшла в межах 0,08 а.о. в 1973 році. Вони також використовували PDC 2019, гіпотетичний астероїд, використаний у Конференція з планетарної оборони 2019 року .
У цій таблиці з дослідження описані деякі умови для кожного сценарію впливу. Авторство зображення: King et al 2021.
Результат моделювання є багатообіцяючим.
«Одна з проблем при оцінці зриву полягає в тому, що вам потрібно змоделювати всі орбіти осколків, що, як правило, набагато складніше, ніж моделювання простого відхилення», — сказав провідний автор Кінг у своєму дослідженні. прес-реліз . «Тим не менш, ми повинні спробувати подолати ці проблеми, якщо ми хочемо оцінити зрив як можливу стратегію».
Команда змоделювала 100-метровий астероїд за п’ятьма різними сценаріями. У всіх п’яти сценаріях пристрій, що руйнує, був підірваний, коли астероїд був за два місяці від Землі. Також у всіх п’яти 99,9% маси астероїда розминулися з Землею.
Гідромоделювання в Spheral стало основою для аналізу: 1 мегатонна на відстані кількох метрів від астероїда діаметром 100 метрів (з формою Бенну). Кольори позначають швидкості. Легенда – см/с, що еквівалентно 10 км/с. Авторство зображення: King et al 2021
Це дослідження не змінює той факт, що кінетичні удари є кращими, коли йдеться про відхилення астероїдів. Чим далі знаходиться астероїд, коли його виявляють, тим краще. Досить меншого кінетичного ударника. Але це дослідження спрямоване на пізні малі тіла. Не вистачає часу, щоб запустити кінетичний ударник з достатньою масою, якщо у нас недостатньо часу на виконання.
Але це показує, що ядерні пристрої можуть бути частиною арсеналу людства в боротьбі з астероїдами.
«Ми зосередилися на вивченні «пізніх» зривів, що означає, що тіло, що вражає, розламується незадовго до удару», — сказав він. «Якщо у вас є достатньо часу — зазвичай це десятиліття — зазвичай краще використовувати кінетичні ударні елементи для відхилення тіла».
Але це дослідження зосереджено на пізніх збоях, ситуаціях, коли ми не маємо достатньо часу, щоб надіслати імпактор. Важливо, щоб ми розуміли наслідки розбиття астероїда, що наближається. Щоб допомогти їм зрозуміти все це, співавтор дослідження Майкл Оуен написав програмне забезпечення під назвою Spheral. Spheral зміг змоделювати не тільки ядерний розрив астероїда, але й усі отримані фрагменти.
У цьому відео показано гідромоделювання в Spheral, яке стало основою для роботи. Авторство: King et al 2021.
Після вибуху на осколки діяла гравітація один одного і гравітація Землі, Місяця і Сонця. Команда виявила, що осколки утворили цілісний потік у просторі.
«Якщо ми помітили небезпечний об’єкт, якому судилося вразити Землю надто пізно, щоб безпечно відвести його, найкращим варіантом, що залишився, було б розбити його настільки ретельно, що отримані уламки значною мірою розминуться з Землею», – сказав Оуен. «Однак це складне орбітальне питання — якщо розбити астероїд на частини, утворена хмара осколків буде рухатися власним шляхом навколо Сонця, взаємодіючи один з одним і планетами гравітаційно. Ця хмара буде мати тенденцію розтягуватися у вигнутий потік уламків навколо початкового шляху, яким був астероїд. Наскільки швидко ці шматки розповсюджуються (у поєднанні з тим, скільки часу до того часу, поки хмара не перетне дорогу Землі), говорить нам, скільки вдарить Землю».
NASA перевіряє кінетичний ударний метод захисту астероїдів за допомогою своєї місії подвійного перенаправлення астероїдів (DART). Його запуск заплановано на 24 листопада 2021 року.
«Подвійник» у назві відноситься до подвійного астероїда Дідім. Дідім має близько 780 метрів в діаметрі, але у нього є маленький супутник на ім'я Дідімун. Дідімун є мішенню DART, і його діаметр всього близько 160 метрів. Більшість астероїдів, які становлять загрозу, мають розміри Дідімуна. Космічний корабель DART сам по собі є кінетичним ударником, і він буде відправлений на зіткнення з Дідімуном, поки чутливі телескопи спостерігатимуть і спостерігатимуть, що станеться.
Враження художника від космічного корабля NASA з подвійним перенаправленням астероїдів (DART), що мчить до меншого з двох тіл у системі астероїдів Дідімос. Авторство: NASA/Лабораторія прикладної фізики Університету Джона Хопкінса
Але немає реального способу випробувати ядерний детонатор на астероїді. Можливо, в майбутньому ми зможемо перевірити його на астероїді, який наближається до іншої планети. Науково-фантастичні люди можуть це легко уявити. Але випробування в реальному світі на астероїді в будь-якому місці поблизу Землі – погана ідея. Занадто багато речей може піти не так. Люди ніколи б цього не прийняли.
Наразі ми повинні покладатися на моделювання, подібні до цього дослідження, і майбутні дослідження, які будуються на цьому та вдосконалюють його.
«Наша група продовжує вдосконалювати наші підходи до моделювання ядерного відхилення та руйнування, включаючи постійні вдосконалення моделювання осадження енергії рентгенівськими променями, яке встановлює початкові умови прориву та удару для проблеми ядерного руйнування», – сказав співавтор Брук Сайал. «Ця остання стаття є важливим кроком у демонстрації того, як наші сучасні мультифізичні інструменти можуть бути використані для моделювання цієї проблеми в кількох відповідних фізичних режимах і часових масштабах».