Asteroid můžete vyhodit do povětří jen několik měsíců předtím, než zasáhne Zemi, a zabránit 99 % poškození
Dosud byl boj mezi životem na Zemi a asteroidy zcela jednostranný. Ale ne na dlouho. Brzy budeme mít schopnost odradit asteroidy od nežádoucích setkání se Zemí. A i když konvenční myšlení říká, že čím dále, tím lépe, pokud jde o zachycení jednoho, nemůžeme předpokládat, že budeme mít vždy dostatečné předběžné varování.
Nová studie říká, že bychom mohli být schopni bezpečně zničit potenciálně nebezpečné skalní vetřelce, i když se přiblíží k Zemi, než bychom chtěli.
Lidstvo čelí dilematu ohledně asteroidů. Identifikovali jsme mnoho potenciálně nebezpečných, ale ne všechny, zvláště ty menší. Víme, že tam venku musí být nedetekované malé asteroidy a stále mohou způsobit velké škody. Potenciální poškození asteroidu je způsobeno nejen jeho velikostí, ale také jeho úhlem dopadu, jeho rychlostí a hustotou. (Podívejte se na Purdue University simulátor dopadu asteroidu .) Obecně platí, že asteroid o velikosti fotbalového hřiště by mohl zničit město, jako je New York.
NASA a další vesmírné agentury jsou znepokojeny, pokud jde o objekty v blízkosti Země (NEO) a potenciálně nebezpečné objekty (PHO). Kongres USA dal NASA mandát identifikovat a katalogizovat 90 % NEO o průměru 140 metrů (460 stop) nebo větším. Někdy v roce 2026 plánuje NASA spuštění NEO Surveyor mise najít více asteroidů v našem sousedství. Je však pochybné, že někdy budeme mít úplný obrázek o všech asteroidech, které by nám mohly ublížit. Vesmír je plný překvapení.
Umělcova představa asteroidu NEO obíhajícího kolem Slunce. Poděkování: NASA/JPL.
Preferovaný způsob, jak se vypořádat s asteroidem mířícím k Zemi, je odklonit jej jako jeden kus pomocí nevýbušného kinetický impaktor . K tomu však potřebujeme předběžné varování před přiblížením asteroidu. Pokud víme desítky let dopředu, že asteroid je na trajektorii dopadu na Zemi, pak stačí vypustit impaktor s nízkou hmotností. Ale co když asteroid míří přímo k Zemi a my nemáme dostatek času na přípravu? Co když nám do dopadu zbývá méně než jeden rok?
'Pokud bychom spatřili nebezpečný objekt určený k tomu, aby zasáhl Zemi příliš pozdě na to, abychom jej mohli bezpečně odklonit, naší nejlepší zbývající možností by bylo rozbít jej tak důkladně, že by výsledné fragmenty z velké části minuly Zemi.'
Spoluautor studie Michael Owen, Lawrence Livermore National Laboratory.
Budeme muset tu věc vyhodit do povětří, jak nejlépe umíme, a doufat, že úlomky nezasáhnou Zemi.
Ale vyhodit asteroid do vzduchu, když se blíží k Zemi, je riskantní manévr. Asteroid by se mohl rozdělit na nebezpečný roj úlomků. Existuje také řada technických rizik. Připojení výbušného jaderného zařízení k raketě a její vypuštění do vesmíru není bez rizik.
Tým vědců zveřejnil studii, která se touto problematikou zabývá. Jmenuje se „ Pozdní narušení malých těles pro planetární obranu “ a je publikován v časopise Acta Astronautica. Hlavním autorem je Patrick King z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Ve studii se termín „pozdní doba“ týká méně než jednoho roku od dopadu.
Vyhodit do vzduchu asteroid nemusí být v některých ohledech tak obtížné. V této studii se autoři chtěli zaměřit na to, co se stane po vyhození do povětří. Co se stane se všemi fragmenty? „Zaměřujeme se na sledování s vysokou mírou přesnosti oběžných drah úlomků po narušení nebezpečného tělesa na trajektorii dopadu Země, a pokud povedou k jakémukoli dopadu Země, odhadněte rozsah následků,“ píší. . To je zvláště důležité, protože tolik asteroidů je typu „hromady suti“ a drží pohromadě jen volně.
Studie simulovala 100metrový asteroid, který se blíží k Zemi a poté je narušen výbušným zařízením o velikosti jedné megatuny. Výbušné zařízení by ve skutečnosti nezasáhlo asteroid, bylo by odpáleno několik metrů nad povrchem. Detonace jako tato nezpůsobí, že asteroid zmizí; jen to rozbije na menší kousky, které by měly představovat menší hrozbu, pokud vše půjde dobře.
V těchto simulacích byl použit asteroid Bennu, protože je tak dobře prostudovaný. Na tomto snímku je Bennu viděn ze vzdálenosti 24 km (15) mil zachycený kamerou PolyCam na OSIRIS-REx. Obraz je mozaika složená z 12 obrazů. Poděkování za snímek: NASA/Goddard/University of Arizona.
Simulovali také pět různých scénářů dopadu na základě pěti reálných asteroidů. Vybrali si Apophis a Bennu, protože oba tyto asteroidy jsou tak dobře prozkoumané. Tým si vybral 343158 Marsyas protože má retrográdní oběžnou dráhu a má velmi vysokou relativní rychlost a také prošel v okruhu 0,5 AU od Země, což z něj činí zajímavý a extrémní scénář. Vybrali si 5496 1973 NA (malá planeta) kvůli své vysoce nakloněné oběžné dráze a protože v roce 1973 proletěla ve vzdálenosti 0,08 AU. Použili také PDC 2019, hypotetický asteroid používaný v Konference planetární obrany 2019 .
Tato tabulka ze studie nastiňuje některé podmínky pro každý scénář dopadu. Obrazový kredit: King et al 2021.
Výsledek simulace je slibný.
„Jedním z problémů při posuzování narušení je to, že potřebujete modelovat všechny oběžné dráhy fragmentů, což je obecně mnohem složitější než modelování jednoduchého vychýlení,“ uvedl hlavní autor King v dokumentu. tisková zpráva . 'Nicméně se musíme pokusit tyto problémy řešit, pokud chceme vyhodnotit narušení jako možnou strategii.'
Tým simuloval 100metrový asteroid v pěti různých scénářích. Ve všech pěti scénářích bylo rušící zařízení odpáleno, když byl asteroid dva měsíce daleko od Země. Ve všech pěti také 99,9 % hmotnosti asteroidu minulo Zemi.
Hydro simulace ve Spheral poskytla základ pro analýzu: 1 Megatuna ve vzdálenosti několika metrů od asteroidu o průměru 100 metrů (ve tvaru Bennu). Barvy označují rychlosti. Legenda je cm/us, což odpovídá 10 km/s. Obrazový kredit: King et al 2021
Tato studie nic nemění na skutečnosti, že pokud jde o vychýlení asteroidu, preferují se kinetické dopady. Čím dále je asteroid, když je detekován, tím lépe. Stačí menší kinetický impaktor. Tato studie je však zaměřena na malá tělesa z poslední doby. Není dost času na vypuštění kinetického impaktoru s dostatečnou hmotností, pokud nemáme dostatek času.
Ale ukazuje, že jaderná zařízení mohou být součástí arzenálu lidstva v boji proti asteroidům.
„Zaměřili jsme se na studium ‚pozdních‘ narušení, což znamená, že dopadající těleso se rozbije na kusy krátce předtím, než dopadne,“ řekl. 'Když máte spoustu času - obvykle deset let dlouhé časové osy - je obecně preferováno, aby se k vychýlení dopadajícího tělesa použily kinetické impaktory.'
Tato studie se však zaměřuje na pozdní poruchy, situace, kdy nemáme dostatek času na vyslání impaktoru. Je důležité, abychom pochopili důsledky rozbití blížícího se asteroidu na kusy. Aby jim to všechno pomohl pochopit, napsal spoluautor studie Michael Owen kus softwaru nazvaný Spheral. Spheral byl schopen modelovat nejen jaderné narušení asteroidu, ale také všechny výsledné fragmenty.
Toto video ukazuje hydro simulaci ve Spheral, která poskytla základ pro práci. Kredit: King et al 2021.
Po explozi byly úlomky vystaveny vzájemné gravitaci a gravitaci Země, Měsíce a Slunce. Tým zjistil, že úlomky vytvořily ve vesmíru koherentní proud.
„Pokud bychom spatřili nebezpečný objekt určený k tomu, aby zasáhl Zemi příliš pozdě na to, abychom jej mohli bezpečně odklonit, naší nejlepší zbývající možností by bylo rozbít jej tak důkladně, že by výsledné fragmenty z velké části minuly Zemi,“ řekl Owen. 'Toto je však komplikovaná orbitální otázka - pokud rozbijete asteroid na kusy, výsledný mrak fragmentů bude každý sledovat svou vlastní dráhu kolem Slunce a gravitačně interagovat mezi sebou navzájem as planetami.' Tento mrak bude mít tendenci se roztáhnout do zakřiveného proudu úlomků kolem původní dráhy, na které byl asteroid. Jak rychle se tyto kousky rozšíří (v kombinaci s tím, jak dlouho trvá, než mrak zkříží dráhu Země), nám říká, kolik jich Zemi zasáhne.“
NASA se chystá otestovat kinetickou impaktorovou metodu ochrany asteroidů pomocí mise Double Asteroid Redirection Test (DART). Jeho spuštění je naplánováno na 24. listopadu 2021.
„Double“ v názvu odkazuje na dvojitý asteroid Didymos. Didymos má v průměru asi 780 metrů, ale má malého společníka jménem Didymoon. Didymoon je cílem DARTu a má jen asi 160 metrů v průměru. Většina asteroidů, které představují hrozbu, má podobnou velikost jako Didymoon. Samotná kosmická loď DART je kinetickým impaktorem a bude vyslána, aby se srazila s Didymoonem, zatímco citlivé teleskopy budou sledovat a sledovat, co se stane.
Umělcův dojem kosmické lodi DART (Double Asteroid Redirection Test), která se řítí směrem k menšímu ze dvou těles v systému asteroidů Didymos. Poděkování: Laboratoř aplikované fyziky NASA/Johns Hopkins University
Ale neexistuje žádný skutečný způsob, jak otestovat jadernou rozbušku na asteroidu. Možná bychom v budoucnu mohli otestovat jeden na asteroidu přibližujícím se k jiné planetě. Sci-fi smýšlející si to snadno představí. Ale testování v reálném světě na asteroidu kdekoli v blízkosti Země je špatný nápad. Příliš mnoho věcí se může pokazit. Lidé by to nikdy nepřijali.
Prozatím se musíme spoléhat na simulace, jako jsou ty v této studii, a budoucí studie, které na ní navazují a zdokonalují ji.
'Naše skupina pokračuje ve zdokonalování našich přístupů k modelování pro vychýlení a narušení jaderné elektrárny, včetně průběžného vylepšování modelování depozice rentgenové energie, které nastavuje počáteční podmínky odfouknutí a šoku pro problém jaderného narušení,' řekl spoluautor Bruck Syal. 'Tento nejnovější článek je důležitým krokem v demonstraci toho, jak lze naše moderní multifyzikální nástroje použít k simulaci tohoto problému v několika relevantních fyzikálních režimech a časových osách.'