Когда ученые планируют защитить себя от астероида, идущего по курсу столкновения с Землей, они обычно хотят изменить орбиту этого крошечного тела так, чтобы оно прошло мимо нашей планеты. В то же время они хотят, чтобы он оставался целым. Однако если время до столкновения слишком мало и операцию отклонения выполнить невозможно, остается вариант разбить астероид на множество хорошо разбросанных фрагментов.
Космические взрывы — это то, что люди часто имеют в виду, когда представляют планетарную защиту. И хотя ученые предпочли бы иметь больше времени для действий, они должны быть готовы к любому мыслимому сценарию, поскольку многие околоземные астероиды остаются неоткрытыми.
Изменение орбит астероидов на пути столкновения с Землей может оказаться невозможным без риска разрушения астероида на фрагменты. Проблема в том, что такое крушение — гораздо более сложный сценарий планетарной защиты по сравнению с тем, при котором астероид отклоняется от своей первоначальной орбиты. Он требует учета реакции астероида на толчки и гораздо более сложной гравитационной динамики его фрагментов.
Гидродинамические расчеты позволяют изучить, как разные орбиты астероидов и разные распределения скоростей осколков разрушенного астероида влияют на их траектории. Недавно было проведено моделирование взрыва ядерного заряда мощностью 1 мегатонна, размещенного в нескольких метрах над поверхностью астероида формы Бенну диаметром 100 метров (1/5 шкалы Бенну, околоземного астероида, открытого в 1999 году).
На иллюстрации: Сравнение размеров астероида Бенну и земных объектов. Источник: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
Результаты этих исследований обнадеживают, подтверждая, что ядерные взрывы эффективны против астероидов. Для всех пяти рассматриваемых орбит разделение астероида на фрагменты всего за два месяца до даты столкновения позволило уменьшить массовую долю удара в 1000 и более раз (т.е. 99,9% массы астероида не попали бы в Землю).
Для более крупного астероида крушение было бы менее эффективным, но даже тогда 99% его массы прошло бы мимо Земли, если бы это произошло по крайней мере за шесть месяцев до даты удара.
Это очень важный результат, особенно в контексте «поздних» падений, когда астероид разрывается на части незадолго до столкновения с Землей.
Другое дело, когда у нас есть много времени, чтобы отреагировать. При рассмотрении десятилетних временных масштабов использование кинетических ударников для отклонения тела ударяющегося тела обычно является предпочтительным решением.
Кинетический ударник — крупный космический зонд, цель которого — столкнуть астероид с огромной относительной скоростью, достаточной для изменения орбиты объекта диаметром менее одного километра. Кинетические ударники имеют много преимуществ. Во-первых, методика хорошо известна и проверена в реальных миссиях, таких как миссия DART . Он эффективен при борьбе с широким спектром возможных угроз, если имеется достаточно времени. Однако у него есть некоторые ограничения, поэтому важно, чтобы в случае реальной чрезвычайной ситуации было доступно множество вариантов, в том числе несколько способов, которые могут сработать за короткое время.
В ситуации, когда мы увидим опасный объект, столкнувшийся с Землей в слишком близком будущем, чтобы безопасно изменить траекторию полета, лучшим вариантом было бы разбить его настолько основательно, чтобы образовавшиеся фрагменты в значительной степени облетели Землю. Однако моделирование орбит образующихся таким образом обломков затруднительно. Если астероид разлетится на куски, образовавшееся облако фрагментов пойдет своим путем вокруг Солнца и будет взаимодействовать под действием гравитации с самим собой и планетами. Это облако будет иметь тенденцию расширяться в изогнутый поток вдоль первоначального пути, по которому находился астероид. Скорость распространения этих частиц (в сочетании с тем, когда облако пересекает путь Земли) говорит нам, сколько из них ударит по Земле.
Для изучения этого вопроса используется программное обеспечение под названием Spheral , которое использовалось для моделирования разрыва скалистого астероида с помощью ядерного заряда и для моделирования траекторий образующихся осколков. «Сферал» способен отслеживать гравитационное взаимодействие осколков облака, а также гравитационное влияние Солнца и планет. На видео ниже показано гидростатическое моделирование, выполненное с помощью этой программы, которое показывает результат взрыва ядерного заряда мощностью 1 мегатонну, размещенного в нескольких метрах над поверхностью астероида в форме Бенну диаметром 100 метров.