Учёные смоделировали сценарий, при котором для защиты Земли от крупного астероида используется ядерный заряд. Расчёты показали, что взрыв мощностью 1 мегатонна, произведённый рядом с астероидом диаметром около 160 метров, способен серьёзно разрушить его структуру и в некоторых условиях практически полностью раздробить космическое тело.
Астероид диаметром около 160 метров сопоставим по размерам с крупным спортивным стадионом. Столкновение такого объекта с Землёй могло бы привести к катастрофическим разрушениям на региональном уровне, поэтому подобные тела рассматриваются как потенциально опасные для планетарной обороны.
Учёные рассмотрели ядерный взрыв мощностью 1 мегатонна рядом с поверхностью модельного астероида. При этом заряд не должен был сталкиваться с объектом или проникать внутрь него. В одном из сценариев взрыв происходил всего в 10 метрах от поверхности.
Основным механизмом воздействия оказался не ударный фронт. В космическом вакууме нет среды, через которую могла бы распространяться обычная ударная волна, как в атмосфере. Вместо этого на поверхность астероида воздействует мощное рентгеновское излучение, выделяющееся при ядерном взрыве.
По оценке авторов, значительная часть энергии такого взрыва может выделяться в виде рентгеновского излучения. Оно быстро нагревает тонкий поверхностный слой астероида, вызывая испарение и выброс вещества в окружающее пространство.
Выброшенный материал действует подобно реактивной струе и передаёт астероиду импульс, изменяя его скорость. Одновременно резкое поступление энергии создаёт внутри космического тела мощные механические напряжения, способные вызвать образование трещин и разрушение его внутренней структуры.
Для моделирования исследователи использовали форму и пористую структуру астероида Бенну, который ранее подробно изучался миссией NASA OSIRIS-REx. При этом параметры прочности материала основывались на данных о реальных метеоритах, включая Челябинский метеорит, упавший в 2013 году, и метеорит Аба-Пану, обнаруженный в Нигерии в 2018 году.
В наиболее продолжительном расчёте ядерный заряд взрывался на расстоянии 10 метров от поверхности астероида. Через 145 миллисекунд после взрыва 98,2% материала оказалось разрушено, а около 97% вещества двигалось быстрее второй космической скорости для данного астероида, то есть быстрее скорости, необходимой для преодоления его собственной гравитации.
Моделирование также показало, что значительные массы вещества разлетались в противоположные стороны. Это может свидетельствовать о начале разрушения астероида на отдельные фрагменты.
Неожиданным оказался другой результат. Когда исследователи увеличили расстояние между зарядом и астероидом с 10 до 25 метров, повреждения в некоторых сценариях оказались более распространёнными.
Хотя с увеличением расстояния до поверхности доходило меньше энергии, рентгеновское излучение освещало большую площадь астероида. В результате через 68 миллисекунд после взрыва в модели, основанной на свойствах Челябинского метеорита, полностью повреждёнными оказались 92,6% материала при взрыве на расстоянии 25 метров против 78,1% при расстоянии 10 метров на том же этапе расчёта.
Это означает, что для разрушения астероида ядерный заряд не обязательно нужно подводить максимально близко к его поверхности. Оптимальное расстояние может зависеть от формы объекта, его размеров, внутренней структуры и прочности материала.
При этом исследование пока не позволяет сказать, что произойдёт с астероидом в дальнейшем. Даже самый продолжительный расчёт охватывал лишь 145 миллисекунд после взрыва. Для его выполнения потребовалось 59 дней работы 1680 компьютерных процессоров.
Поэтому учёные пока не знают, разлетелись бы обломки окончательно и перестали представлять опасность, сохранились бы крупные фрагменты, способные достичь Земли, или же часть разрушенного материала со временем снова собралась бы под действием собственной гравитации.
Таким образом, работа не доказывает, что ядерный взрыв гарантированно способен устранить угрозу. Она показывает, что дистанционный ядерный взрыв может стать одним из возможных вариантов экстренной защиты, особенно если опасный астероид обнаружен слишком поздно и времени для его постепенного отклонения уже недостаточно.
Исследование опубликовано в журнале The Planetary Science Journal.