In einer Nachricht, die absolut niemanden beruhigen dürfte, der je einen Katastrophenfilm gesehen hat, haben Wissenschaftler bestätigt, dass eine Nuklearexplosion einen anfliegenden Asteroiden tatsächlich von seinem erdgebundenen Kurs abbringen könnte – aber nur, wenn wir auf die richtige Seite eines Gebildes zielen, das, erinnern wir uns, ein riesiger unregelmäßiger Felsbrocken ist, der durchs All taumelt.

Neue Forschung, veröffentlicht in Icarus, ergab, dass der Erfolg einer solchen Mission stark davon abhängt, welche Seite des Asteroiden die Explosion abbekommt. Anders als die glatten, runden Objekte, die Computersimulationen so lieben, haben echte Asteroiden unebene Oberflächen und unregelmäßige Formen, und diese Unterschiede beeinflussen dramatisch, wie sich ein Asteroid bewegt, wenn er intensiver Strahlung ausgesetzt wird.

Die Studie unter der Leitung von Nathan Moore, einem Physiker an den Sandia National Laboratories, simulierte die Richtungsänderung eines Röntgenblitzes gegen denselben Asteroiden und erzielte enorm unterschiedliche Ergebnisse. In einer Simulation änderte sich die Geschwindigkeit des Asteroiden um 3,9 Millimeter pro Sekunde, wenn er aus einer Richtung bestrahlt wurde, verglichen mit nur 0,8 Millimetern pro Sekunde aus einer anderen – ein fast fünffacher Unterschied in der Ablenkungsgeschwindigkeit, also der Änderung der Vorwärtsgeschwindigkeit des Asteroiden durch den Blitz. „Wir hatten erwartet, dass die Zielrichtung eine Rolle spielt“, sagte Moore. „Was uns überraschte, war, wie sehr.“

Die Rotation erwies sich als noch launischer. Bei einem anderen simulierten Asteroiden variierte die Änderung der Rotationsrate um den Faktor 17, je nach Richtung der Röntgenstrahlen. Wir könnten also nicht nur scheitern, das Ding abzulenken, sondern es auch so in Drehung versetzen, dass jeder Eiskunstläufer neidisch würde.

Die Ergebnisse legen nahe, dass das Verständnis der Form eines Asteroiden und die sorgfältige Auswahl, wohin eine Nuklearexplosion gelenkt wird, entscheidend sein könnten, um die Erde vor einem zukünftigen Einschlag zu schützen. Die Forschung wurde über das Laboratory Directed Research and Development-Programm von Sandia finanziert.

Um zu untersuchen, wie verschiedene Asteroidenformen auf Nuklearexplosionen reagieren, entwickelten Moore und seine Kollegen das, was sie als das bisher genaueste Asteroiden-Ablenkungsmodell bezeichnen. Frühere Computermodelle zwangen Forscher, sich zwischen der Darstellung der komplexen Form eines Asteroiden und der Durchführung hochdetaillierter Berechnungen der beteiligten physikalischen Kräfte zu entscheiden – beides zu kombinieren erforderte mehr Rechenleistung, als praktikabel war. Das neue System überwindet dieses Hindernis und ermöglicht es Wissenschaftlern, realistische Asteroidenformen zu untersuchen und gleichzeitig die Präzision beizubehalten, die zur Berechnung ihrer Reaktion auf einen Röntgenblitz erforderlich ist. „Unser neuer Algorithmus ist über 1.600-mal schneller, was für diesen Durchbruch entscheidend war“, sagte Moore. „Mit den alten Modellen kamen die Computer einfach nicht zurecht.“

Moores Interesse erwuchs aus einem früheren Experiment mit der Z-Maschine von Sandia, das den ersten Nachweis erbrachte, dass Röntgenstrahlen ein kleines Stück Asteroidenmaterial ablenken könnten. Die nächste Herausforderung bestand darin, die Berechnung auf einen Asteroiden in voller Größe hochzurechnen. Ein großes Problem war die weitverbreitete Praxis, Asteroiden als Kugeln zu behandeln – eine Vereinfachung, die Grate, Vertiefungen und unebene Oberflächen ignoriert. „So kann man Schätzungen machen, aber Asteroiden gibt es in allen möglichen seltsamen, klumpigen Formen“, sagte er. „Da bin ich auf die Arbeit eines Kollegen zur Ausgasung von Objekten im Weltraum gestoßen. Ich glaube, wir hatten einen Aha-Moment, als uns klar wurde, dass wir das schaffen können. Keine Kugeln mehr. Wir würden in der Lage sein, die Ablenkung für jeden Asteroiden zu modellieren.“

Die Lösung bestand darin, zwei hochentwickelte Simulationssysteme zusammenzubringen, die bei Sandia bereits für sehr unterschiedliche physikalische Probleme verwendet werden. „Der ALEGRA-Code wird normalerweise verwendet, um schnelle Hochenergie-Experimente zu modellieren, wie magnetisch implodierende Drähte auf der Z-Maschine, während SPARTA, ein Direct Simulation Monte Carlo-Code, üblicherweise verwendet wird, um vergleichsweise schwache, sich langsam entwickelnde Kräfte zu modellieren, wie den Widerstand auf einen Satelliten durch den Sonnenwind“, erklärte Moore. „Die entscheidende Innovation hier war, herauszufinden, wie man die beiden Simulationsansätze kombiniert.“

Das neue Modell ermöglicht es Forschern, einen Asteroiden anhand detaillierter 3D-Bilder von Raumsonden-Vorbeiflügen zu rekonstruieren und dann eine n