Un gran equipo de investigadores rusos de Rosatom, acompañado por tres físicos del MIPT, ha modelado el impacto de una explosión nuclear en un asteroide que amenaza la Tierra. Fabricaron asteroides en miniatura y los destruyeron con un láser. La técnica de modelado desarrollada en este estudio es una forma de evaluar experimentalmente los criterios de destrucción de asteroides, como la energía de explosión necesaria para eliminar un objeto peligroso en un curso de colisión con la Tierra. La traducción al inglés del documento que informa los resultados aparecerá en el próximo número de la Revista de Física Experimental y Teórica .

Los asteroides son cuerpos celestes que consisten en carbono, silicio, metal, ya veces hielo. Los científicos suelen clasificar los objetos de más de 1 metro como asteroides, aunque se disputa este límite inferior. En el otro extremo de la escala, los asteroides alcanzan los 900 kilómetros de diámetro. Viajando a 20 kilómetros por segundo, tales gigantes representan una amenaza de aniquilar toda la vida en la Tierra.

Hay dos opciones básicas cuando se trata de proteger al planeta de una colisión con un asteroide:tiene que ser desviado o hecho pedazos, la mayoría de los cuales pasarán por alto la Tierra por completo o se quemarán en la atmósfera. Los autores del artículo exploraron la segunda opción modelando los efectos de una poderosa onda de choque liberada por una explosión nuclear en la superficie del asteroide. El equipo de investigación demostró que un breve pulso de láser dirigido a una réplica en miniatura de un asteroide produce efectos destructivos similares a los de una explosión nuclear en una roca espacial real. Las distribuciones de calor y presión predichas para el evento real generalmente coincidieron con las medidas en el experimento reducido.

Para precisión, los investigadores se aseguraron de que las características de los asteroides a pequeña escala, incluida la densidad, rigidez y forma, imitó lo real, y controló las presiones de la onda de choque. Por lo tanto, los investigadores tenían una forma de calcular directamente la energía requerida de una explosión nuclear en el asteroide real a partir de la energía de un pulso láser que destruía la réplica en miniatura. Para eliminar un asteroide de 200 metros, por ejemplo, la bomba debe entregar la energía equivalente a 3 megatones de TNT. El equipo llegó a esta conclusión utilizando un pulso láser de 500 julios para destruir un modelo de ocho a 10 milímetros de diámetro. En aras de la comparación, el explosivo más poderoso jamás detonado:Tsar Bomba, o "el rey de las bombas, "construido por la Unión Soviética en 1961, tenía una producción de energía de aproximadamente 58,6 megatones, aunque las cuentas varían.

El equipo de investigación ideó una tecnología para fabricar material de asteroides artificiales. Su composición corresponde a la de los meteoritos de condrita (pedregosos), que representan alrededor del 90 por ciento de los restos de asteroides que llegan a la superficie de la Tierra. Las propiedades del asteroide modelo, incluida su composición química, densidad, porosidad y rigidez, se ajustaron durante la fabricación. Las réplicas se realizaron utilizando los datos del meteorito condrita recuperado del fondo del lago Chebarkul. Es el fragmento más grande del asteroide que entró en la atmósfera de la Tierra en febrero de 2013. explotando sobre el Óblast de Chelyabinsk, Rusia. El material del asteroide se fabricó mediante una combinación de sedimentación, compresión, y calefacción, imitando el proceso de formación natural. De muestras en forma de cilindro, se hicieron asteroides de imitación de varias formas, entre ellos esféricos, elipsoidal y cúbicos.

Para confirmar que su modelado láser encaja con la realidad, los investigadores también hicieron cálculos de flujo compresible. Demostraron que un asteroide de laboratorio de 14 a 15 órdenes de magnitud menos masivo que su prototipo espacial requiere casi el doble de energía por unidad de masa para romperse por completo.

Los experimentos hicieron uso de tres dispositivos láser:Iskra-5, Luch, y Saturno. El rayo láser se amplificó primero a una potencia predeterminada y luego se dirigió a la réplica del asteroide fijada en una cámara de vacío. La destrucción del modelo fue monitoreada tanto desde atrás como desde el costado, y se registraron dinámicas de fragmentación. El láser afectó a los asteroides modelo durante 0,5-30 nanosegundos.

Para estimar los criterios de destrucción de asteroides, los investigadores analizaron los datos disponibles del meteorito Chelyabinsk. Entró en la atmósfera de la Tierra como un asteroide de 20 metros y se fracturó en pequeños fragmentos que no causaron daños catastróficos. Por lo tanto, tiene sentido decir que un asteroide de 200 metros sería eliminado si se fracturara en pedazos de un diámetro 10 veces más pequeño y una masa de 1, 000 veces más pequeño que la propia roca que amenaza la Tierra. Por obvias razones, esta conclusión solo es válida para un asteroide de 200 metros que ingresa a la atmósfera en un ángulo similar y para fragmentos que viajan a lo largo de trayectorias similares a las del meteoro de Chelyabinsk.

Los investigadores también estaban interesados ​​en si el efecto de explosión es acumulativo, es decir, ¿Se puede reemplazar una explosión poderosa por una sucesión de otras más pequeñas? Descubrieron que múltiples pulsos de láser más débiles no proporcionan una ventaja significativa sobre un solo pulso que combina su poder en términos del criterio de destrucción general. Esto es válido tanto para pulsos simultáneos como consecutivos.

En algunos de los experimentos, el láser apuntaba a una cavidad hecha en los asteroides en miniatura antes de tiempo. Explotando la cavidad, los investigadores gastaron menos energía, es decir, 500 en lugar de 650 julios por gramo. Similar, Se espera que el efecto de una bomba nuclear enterrada sea más pronunciado.

Los cálculos que tienen en cuenta los efectos de escala indican que se necesita una bomba de tres megatones para eliminar un asteroide no metálico que amenaza la Tierra y que mide 200 metros de diámetro. El equipo de investigación ahora planea expandir el estudio experimentando con réplicas de asteroides de diferente composición, incluidos los que contienen hierro, níquel, y hielo. También pretenden identificar con mayor precisión cómo la forma del asteroide y la presencia de cavidades en su superficie afectan el criterio de destrucción general.

"Al acumular coeficientes y dependencias para asteroides de diferentes tipos, permitimos el modelado rápido de la explosión para que los criterios de destrucción se puedan calcular rápidamente. En este momento, no hay amenazas de asteroides, para que nuestro equipo tenga tiempo de perfeccionar esta técnica para usarla más adelante en la prevención de un desastre planetario, "dice el coautor del estudio Vladimir Yufa, profesor asociado en los departamentos de Física Aplicada y Sistemas Láser y Materiales Estructurados, MIPT. "También estamos estudiando la posibilidad de desviar un asteroide sin destruirlo y esperamos un compromiso internacional".