Ученые смоделировали уничтожение астероида ядерным взрывом

Ученые рассчитали и смоделировали, может ли ядерный взрыв разрушить астероиды. Разработанная методика позволяет экспериментально определять критерии разрушения этих угрожающих Земле космических тел с помощью лазерного воздействия на их миниатюрные копии. 

Результаты исследований сотрудников МФТИ, Института космических исследований РАН, Российского федерального ядерного центра ВНИИЭФ и Троицкого института инновационных и термоядерных исследований опубликованы в Журнале экспериментальной и теоретической физики.

Астероиды — космические тела, состоящие из углерода, кремния, металла или льда. Диаметр таких объектов может составлять от 30 метров до 900 километров, средняя скорость движения — 20 километров в секунду. Столкновение с астероидами представляет одну из самых больших опасностей для жизни на нашей планете.

Чтобы защитить Землю от подобного рода объектов, можно либо изменить траектории их движения, либо разрушить их. Большая часть образовавшихся в результате мелких осколков не столкнется с Землей. Авторы новой работы моделировали воздействие на астероид мощной ударной волны от ядерного взрыва на его поверхности в рамках второго подхода.

В ходе работы физики создавали миниатюрный макет с плотностью и прочностными характеристиками астероида, а также обеспечивали равенство характерных давлений в начале ударно-волновой стадии процесса. Это равенство с точностью до коэффициента соответствует равенству отношения энергии ядерного взрыва к массе астероида и отношения энергии лазерного импульса к массе мини-макета.

Исследователи разработали технологию изготовления искусственного вещества каменных (хондритовых) астероидов с заданными свойствами. Они были выбраны в качестве модели потому, что это наиболее распространенный тип астероидов (более 90% от общего числа). Кроме того, в работе физики учитывали химический состав, плотность, пористость, прочность.

Чтобы подтвердить соответствие лазерных экспериментов действительности, ученые провели газодинамические расчеты. Было показано, что при разнице в массе между реальным астероидом и его лабораторным аналогом в 14−15 порядков удельная энергия, необходимая для полного разрушения астероида, почти в два раза меньше, чем удельная энергия, необходимая для подобного разрушения мини-макета.

Ученые пытались ответить на вопрос, может ли эффект разрушения «накапливаться»: можно ли заменить один сильный взрыв несколькими последовательно запущенными, но с меньшей мощностью? Они обнаружили, что с точки зрения общего критерия разрушения несколько более слабых импульсов (как одновременных, так и последовательных) не дают заметного преимущества по сравнению с однократным импульсом суммарной мощности.

С учетом масштабного фактора и результатов лабораторных экспериментов исследователи показали, что опасный для Земли астероид хондритного типа диаметром 200 метров можно разрушить ядерным взрывом с энергией свыше трех мегатонн.

«Наша база коэффициентов и зависимостей для разного типа астероидов позволит оперативно смоделировать взрыв и найти критерии разрушения. Пока явной опасности нет, и у нашей команды есть время доработать методику спасения планеты от катастрофы. Параллельно работаем над моделированием отклонения астероида без его разрушения и надеемся на международную вовлеченность в процесс», — делится планами один из авторов исследования Владимир Юфа.