Сработает ли ядерный взрыв против астероида-убийцы городов?

Если к Земле приблизится астероид размером с футбольное поле, последствия могут оказаться катастрофическими. Даже относительно небольшой космический камень диаметром около 160 метров способен полностью уничтожить крупный город. Один из возможных способов защиты — ядерный заряд. Новое исследование показало, что такой вариант действительно может сработать, хотя и совсем не так, как принято представлять.

Почему ядерный взрыв — не простой удар

Долгое время идея «взорвать астероид» казалась прямолинейной: посадить боеголовку на поверхность или даже заглубить её внутрь и подорвать. На практике всё сложнее. Астероиды вращаются и кувыркаются, а посадить на них аппарат и удержать его на месте крайне трудно.

Группа учёных под руководством Исайи Сантистивана из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса решила проверить другой сценарий. Они смоделировали подрыв одномегатонного заряда не на поверхности, а в нескольких метрах от астероида диаметром 160 метров. В качестве основы взяли форму и пористую структуру реального астероида Бенну, на который в 2020 году садился аппарат NASA.

Главную работу делают рентгеновские лучи

В космосе почти нет среды, которая могла бы передать ударную волну. Поэтому основная сила ядерного взрыва здесь действует иначе. Около 70–80 % энергии ядерного заряда выходит в виде мощного потока рентгеновского излучения.

Эти лучи нагревают тонкий поверхностный слой астероида, вызывая его испарение и абляцию. Испарившееся вещество стремительно разлетается. Если его скорость превышает скорость убегания с астероида, материал улетает прочь и сообщает оставшемуся телу импульс — то есть меняет его скорость и траекторию.

Одновременно рентгеновский импульс порождает мощную ударную волну внутри самого камня. Она раскалывает и дробит породу изнутри. Именно этот эффект разрушения особенно интересовал исследователей: в некоторых случаях простого отклонения астероида может оказаться недостаточно, и потребуется именно его дезинтеграция.

Что показали симуляции

Учёные провели несколько детальных трёхмерных расчётов с разным расстоянием подрыва — 10 и 25 метров — и с разными моделями прочности материала, основанными на реальных метеоритах.

В одном из сценариев при взрыве в 10 метрах от поверхности через 145 миллисекунд после детонации полностью повреждёнными оказались 98,2 % материала астероида, а около 97 % вещества двигалось быстрее скорости убегания. Причём крупные части разлетались в противоположные стороны — астероид буквально расползался.

Неожиданный результат дал взрыв на расстоянии 25 метров. Хотя до астероида доходило меньше энергии, рентгеновские лучи освещали большую площадь поверхности. В итоге повреждения оказались более обширными, чем при более близком подрыве на том же этапе моделирования. Это говорит о том, что «чем ближе, тем лучше» — не всегда верное правило.

Ограничения исследования

Симуляции оказались чрезвычайно ресурсоёмкими. Самый длинный расчёт, охватывающий всего 145 миллисекунд процесса, занял 59 дней работы 1680 процессоров. Из-за этого учёные не смогли проследить дальнейшую судьбу обломков.

Возможны разные варианты: фрагменты разлетятся безопасно, часть из них останется достаточно крупной, чтобы представлять угрозу, или астероид под действием собственной гравитации снова соберётся воедино. Эти вопросы требуют дальнейших исследований.

Тем не менее работа стала важным шагом в оценке ядерного варианта планетарной защиты. Она показывает, что дистанционный подрыв с использованием рентгеновского излучения действительно способен серьёзно повредить или разрушить астероид размером с «убийцу городов».

Результаты опубликованы в журнале The Planetary Science Journal.

Вкратце

Американские учёные смоделировали подрыв одномегатонного ядерного заряда рядом с астероидом диаметром 160 метров. Главную роль играют не ударная волна, а рентгеновское излучение: оно испаряет поверхность и одновременно раскалывает камень изнутри. В ряде сценариев разрушение оказалось весьма вероятным, причём взрыв на большем расстоянии иногда давал более обширные повреждения. Долгосрочная судьба обломков пока неясна, но исследование подтверждает, что ядерный вариант защиты Земли от опасных астероидов может быть рабочим.