W wiadomościach, które powinny uspokoić absolutnie nikogo, kto widział film katastroficzny, naukowcy potwierdzili, że eksplozja jądrowa rzeczywiście mogłaby odepchnąć nadlatującą asteroidę z jej kursu kolizyjnego z Ziemią – ale tylko jeśli wycelujemy w odpowiednią stronę tego, co – przypomnijmy – jest gigantyczną, nieregularną skałą toczącą się przez kosmos.

Nowe badania opublikowane w „Icarus” wykazały, że sukces takiej misji w dużym stopniu zależy od tego, która strona asteroidy otrzyma wybuch. W przeciwieństwie do gładkich, okrągłych obiektów uwielbianych przez symulacje komputerowe, prawdziwe asteroidy mają nierówne powierzchnie i nieregularne kształty, a te różnice dramatycznie wpływają na to, jak asteroida porusza się pod wpływem intensywnego promieniowania.

Badanie, kierowane przez Nathana Moore'a, fizyka z Sandia National Laboratories, symulowało zmianę kierunku rozbłysku rentgenowskiego na tę samą asteroidę i dało diametralnie różne wyniki. W jednej symulacji prędkość asteroidy zmieniła się o 3,9 milimetra na sekundę, gdy napromieniowano ją z jednego kierunku, w porównaniu z zaledwie 0,8 milimetra na sekundę z innego – prawie pięciokrotna różnica w prędkości odchylenia, czyli zmianie prędkości postępowej asteroidy wywołanej wybuchem. „Spodziewaliśmy się, że celowanie będzie miało znaczenie” – powiedział Moore. „Zaskoczyło nas, jak duże”.

Rotacja okazała się jeszcze bardziej kapryśna. Dla innej symulowanej asteroidy zmiana tempa obrotu różniła się aż 17-krotnie w zależności od kierunku promieni rentgenowskich. Więc nie tylko możemy nie zdołać odepchnąć tego czegoś, ale możemy wprawić je w taki obrót, że pozazdrościłby mu łyżwiarz figurowy.

Wyniki sugerują, że zrozumienie kształtu asteroidy i staranne wybranie miejsca, w które skierować wybuch jądrowy, może być kluczowe dla ochrony Ziemi przed przyszłym uderzeniem. Badania otrzymały finansowanie w ramach programu Laboratory Directed Research and Development w Sandia.

Aby zbadać, jak różne kształty asteroid reagują na wybuchy jądrowe, Moore i jego współpracownicy opracowali to, co opisują jako najdokładniejszy jak dotąd model odchylania asteroid. Wcześniejsze modele komputerowe zmuszały badaczy do wyboru między odwzorowaniem złożonego kształtu asteroidy a przeprowadzaniem bardzo szczegółowych obliczeń sił fizycznych – połączenie obu wymagało więcej mocy obliczeniowej, niż było to praktyczne. Nowy system pokonuje tę przeszkodę, pozwalając naukowcom badać realistyczne kształty asteroid przy zachowaniu precyzji potrzebnej do obliczenia ich reakcji na rozbłysk rentgenowski. „Nasz nowy algorytm jest ponad 1600 razy szybszy, co było kluczowe dla tego przełomu” – powiedział Moore. „W przypadku starych modeli komputery po prostu nie dawały rady”.

Zainteresowanie Moore'a zrodziło się z wcześniejszego eksperymentu z użyciem maszyny Z w Sandia, który dostarczył pierwszej demonstracji, że promienie rentgenowskie mogą odchylić mały fragment materiału asteroidy. Kolejnym wyzwaniem było przeskalowanie obliczeń do asteroidy pełnowymiarowej. Głównym problemem była powszechna praktyka traktowania asteroid jako sfer – uproszczenie, które pomija grzbiety, zagłębienia i nierówne powierzchnie. „W ten sposób można dokonywać szacunków, ale asteroidy występują we wszelkiego rodzaju dziwnych, guzlastych kształtach” – powiedział. „Wtedy przyczepiłem się do pracy, którą wykonywał jeden z moich kolegów, związanej z odgazowywaniem obiektów w kosmosie. Myślę, że mieliśmy moment olśnienia, kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że możemy to zrobić. Koniec ze sferami. Będziemy mogli modelować odchylanie dla dowolnej asteroidy”.

Rozwiązanie polegało na połączeniu dwóch zaawansowanych systemów symulacyjnych już używanych w Sandia do bardzo różnych problemów fizycznych. „Kod ALEGRA jest normalnie używany do modelowania szybkich, wysokoenergetycznych eksperymentów, takich jak magnetycznie implodujące druty na maszynie Z, podczas gdy SPARTA, kod Monte Carlo z bezpośrednią symulacją, jest zwykle używany do modelowania stosunkowo słabych, wolno ewoluujących sił, takich jak opór działający na satelitę od wiatru słonecznego” – wyjaśnił Moore. „Kluczową innowacją było tutaj wymyślenie, jak połączyć oba podejścia symulacyjne”.

Nowy model pozwala badaczom zrekonstruować asteroidę przy użyciu szczegółowych obrazów 3D z przelotów sond kosmicznych, a następnie symulować n