În principiu, un asteroid care se apropie de Pământ ar putea fi deviat cu ajutorul unei explozii nucleare. Razele X puternice eliberate de detonare i-ar încălzi suprafața până când o parte din material s-ar vaporiza, iar forța rezultată l-ar împinge pe o traiectorie mai sigură. Noi simulări sugerează însă că reușita unei asemenea misiuni ar putea depinde în mare măsură de partea asteroidului pe care o lovește explozia.
În multe simulări pe computer, asteroizii apar ca obiecte netede și rotunde. Cei reali nu arată așa: au suprafețe inegale și forme neregulate, iar diferențele acestea pot schimba radical felul în care se mișcă un asteroid expus la radiații intense.
Studiul, publicat în revista Icarus, a constatat că schimbarea direcției unei rafale de raze X ar putea duce la rezultate extrem de diferite, chiar și când ținta este același asteroid. Într-una dintre simulări, viteza asteroidului s-a modificat cu 3,9 milimetri pe secundă când radiația a venit dintr-o direcție și cu doar 0,8 milimetri pe secundă când a venit din alta. Viteza de deviere, adică schimbarea vitezei de deplasare produsă de rafală, a fost așadar de aproape cinci ori mai mare într-un caz decât în celălalt.
„Ne așteptam să conteze direcția din care țintim. Ne-a surprins însă cât de mult“, a declarat Nathan Moore, fizician la Sandia National Laboratories, care a condus cercetarea.
Efectele asupra rotației ar putea fi și mai mari: la un alt asteroid simulat, schimbarea vitezei de rotație a fost de 17 ori mai mare dintr-o direcție decât din alta.
Rezultatele sugerează că, pentru a feri Pământul de un impact viitor, ar putea fi esențial să se cunoască forma asteroidului și să se aleagă cu atenție locul spre care e îndreptată explozia nucleară.
Gata cu sferele
Interesul lui Moore pentru calcule mai exacte a pornit de la un experiment anterior, făcut cu mașina Z de la Sandia. Acesta a demonstrat pentru prima dată că razele X pot devia o mică bucată de material care imita un asteroid. Următoarea provocare era să afle cum ar acționa același proces fizic asupra unui asteroid întreg.
„Am început să mă întreb cum aș putea extinde calculul ca să prezic mai precis devierea unui asteroid de dimensiuni reale“, a povestit Moore.
Una dintre marile probleme era obiceiul, larg răspândit, de a trata asteroizii ca pe niște sfere. Varianta asta simplifică matematica, dar ignoră formele neregulate ale asteroizilor reali, care pot avea creste, adâncituri și suprafețe inegale.
„Poți face estimări în felul ăsta, dar asteroizii au tot felul de forme ciudate, pline de denivelări. Atunci m-am agățat de o cercetare pe care o făcea unul dintre colegii mei, despre degazarea obiectelor din spațiu. Cred că ni s-a aprins beculețul când ne-am dat seama că putem face asta. Gata cu sferele. Am putea modela devierea oricărui asteroid“, a spus el.
Modelele computerizate de până atunci aveau însă o limitare majoră. De obicei, cercetătorii trebuiau să aleagă: fie reproduceau forma complexă a asteroidului, fie calculau extrem de detaliat forțele fizice implicate. Ca să le facă pe amândouă, ar fi avut nevoie de mai multă putere de calcul decât era practic posibil.
Soluția a fost să combine două sisteme de simulare sofisticate, pe care Sandia le folosea deja pentru probleme fizice foarte diferite.
„Codul ALEGRA e folosit de regulă ca să modeleze experimente rapide, de mare energie, cum ar fi firele care implodează sub acțiunea câmpului magnetic în mașina Z. SPARTA, un cod de simulare directă Monte Carlo, modelează de obicei forțe relativ slabe, care evoluează lent, cum ar fi rezistența la înaintare pe care vântul solar o opune unui satelit. Inovația-cheie a fost să găsim o cale de a combina cele două abordări de simulare“, a explicat Moore.
Așa au construit Moore și colegii săi un model care să arate cum răspund asteroizii de forme diferite la exploziile nucleare. Noul sistem trece de obstacolul vechilor modele: le permite cercetătorilor să studieze forme realiste de asteroizi, păstrând precizia necesară pentru a calcula cum reacționează aceștia la o explozie de raze X. Autorii îl descriu drept cel mai precis model de deviere a asteroizilor de până acum, iar rezultatul este cea mai detaliată simulare de acest fel realizată până azi. Studiul a fost finanțat prin programul de cercetare și dezvoltare coordonat de laboratorul Sandia.
„Noul nostru algoritm e de peste 1.600 de ori mai rapid, iar asta a fost esențial pentru această reușită. Cu modelele vechi, calculatoarele pur și simplu nu făceau față“, a spus Moore.
Modelul calculează împingerea, nu și ruperea asteroidului
Noul model le permite cercetătorilor să reconstituie un asteroid pornind de la imaginile 3D detaliate surprinse de navele spațiale în timpul survolurilor. Apoi pot simula o explozie nucleară cu raze X, reglându-i intensitatea, distanța față de asteroid și direcția din care vine radiația.
Programul calculează cât material s-ar vaporiza în diferite zone ale suprafeței și afișează rezultatul sub forma unei hărți termice. Pe baza ei se estimează cât de tare ar fi împins asteroidul, cum i s-ar schimba rotația și cât de mari ar fi daunele de la suprafață.
Calculele contează pentru că, ideal, o misiune de apărare planetară reușită ar trebui să schimbe traiectoria asteroidului fără să-l spargă în mai multe bucăți periculoase. Ar putea fi preferabil ca un singur obiect mare să fie redirecționat decât să rezulte mai multe fragmente care ar putea amenința în continuare Pământul.
Totuși, simulările nu pot prezice încă toate consecințele posibile ale unei explozii nucleare.
„Deocamdată, modelul nostru ține cont doar de fragmentarea rocilor de la suprafață. Nu putem încă prezice cu precizie fragmentarea întregului asteroid“, a precizat Moore.
Ca modelul să poată face și asta, vor fi necesare cercetări suplimentare, investiții și instrumente de calcul mai avansate. O rafală intensă de raze X poate declanșa numeroase efecte fizice, iar unele dintre ele se influențează reciproc. Cu atâtea interacțiuni de luat în calcul, e extrem de greu de prezis exact cum s-ar comporta un asteroid într-o încercare reală de deviere.
Țintirea contează
În ciuda provocărilor care rămân, rezultatele oferă repere valoroase pentru viitoarele eforturi de apărare planetară. Cercetarea arată că direcția exploziei nucleare nu e un simplu detaliu: poate schimba substanțial cât de eficient e deviat asteroidul. Într-o misiune reală ar conta deci nu doar cât de puternică e explozia, ci și partea asteroidului spre care e îndreptată.
„Studiul nostru arată cât de important e să țintești cu atenție. Alegi partea potrivită și ai câștigat. Dacă greșești, s-ar putea să fie o zi proastă“, a spus Moore.
Cu timpul, noile instrumente de simulare i-ar putea ajuta pe cei care planifică astfel de misiuni să găsească cea mai eficientă cale de a devia un asteroid periculos. În principiu, cercetătorii ar putea introduce în model informații detaliate despre forma asteroidului și calcula apoi puterea ideală a exploziei, distanța și direcția necesare pentru a-l îndepărta de Pământ.
Simulările mai bune ar putea risipi mare parte din incertitudinea care înconjoară această posibilă metodă de apărare. Oamenii de știință înțeleg acum mai bine cum interacționează razele X ale unei explozii nucleare cu suprafețele complexe ale asteroizilor reali, iar asta îi aduce mai aproape de a prezice ce strategii ar funcționa cel mai bine. Pentru Moore, progresul e un pas încurajator în efortul de a-i da omenirii șanse mai mari să prevină impactul catastrofal al unui asteroid.
De la calcule la o misiune reală, drumul ar fi totuși extrem de dificil. Mai întâi, programul are nevoie de informații destul de precise despre forma asteroidului, văzut din toate direcțiile. Dacă s-ar descoperi un asteroid pe o traiectorie de coliziune cu Pământul, s-ar putea să nu fie timp suficient pentru observațiile necesare.
Apoi, dispozitivul nuclear ar trebui trimis și poziționat exact în locul potrivit față de un asteroid aflat în mișcare prin spațiu. Chiar dacă cercetătorii ar putea identifica configurația ideală a exploziei, punerea ei în practică ar cere o precizie extraordinară.
Ce s-a mai descoperit în Univers?
Astronomii au descoperit o lume nouă în Sistemul Solar, ascunsă dincolo de Neptun
O particulă-fantomă ignorată, din primele clipe ale Universului, ar putea explica de ce există totul
Un microorganism care se hrănește cu praf marțian, supraviețuiește în spațiu și poate produce oxigen pentru colonii
3 găuri negre gigantice au fost descoperite într-o galaxie din zorii timpului
