В новостях, которые должны абсолютно никого не успокоить, кто смотрел фильмы-катастрофы, учёные подтвердили, что ядерный взрыв действительно может сбить приближающийся астероид с его земной траектории — но только если мы прицелимся в правильную сторону того, что, напомним, является гигантской неправильной каменюкой, кувыркающейся в космосе.

Новое исследование, опубликованное в Icarus, показало, что успех такой миссии сильно зависит от того, какая сторона астероида получит удар. В отличие от гладких, круглых объектов, любимых компьютерными симуляциями, реальные астероиды имеют неровные поверхности и неправильные формы, и эти различия резко влияют на то, как астероид движется под воздействием интенсивного излучения.

Исследование под руководством Натана Мура, физика из Национальных лабораторий Сандия, моделировало изменение направления рентгеновского импульса на одном и том же астероиде и дало совершенно разные результаты. В одной симуляции скорость астероида изменилась на 3,9 миллиметра в секунду при облучении с одного направления, по сравнению с всего 0,8 миллиметра в секунду с другого — почти пятикратная разница в скорости отклонения, изменении поступательной скорости астероида, вызванном взрывом. «Мы ожидали, что прицеливание будет иметь значение, — сказал Мур. — Что нас удивило, так это насколько».

Вращение оказалось ещё более капризным. Для другого смоделированного астероида изменение скорости вращения варьировалось в 17 раз в зависимости от направления рентгеновских лучей. Так что мы не только можем не отклонить объект, но и отправить его вращаться так, что фигуристка позавидует.

Результаты показывают, что понимание формы астероида и тщательный выбор места для направления ядерного взрыва могут быть необходимы для защиты Земли от будущего удара. Исследование получило финансирование через программу лабораторных целевых исследований и разработок Сандии.

Чтобы исследовать, как различные формы астероидов реагируют на ядерные взрывы, Мур и его коллеги разработали то, что они описывают как наиболее точную на сегодняшний день модель отклонения астероидов. Ранние компьютерные модели заставляли исследователей выбирать между представлением сложной формы астероида и выполнением высокодетализированных расчётов физических сил — сочетание обоих требовало больше вычислительной мощности, чем было практично. Новая система преодолевает это препятствие, позволяя учёным изучать реалистичные формы астероидов, сохраняя точность, необходимую для расчёта их реакции на рентгеновский импульс. «Наш новый алгоритм более чем в 1600 раз быстрее, что было критически важно для этого прорыва, — сказал Мур. — Со старыми моделями компьютеры просто не справлялись».

Интерес Мура вырос из более раннего эксперимента с использованием машины Z в Сандии, которая предоставила первую демонстрацию того, что рентгеновские лучи могут отклонить небольшой кусок астероидного материала. Следующей задачей было масштабирование расчёта до полноразмерного астероида. Основной проблемой была широко распространённая практика рассматривать астероиды как сферы — упрощение, которое игнорирует гребни, впадины и неровные поверхности. «Так можно делать оценки, но астероиды бывают всех видов странных, бугристых форм, — сказал он. — Тогда я зацепился за работу, которую делал один из моих коллег, связанную с дегазацией объектов в космосе. Думаю, у нас был момент озарения, когда мы поняли, что можем это сделать. Больше никаких сфер. Мы сможем моделировать отклонение для любого астероида».

Решение включало объединение двух сложных систем моделирования, уже используемых в Сандии для совершенно разных физических задач. «Код ALEGRA обычно используется для моделирования быстрых высокоэнергетических экспериментов, таких как магнитно-имплозивные провода на машине Z, в то время как SPARTA, код прямого моделирования Монте-Карло, обычно используется для моделирования сравнительно слабых, медленно развивающихся сил, таких как сопротивление спутника от солнечного ветра, — объяснил Мур. — Ключевой инновацией здесь было выяснить, как объединить два подхода к моделированию».

Новая модель позволяет исследователям реконструировать астероид с помощью детальных 3D-изображений с пролётов космических аппаратов, а затем моделировать ядерный взрыв и его последствия.