Астероиды сложнее уничтожить, чем считается

Таков вывод исследования университета Джона Хопкинса, в котором используется новый способ разрушения горных пород и новый метод компьютерного моделирования для имитации столкновений астероидов. Результаты могут помочь в создании стратегий воздействия и отклонения астероидов, улучшить понимание формирования Солнечной системы и помочь в разработке способов поимки астероидов.

«Раньше мы полагали, что чем больше объект, тем легче его сломать, потому что более крупные объекты с большей вероятностью имеют слабые места. Но наши результаты показывают, что астероиды прочнее, чем мы привыкли думать, и необходимо больше энергии для полного разрушения астероида», - рассказывает Чарльз Эль Мир, недавний выпускник аспирантуры факультета машиностроения Университета Джона Хопкинса.

Исследователи воспринимают физические объекты, например, камни, в лабораторных масштабах, то есть размером с кулак, поэтому трудно сменить восприятие на объекты размером с город, более похожих на астероиды. В начале 2000-х годов другая исследовательская группа создала компьютерную модель, в которую вводили различные показатели (масса, температура, хрупкость материала и т.п.), и смоделировала астероид диаметром около километра, попадающий прямо в лоб астероида, диаметром 25 километров, со скоростью удара 5 км/сек. Их результаты показали, что в результате удара астероид-цель будет полностью разрушен.

В новом исследовании Эль Мир и его коллеги К.Т. Рамеш, директор Института экстремальных материалов Хопкинса, и Дерек Ричардсон, профессор астрономии в университете Мэриленда, ввели тот же сценарий в новую компьютерную модель Тонге-Рамеша, которая учитывает более подробные мелкомасштабные процессы, которые происходят во время столкновения астероидов. Предыдущие модели не учитывали должным образом ограниченную скорость трещин в астероидах.

«Вопрос заключается в том, сколько энергии нужно, чтобы на самом деле уничтожить астероид и разбить его на куски?», говорит Эль Мир.

Моделирование было разделено на две фазы: кратковременная фаза фрагментации и долговременная фаза гравитационной реаккумуляции. На первом этапе рассматривались процессы, которые начинаются сразу после удара астероида, процессы, которые происходят за доли секунды. Вторая фаза, рассчитанная на длительный период времени, учитывает влияние силы тяжести на части, которые разлетаются с поверхности астероида после удара, а гравитационная рекумуляция происходит в течение многих часов после удара.

На первом этапе, когда астероид ударил, на нем образовались миллионы трещин, части астероида потекли, как песок, и образовался кратер. На этом этапе модели изучались отдельные трещины и прогнозировались общие закономерности распространения этих трещин. Новая модель показала, что весь астероид не был разломан ударом, в отличие от мнения ранее. Вместо этого, на астероиде, попавшим под воздействие, было большое повреждено ядро, которое затем оказывало сильное гравитационное воздействие на фрагменты во второй фазе моделирования.

Исследовательская группа обнаружила, что конечный результат удара - это не просто кучка щебня, куча слабых фрагментов, слабо скрепленных действием силы тяжести. Вместо этого подвергшийся воздействию астероид сохранил значительную прочность, поскольку не раскололся полностью, что указывает на необходимость большего количества энергии для уничтожения астероидов.

«Это может походить на научную фантастику, но большая часть исследований рассматривает столкновения с астероидами. Например, если к Земле приближается астероид, нам лучше его разбить на мелкие кусочки или подтолкнуть в другом направлении? Во-вторых, насколько сильно нужно ударить, чтобы подвинуть его, не сломав? Это реальные рассматриваемые вопросы», - добавляет Эль Мир.

«На Землю довольно часто воздействуют мелкие астероиды, такие как в Челябинске несколько лет назад», - говорит Рамеш. «Это лишь вопрос времени, когда эти вопросы перейдут от академического интереса к определению нашего ответа на серьезную угрозу. Нужно иметь четкое представление о том, что делать, когда наступит время, и подобные научные усилия имеют решающее значение для помощи в принятии этих решений».