I nyheter som borde lugna absolut ingen som har sett en katastroffilm har forskare bekräftat att en kärnvapenexplosion mycket väl skulle kunna knuffa en inkommande asteroid ur sin jordbundna bana – men bara om vi siktar på rätt sida av vad som, låt oss komma ihåg det, är en gigantisk oregelbunden sten som tumlar genom rymden.

Ny forskning publicerad i Icarus visar att framgången för en sådan mission hänger starkt på vilken sida av asteroiden som träffas av explosionen. Till skillnad från de släta, runda objekt som datorsimuleringar älskar, har verkliga asteroider ojämna ytor och oregelbundna former, och dessa skillnader påverkar dramatiskt hur en asteroid rör sig när den utsätts för intensiv strålning.

Studien, ledd av Nathan Moore, fysiker vid Sandia National Laboratories, simulerade att ändra riktningen på en röntgenburst mot samma asteroid och gav vitt skilda resultat. I en simulering ändrades asteroidens hastighet med 3,9 millimeter per sekund när den bestrålades från en riktning, jämfört med endast 0,8 millimeter per sekund från en annan – en nästan femfaldig skillnad i avböjningshastighet, den förändring i asteroidens framåthastighet som orsakas av explosionen. "Vi förväntade oss att siktet skulle spela roll", säger Moore. "Det som förvånade oss var hur mycket."

Rotation visade sig vara ännu nyckfullare. För en annan simulerad asteroid varierade förändringen i rotationshastighet med en faktor 17 beroende på röntgenstrålarnas riktning. Så vi kanske inte bara misslyckas med att avböja saken, vi skulle kunna skicka den snurrande på ett sätt som skulle göra en konståkare avundsjuk.

Resultaten tyder på att förståelse för en asteroids form och noggrant val av var en kärnvapenexplosion ska riktas kan vara avgörande för att skydda jorden från en framtida kollision. Forskningen fick finansiering genom Sandias Laboratory Directed Research and Development-program.

För att undersöka hur olika asteroidformer reagerar på kärnvapenexplosioner utvecklade Moore och hans kollegor vad de beskriver som den hittills mest exakta modellen för asteroidavböjning. Tidigare datormodeller tvingade forskare att välja mellan att representera en asteroids komplexa form och att utföra mycket detaljerade beräkningar av de fysikaliska krafterna – att kombinera båda krävde mer datorkraft än vad som var praktiskt möjligt. Det nya systemet övervinner detta hinder och låter forskare studera realistiska asteroidformer samtidigt som de behåller den precision som krävs för att beräkna deras respons på en röntgenburst. "Vår nya algoritm är över 1 600 gånger snabbare, vilket var avgörande för detta genombrott", säger Moore. "Med de gamla modellerna klarade datorerna helt enkelt inte av det."

Moores intresse växte fram ur ett tidigare experiment med Sandias Z-maskin, som gav den första demonstrationen av att röntgenstrålar kunde avböja en liten bit asteroidmaterial. Nästa utmaning var att skala upp beräkningen till en asteroid i full skala. Ett stort problem var den utbredda praxisen att behandla asteroider som sfärer – en förenkling som bortser från åsar, fördjupningar och ojämna ytor. "Man kan göra uppskattningar på det sättet, men asteroider finns i alla möjliga udda, knaggliga former", säger han. "Det var då jag hakade på något arbete som en av mina kollegor gjorde relaterat till utgasning av objekt i rymden. Jag tror att vi fick ett aha-ögonblick när vi insåg att vi kunde göra detta. Inga fler sfärer. Vi skulle kunna modellera avböjning för vilken asteroid som helst."

Lösningen innebar att sammanföra två sofistikerade simuleringssystem som redan användes vid Sandia för mycket olika fysikaliska problem. "ALEGRA-koden används normalt för att modellera snabba högenergiexperiment, som magnetiskt imploderande trådar på Z-maskinen, medan SPARTA, en direkt simulerings-Monte Carlo-kod, vanligtvis används för att modellera jämförelsevis svaga, långsamt utvecklande krafter, som luftmotståndet på en satellit från solvinden", förklarar Moore. "Den viktigaste innovationen här var att lista ut hur man kombinerar de två simuleringsmetoderna."

Den nya modellen låter forskare rekonstruera en asteroid med hjälp av detaljerade 3D-bilder från rymdfarkosters förbiflygningar och sedan simulera en kärnvapenexplosion