Mieliśmy błędne modele zagłady. Nuklearny strzał to jednak świetny pomysł
Opcja atomowa w walce z kosmicznym zagrożeniem to realny plan ratunkowy dla Ziemi. Naukowcy latami obawiali się jednak jednego: że eksplozja zamiast ocalić planetę, zamieni planetoidę w tysiące niekontrolowanych pocisków. Przełom nadszedł z tuneli CERN.
Scenariusze rodem z filmu Armageddon, w których ludzkość wysyła misję z ładunkiem nuklearnym, by zniszczyć nadlatującą planetoidę, zazwyczaj traktowane są z przymrużeniem oka. Jednak w gabinetach ekspertów od obrony planetarnej opcja nuklearna, czyli zmiana toru lotu obiektu za pomocą eksplozji jądrowej, jest rozważana jako realna strategia ostatniej szansy.
Dotychczasowy problem polegał na ryzyku: czy potężna eksplozja nie rozbije planetoidy na tysiące mniejszych kawałków, zamieniając kosmiczny pocisk w śrut, który i tak zdewastuje Ziemię?
Odpowiedź na to pytanie nadeszła z niespodziewanego kierunku, z laboratoriów CERN pod Genewą, gdzie badacze dosłownie bombardowali fragmenty meteorytów, by sprawdzić ich wytrzymałość. Najnowsze badania fizyków opublikowane na łamach prestiżowego Nature Communications, rzucają zupełnie nowe światło na to, jak uchronić ludzkość przed losem dinozaurów..
Eksperyment w sercu CERN
Miliony, a może i miliardy planetoid krąży wokół Słońca. Mniejsze fragmenty często ocierają się o ziemską atmosferę, rozświetlając niebo jako meteory. Raz na kilka stuleci w Ziemię uderza skała, której rozmiary wystarczające do spowodowania regionalnych zniszczeń - ostatnio w 2013 r. w Czelabińsku gdzie eksplozja zraniła tysiące osób, oraz katastrofa tunguska, która w 1908 r. zniszczyła tysiące kilometrów kwadratowych syberyjskiego lasu.
Uderzenia większych planetoid, które powodują globalne skutki są znacznie rzadsze, zwłaszcza w porównaniu z częstotliwością, z jaką pojawiają się w filmach. Jednak historie przedstawiane w filmach niosą ze sobą ziarno prawdy: w przypadku zbliżającego się zderzenia z Ziemią, odchylenie toru lotu planetoidy za pomocą bomby atomowej będzie jedyną opcją, a rozbicie planetoidy na mniejsze kawałki stanowiłoby poważne ryzyko.
Obrona planetarna stanowi wyzwanie naukowe. Świat musi być w stanie przeprowadzić misję odchylania toru lotu planetoid za pomocą pocisków jądrowych, ale nie może z wyprzedzeniem przeprowadzić testu w warunkach rzeczywistych. To stawia ogromne wymagania w zakresie danych materiałowych i fizycznych - mówi Karl-Georg Schlesinger, współzałożyciel OuSoCo, startupu opracowującego zaawansowane modele materiałowe wykorzystywane do testowania symulacji odchylania toru lotu planetoid za pomocą bomb jądrowych.
Aby zrozumieć naturę zagrożenia, naukowcy muszą wiedzieć, jak materiał planetoidy zachowuje się pod wpływem gwałtownego, intensywnego nagrzewania - warunków diametralnie różnych od powolnych testów niszczących przeprowadzanych w tradycyjnych laboratoriach. Międzynarodowy zespół badaczy postanowił skorzystać z najpotężniejszych narzędzi dostępnych na Ziemi. W ośrodku HiRadMat (High Radiation to Materials) należącym do CERN, próbka meteorytu żelaznego Campo del Cielo została poddana niszczycielskiej próbie.
Ten fragment kosmicznej materii, służący jako analog dla bogatych w metal asteroid, został napromieniowany niezwykle energetycznymi wiązkami protonów o energii 440 GeV. Kluczem do sukcesu nie była jednak sama siła uderzenia, ale sposób obserwacji.
Zamiast niszczyć próbkę i badać szczątki, naukowcy zastosowali laserową wibrometrię dopplerowską. Używając laserów do pomiaru mikroskopijnych drgań powierzchni, byli w stanie zarejestrować w czasie rzeczywistym, jak materiał reaguje na gwałtowny wzrost naprężeń. Było to badanie nieniszczące, pozwalające zmierzyć naprężenie, odkształcenie i deformację w momencie ich powstawania.
Podczas eksperymentów zespół monitorował każdy impuls za pomocą laserowej wibrometrii dopplerowskiej oraz czujników temperatury, rejestrując w czasie rzeczywistym, jak meteoryt miękł, wyginał się, a następnie nieoczekiwanie ponownie wzmacniał się bez pękania. Stanowi to pierwszy eksperymentalny dowód na to, że bogaty w metal materiał asteroidy może zachowywać się znacznie bardziej stabilnie pod wpływem ekstremalnego, nagłego obciążenia energią, niż przewidywano - czytamy w komunikacie.
Kosmiczny pancerz inteligentniejszy niż sądziliśmy
Wyniki eksperymentu zaskoczyły fizyków. Okazało się, że materiały, z których zbudowane są żelazne planetoidy, potrafią zaabsorbować znacznie więcej energii, niż sugerowały konwencjonalne modele, i to bez fragmentacji.
Co więcej, w trakcie tego procesu mogą stawać się jeszcze bardziej wytrzymałe. Badacze odkryli, że meteoryty te nie zachowują się jak jednolity blok metalu, lecz jak skomplikowane kompozyty. Ich wewnętrzna struktura redystrybuuje i wzmacnia naprężenia w nieoczekiwany sposób, działając jak naturalny system amortyzacji.
Najbardziej fascynującym odkryciem jest zjawisko tłumienia zależnego od prędkości odkształcenia. W uproszczeniu: im szybciej i mocniej materiał jest naprężany, tym lepiej rozprasza energię. To wyjaśnia długoletnią zagadkę w nauce o obronie planetarnej, czyli rozbieżności między laboratoryjnymi pomiarami wytrzymałości meteorytów a znacznie niższymi wartościami wywnioskowanymi z obserwacji rozpadu meteorów w ziemskiej atmosferze.
Nowe dane pokazują, że różnice te wynikają z faktu, iż naprężenia są wewnętrznie rozkładane w niejednorodnej mikrostrukturze kosmicznych skał.
Więcej na Spider's Web:
Nowa era metod obronnych
Konsekwencje tego odkrycia dla bezpieczeństwa Ziemi są fundamentalne. Skoro wiemy już, że żelazne asteroidy są w stanie przyjąć potężną dawkę energii bez ryzyka rozpadnięcia się na tysiące niebezpiecznych odłamków, otwiera to drzwi do zupełnie nowych metod odchylania ich toru lotu.
Wyniki sugerują, że możliwe jest dostarczenie energii głęboko do wnętrza asteroidy, co pozwoliłoby na jej efektywniejsze popchnięcie przy zachowaniu integralności obiektu. Zamiast ryzykować stworzenie chmury szrapneli, możemy myśleć o precyzyjnym przesuwaniu całych obiektów.
Współautor badania, profesor Gianluca Gregori z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Oksfordzie, podkreśla przełomowy charakter tych obserwacji. Zaznacza on, że do tej pory ludzkość polegała głównie na symulacjach i statycznych testach laboratoryjnych, aby zrozumieć zachowanie materiałów asteroid pod wpływem uderzenia lub promieniowania.
Eksperyment w CERN to pierwszy przypadek, w którym udało się zaobserwować, w sposób nieniszczący i w czasie rzeczywistym, jak prawdziwa próbka meteorytu deformuje się, wzmacnia i adaptuje w ekstremalnych warunkach.
