Czy broń jądrowa naprawdę mogłaby ochronić Ziemię przed groźną asteroidą?

Naukowcy przeprowadzili symulacje, aby sprawdzić, czy rozbicie asteroidy za pomocą ładunku jądrowego mogłoby pomóc chronić Ziemię przed zagrożeniem z kosmosu. Wyniki pokazały, że eksplozja mogłaby poważnie uszkodzić obiekt i zapoczątkować jego rozpad, choć nie potwierdziły jednoznacznie skuteczności tej metody.

Jak ochronić Ziemię przed zagrożeniem z kosmosu?

.W ramach nowego badania naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) opracowali symulacje, które miały pomóc ustalić, czy eksplozja jądrowa mogłaby zmienić tor lotu asteroidy zagrażającej Ziemi lub doprowadzić do jej rozbicia na mniejsze części. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Planetary Science Journal”.

Astronomowie wykorzystali opracowany w LLNL program Spheral, aby dokładniej zbadać, jak asteroida zareagowałaby na wybuch ładunku jądrowego w jej pobliżu. Powstałe w jego wyniku promieniowanie rentgenowskie gwałtownie nagrzałoby materiał asteroidy i doprowadziło do odparowania jego części. Najpierw naukowcy sprawdzili, czy wyniki symulacji są zgodne z przewidywaniami sprawdzonych modeli zmiany toru lotu asteroid. Następnie wykorzystali program Spheral do przeanalizowania trzech możliwych scenariuszy rozbicia asteroidy.

W przeciwieństwie do wielu klęsk żywiołowych uderzeniu groźnej asteroidy można potencjalnie zapobiec, jeśli zostanie ona wykryta odpowiednio wcześnie. Jednym ze sposobów jest zmiana jej toru lotu. Wystarczy niewielka zmiana prędkości, aby obiekt ominął Ziemię, pozostając w większości nienaruszony. Inną możliwością jest rozbicie asteroidy na mniejsze fragmenty i rozproszenie ich tak, aby żaden z nich nie stanowił poważnego zagrożenia dla naszej planety.

W 2022 roku NASA przetestowała pierwszą z tych metod w ramach misji Double Asteroid Redirection Test (DART). Statek kosmiczny celowo uderzył w księżyc planetoidy Dimorphos, zmieniając jego ruch. Wykorzystanie ładunku jądrowego mogłoby stanowić alternatywne rozwiązanie w sytuacji zagrożenia, zwłaszcza w przypadku większych obiektów lub gdyby na reakcję pozostało niewiele czasu. A eksplozja pozwoliłaby przekazać asteroidzie znacznie więcej energii niż uderzenie statku kosmicznego.

Czy rozbicie asteroidy za pomocą ładunku jądrowego jest możliwe?

.Dwie z przeprowadzonych symulacji wykazały, że asteroida mogłaby ulec rozpadowi, co pokazało, jak dokładne modele trójwymiarowe mogą pomóc naukowcom lepiej przewidywać reakcję takich obiektów na próbę ich rozbicia za pomocą ładunku jądrowego.

Aby sprawdzić wiarygodność nowej metody, badacze przeprowadzili ponad 1500 symulacji jednowymiarowych z wykorzystaniem programu Spheral. Następnie porównali ich wyniki z obliczeniami dotyczącymi zmiany toru lotu asteroid, uzyskanymi za pomocą innego programu o nazwie Ares.

Wyniki uzyskane za pomocą obu programów były bardzo zbliżone, co pozwoliło naukowcom wykorzystać Spheral do bardziej złożonych symulacji rozpadu asteroidy. Jak wyjaśnili badacze, program szczególnie dobrze nadaje się do symulowania uszkodzeń, pękania skał i ich rozpadu na fragmenty.

Co wykazały symulacje eksplozji jądrowej?

.W kolejnym etapie astronomowie przeanalizowali trzy scenariusze rozbicia asteroidy o nieregularnym kształcie i średnicy około 160 metrów. Zmieniali odległość między miejscem hipotetycznej detonacji a powierzchnią obiektu, a także założenia dotyczące wytrzymałości materiału, z którego byłby zbudowany.

W symulacji, którą prowadzono najdłużej, uszkodzenia objęły około 98 proc. asteroidy, poważnie osłabiając jej strukturę. Obliczenia wykazały również, że około 97 proc. jej materii poruszało się z prędkością wystarczającą, by uwolnić się spod wpływu grawitacji obiektu. Większość tej materii przemieszczała się w przeciwnych kierunkach, co wskazywało, że asteroida rozpadała się na fragmenty.

Badanie wykazało również, że istotne znaczenie miał sposób rozłożenia energii na powierzchni asteroidy. W jednym ze scenariuszy detonacja przeprowadzona dalej od obiektu dostarczyła mu mniej energii, ale spowodowała uszkodzenia na większym obszarze. Wynikało to z tego, że energia rozłożyła się bardziej równomiernie.

Nie oznacza to jednak, że detonacja w większej odległości zawsze byłaby skuteczniejsza. Najlepsze rozwiązanie zależałoby między innymi od rozmiarów, kształtu i składu asteroidy, a także od tego, czy celem byłoby jedynie ominięcie Ziemi przez obiekt, czy jego rozbicie.

Czy udało się potwierdzić skuteczność tej metody?

.Przeprowadzone badanie pokazuje również, jak dużym wyzwaniem jest komputerowe odtworzenie całego procesu rozpadu asteroidy. Najdłuższa symulacja trwała 59 dni i wymagała wykorzystania 1680 procesorów. Mimo tak dużych zasobów obliczeniowych udało się odwzorować zaledwie 145 milisekund rzeczywistego przebiegu zjawiska. Aby ustalić, jak duże będą powstałe fragmenty asteroidy i jak będą się poruszać, naukowcy muszą prześledzić ich ruch w znacznie dłuższym okresie.

Aby potwierdzić, że asteroida została skutecznie rozbita, należałoby wykazać, że żaden z powstałych fragmentów nie przekraczał około 10 metrów średnicy, a odłamki oddalały się od siebie zamiast ponownie łączyć w większy obiekt. Przeprowadzone symulacje nie trwały jednak wystarczająco długo, by to jednoznacznie ustalić. Skala uszkodzeń i ruch materii w dwóch przypadkach wyraźnie wskazywały jednak, że asteroidy prawdopodobnie zaczęły się rozpadać.

Emil Gołoś