Usare dispositivi nucleari per deviare o distruggere un asteroide. Suona un po' folle, no? Forse un po' troppo hollywoodiano? Eppure, un giorno potrebbe essere necessario far esplodere armi nucleari nello spazio per difendere il pianeta. Affinché questo metodo sia efficace, gli scienziati devono elaborare tutti i dettagli in anticipo. Ciò significa sapere quanta forza sarà necessaria a seconda della massa e della traiettoria dell'asteroide.
Recentemente, una collaborazione di ricerca tra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e il Istituto di tecnologia dell'aeronautica (AFIT) ha studiato come la produzione di energia di una detonazione nucleare potrebbe influenzare il percorso di un asteroide. Ciò consisteva nel modellare diverse reazioni nucleari (fissione o fusione) per determinare l'energia dei neutroni generata, che potrebbe potenzialmente aprire la strada a un nuovo tipo di missione di reindirizzamento degli asteroidi (ARM).
La loro ricerca è descritta in uno studio, intitolato 'Impatto dell'energia dei neutroni sulle prestazioni di deflessione degli asteroidi', che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Legge sull'astronautica . Il team dietro di esso era guidato da Lansing Horan IV e dai colleghi del Istituto di tecnologia dell'aeronautica (AFIT), che ha condotto la ricerca nell'ambito di una collaborazione con il Armi e integrazione complessa Direzione principale del LLNL.
Concetto artistico di un grande asteroide che passa dal sistema Terra-Luna. Credito: una combinazione di immagini ESO/NASA per gentile concessione di Jason Major/Lights in the Dark.
Per il bene del loro studio, il team si è concentrato sulla radiazione di neutroni prodotta da due diversi tipi di detonazioni nucleari: fissione (una bomba atomica) e fusione (una bomba termonucleare). La ragione di ciò era che i neutroni possono essere più penetranti dei raggi X, un'altra forma di radiazione prodotta da una detonazione nucleare. Inoltre, neutroni di diverse energie possono interagire con la stessa materia attraverso meccanismi differenti.
Deviazione vs. Interruzione
Confrontando questi due tipi di reazioni nucleari fianco a fianco, il team è stato in grado di avere un'idea migliore di quali tipi di energie di neutroni sarebbero migliori per il bene della difesa planetaria. Essenzialmente, ci sono due opzioni quando si tratta di sconfiggere un asteroide: interruzione o deflessione. Come ha spiegato Horan in un recente LLNL comunicato stampa , la distruzione consiste nell'impartire così tanta energia in un asteroide che viene frantumato in molti frammenti:
'Ciò significa che una resa di neutroni può potenzialmente riscaldare maggiori quantità di' materiale superficiale di asteroidi e quindi essere più efficace per deviare gli asteroidi rispetto a una resa di raggi X'.
“Il lavoro passato ha scoperto che oltre il 99,5% della massa dell'asteroide originale mancherebbe la Terra. Questo percorso di interruzione verrebbe probabilmente preso in considerazione se il tempo di avviso prima dell'impatto di un asteroide è breve e/o l'asteroide è relativamente piccolo”.
La deflessione, al contrario, è un approccio più delicato che comporta l'impartizione di una quantità minore di energia all'asteroide per spingerlo fuori rotta, lasciandolo altrimenti intatto. Allo stesso modo, i dispositivi nucleari sono progettati per produrre diversi rendimenti energetici, in cui le esplosioni di fissione sono misurate in termini di kilotoni (kt) e le esplosioni di fusione sono misurate in termini di megatoni (Mt).
Con i giusti tempi e calcoli, anche una piccola quantità di energia potrebbe deviare un asteroide con largo anticipo. come Horan riassunto :
“Nel tempo, con molti anni prima dell'impatto, anche un minuscolo cambiamento di velocità potrebbe sommarsi a una distanza mancante dalla Terra. La deviazione potrebbe essere generalmente preferita come opzione più sicura ed 'elegante', se disponiamo di un tempo di preavviso sufficiente per attuare questo tipo di risposta. Questo è il motivo per cui il nostro lavoro si è concentrato sulla deviazione”.
Esecuzione dei numeri
Per determinare quale opzione fosse la migliore, il team ha diviso la propria ricerca in due fasi primarie, che includevano la deposizione di energia dei neutroni e la risposta deflettente degli asteroidi. La prima fase è stata condotta utilizzando il Particella N di Monte Carlo (MCNP), il codice di trasporto delle radiazioni, sviluppato dal Los Alamos National Laboratory per tracciare il comportamento delle diverse particelle in un'ampia gamma di energie.
Utilizzando MCNP, il team ha considerato una serie di scenari di deposizione di energia che coinvolgono un asteroide sferico di 300 metri (985 piedi) di diametro e composto da ossido di silicio (SiO2). Questo asteroide è stato diviso in centinaia di sfere e coni concentrici per creare centinaia di migliaia di cellule. Hanno quindi considerato come i neutroni radianti avrebbero depositato energia su questo asteroide e come sarebbe stata distribuita al suo interno.
La seconda fase, che si è basata sul 3D . di LLNL Lagrangiana-Euleriana arbitraria (ALE3D) idrodinamico, consisteva nel simulare come il materiale dell'asteroide avrebbe risposto alle diverse deposizioni di energia in esame. I profili MCNP sono stati quindi importati e integrati con l'asteroide ALE3D e sono state eseguite le simulazioni.
La fase principale della ricerca si è basata su MCNP per determinare la distribuzione spaziale di un potente lampo di neutroni su un asteroide. Attestazione: LLNL
Quello che hanno scoperto è che diversi profili di deposizione di energia hanno portato a cambiamenti drasticamente diversi nella direzione e nella velocità di un asteroide, indicando che è il fattore principale (piuttosto che la distribuzione spaziale). Hanno anche concluso che la deflessione era preferibile all'interruzione e che la precisione e l'accuratezza erano di primaria importanza, specialmente quando si trattava di grandi rese utilizzate per deviare grandi asteroidi.
come Horan indicato , mentre c'è molta più ricerca da fare, il loro lavoro è un passo nella direzione delle simulazioni di deflessione nucleare. Quando arriverà il momento di pianificare una missione di mitigazione degli asteroidi, la capacità di tenere conto di questi parametri energetici sarà fondamentale per il successo:
“È importante approfondire la ricerca e comprendere tutte le tecnologie di mitigazione degli asteroidi al fine di massimizzare gli strumenti nel nostro toolkit. In alcuni scenari, l'utilizzo di un dispositivo nucleare per deviare un asteroide avrebbe diversi vantaggi rispetto alle alternative non nucleari. In effetti, se il tempo di allerta è breve e/o l'asteroide incidente è grande, un esplosivo nucleare potrebbe essere la nostra unica opzione pratica per la deflessione e/o l'interruzione».
Questa ricerca collaborativa è stata condotta come parte del programma di master in ingegneria nucleare di Horan presso l'AFIT. È stato raggiunto da Darren E. Holland e James E. Bevins, un assistente alla ricerca e un assistente professore in ingegneria nucleare presso l'AFIT (rispettivamente). I loro coautori includevano Megan Bruck Syal e Joseph Wasem di LLNL's Armi e integrazione complessa Direzione Principale.
Ulteriori letture: LLNL , Legge sull'astronautica