8 октября 2021

Ученые рассчитали последствия подрыва астероида ядерным зарядом

Американские ученые провели моделирование уничтожения угрожающего Земле астероида ядерной боеголовкой, проследили судьбу получившихся фрагментов и решили, что эта стратегия действительно может сработать. Но исследователи считают, что лучше отклонить астероид заранее, обнаружив его как можно раньше.

В новом исследовании, проведенном учеными Университета Джонса Хопкинса и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, не только осуществлено моделирование уничтожения угрожающего Земле астероида ядерной боеголовкой, но и подробно рассматривается, как разные орбиты астероидов и разные распределения скоростей получившихся фрагментов сказываются на их дальнейшем разлете. Ранее уже высказывались опасения, что разрушение астероида приведет к рою не менее опасных обломков. Теперь выясняется, что все это не так уж критично. Статья об этом опубликована в журнале Acta Astronautica.

Если установлено, что опасный астероид находится на траектории столкновения с Землей, то логичнее всего начинать его отклонять от этой траектории заранее, постепенно подталкивая небольшими импульсами, добиваясь при этом относительно небольших изменений скорости.

Такая тактика позволит сохранить небесное тело в относительной целости, чтобы не заниматься отдельно каждым отлетевшим от него куском. Постепенного отклонения можно добиваться присоединенными к астероиду ракетными двигателями, кинетическими ударниками либо серией небольших взрывов.

Однако если опасный астероид был обнаружен слишком поздно для того, чтобы его можно было заранее отклонить, остается другой вариант — передать астероиду одноразово достаточно большое количество энергии для того, чтобы разбить его на множество хорошо рассредоточенных в пространстве фрагментов. Такой подход называется подрывом, и люди часто думают именно о таком варианте, когда представляют себе планетарную оборону от опасных объектов. И хотя ученые предпочли бы иметь больше времени для предупреждения последствий падения астероида, они должны быть готовы к любому сценарию, поскольку до сих пор многие околоземные астероиды остаются неоткрытыми.

В качестве примера предполагалось, что ядерная бомба мощностью в одну мегатонну взорвется в нескольких метрах от поверхности астероида диаметром 100 м. Это примерно пятая часть от реально существующего околоземного астероида Бенну, открытого в 1999 году.

Результаты, представленные в статье, обнадеживают: для всех пяти рассмотренных орбит подрыв опасного объекта всего за два месяца до его столкновения с Землей позволит снизить массу сталкивающихся с планетой обломков по меньшей мере в тысячу раз — то есть 99,9% массы обломков просто не попадает в атмосферу Земли.

Для более крупного астероида результаты уже не будут столь надежными, но даже в этом случае масса обломков может быть уменьшена на 99%, если разрушение астероида произойдет по крайней мере за шесть месяцев до момента его столкновения с Землей.

«Одна из проблем при оценке разрушения астероида заключается в том, что нам необходимо смоделировать орбиты всех его фрагментов, что обычно намного сложнее, чем моделирование простого отклонения объекта, — поясняет ведущий автор статьи Патрик Кинг из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Мэриленде. — Тем не менее нам нужно попытаться решить эти проблемы, если мы хотим оценить метод подрыва как возможную стратегию на будущее».

Главный вывод исследования, по мнению Кинга, заключался в том, что применение ядерного заряда можно считать весьма эффективным методом защиты на самый крайний случай:

«Мы сосредоточились на изучении именно поздних случаев разрушения астероида, когда он распадется незадолго до столкновения с Землей. Если же у вас достаточно времени, скажем, десятилетие, то предпочтительнее использовать кинетические ударные элементы, чтобы постепенно отклонить опасный астероид».

У кинетических ударников есть много преимуществ: во-первых, эта техника хорошо известна и теперь тестируется в ходе реальных космических миссий, таких как DART. Она позволяет справиться с широким спектром возможных угроз, если у вас есть достаточно времени. Однако у этого метода есть и некоторые ограничения, поэтому важно, чтобы в случае возникновения чрезвычайной ситуации было доступно как можно больше вариантов борьбы с угрозой, в том числе и способы справиться с астероидом, обнаруженным на самых поздних этапах.

Программу под названием Spheral, которая использовалась для моделирования разрушения астероидов ядерными зарядами написал один из соавторов статьи, Майкл Оуэн. Она позволяет изучить процесс разрушения каменного астероида и отследить судьбу получившихся фрагментов. Группа использовала Spheral, чтобы проследить за эволюцией облака обломков, учитывая как их влияние друг на друга, так и гравитационное влияние со стороны Солнца и других планет.

«Если мы заметим опасный объект слишком поздно для того, чтобы безопасно его отклонить, то нашим лучшим оставшимся вариантом станет его полное разрушение, причем как можно более тщательно, чтобы полученные фрагменты почти не попали бы на Землю, — говорит Оуэн. — Этого добиться не так просто: если вы разобьете астероид на части, то образовавшееся в результате этого взрыва облако обломков будет следовать своим собственным путем вокруг Солнца, взаимодействуя гравитационно друг с другом и с другими планетами. Это облако будет стремиться растянуться в изогнутый поток фрагментов вокруг первоначального пути, по которому двигался астероид. От того, насколько быстро эти куски разлетятся (в совокупности с тем, сколько времени пройдет до того момента, как облако пересечет путь Земли), будет зависеть, как много обломков упадет на Землю».

Тем временем NASA и другие космические агентства продолжают развивать свои системы планетарной защиты, особенно когда дело доходит до обнаружения потенциально опасных астероидов на более ранних сроках. Ведь обнаружение астероида-убийцы заранее может иметь поистине решающее значение для максимизации наших шансов сбить этот астероид с его курса.

О том, что опасность падения подобных объектов вполне реальна и что такие события даже в эпоху тотального мониторинга окружающего космического пространства могут случаться внезапно, говорят фотографии и видео ярких крупных болидов, попадающих в объективы видеорегистраторов. 15 февраля 2013 года в районе Челябинска 20-метровый обломок массой 13 тысяч тонн привел к реальным разрушениям и ранениям среди населения на весьма обширной территории. Тогда пострадало свыше тысячи человек, во многих зданиях были выбиты окна, а взрывная волна дважды обогнула всю Землю. Спустя какое-то время обломки метеорита общей массой почти в тонну извлекли из озера Чебаркуль.

Но астероиды размером до 100 м несут лишь локальные разрушения и не грозят глобальными катастрофами. Гораздо бо́льшую опасность несут астероиды километрового размера, способные даже при попадании в океаны породить разрушительные цунами на побережье, а при попадании в разломы литосферных плит — спровоцировать землетрясения.

Наибольшую же опасность для всей жизни на планете представляют десятикилометровые и более крупные астероиды. Самый известный древний ударный кратер диаметром около 180 км на полуострове Юкатан образован именно таким астероидом, который, как считается, привел к гибели динозавров 65 млн лет назад. Последствием падения такого астероида становится выделение энергии, в миллионы раз превосходящей энергию взрывов мощнейших термоядерных бомб. Это вызывает цунами, пожары по всему миру, выбросы пепла и угарного газа, на долгие годы закрывающие поверхность планеты от прямых солнечных лучей. Сера, выделяющаяся в результате катастрофы, может привести к обильному образованию облаков из серной кислоты, которые затем изливаются кислотными дождями.