Mokslininkai šokiruoti: nauji skaičiavimai rodo, kad branduoliniai sprogimai gali išgelbėti Žemę

Mokslininkai neseniai nustatė, kad kosminiai akmenys gali atlaikyti kur kas didesnes apkrovas, nei manyta anksčiau, remiantis laboratoriniais bandymais ir stebėjimais. Paradoksalu, tačiau paaiškėjo, jog asteroidai, veikiami itin stipraus smūgio, ne silpnėja, o tampa stipresni.

Iš pirmo žvilgsnio tai skamba kaip bloga žinia, tačiau toks atradimas gali padėti geriau kurti planetos gynybos strategijas. Jis leidžia manyti, kad branduolinio sprogimo paveiktas asteroidas išliks vientisas, o ne subyrės į daugybę fragmentų, kurie kaip mirtinas lietus kristų visoje planetoje.

Kaip išsamiai aprašyta neseniai paskelbtame moksliniame darbe, tyrėjų komanda, kurioje dalyvavo fizikai iš Oksfordo universiteto, kartu su branduolinės asteroidų nukreipimo technologijos startuoliu „Outer Solar System Company“ (OuSoCo), analizavo, kas vyksta su geležiniu kosminiu kūnu, veikiamu skirtingo stiprumo apkrovų.

„Šiomis analizėmis siekiama ištirti meteorito vidinės struktūros pokyčius, kuriuos sukelia apšvitinimas, ir mikroskopiniu lygiu patvirtinti, kad medžiagos stipris padidėja 2,5 karto, kaip rodo eksperimentiniai rezultatai“, – aiškina OuSoCo įkūrėja ir tyrimų komandos vadovė Melanie Bochmann.

Eksperimentinė sąranka pavaizduota a dalyje, b dalyje matyti Campo del Cielo geležinio meteorito paviršius, o c dalyje – iš meteorito išpjautas cilindrinis mėginys. (Bochmann ir kt., Nat. Commun., 2025)

Viena iš perspektyvių strategijų išvengti asteroidų sukeltos katastrofos yra jų nukreipimas kinetiniu smogtuvu, kaip tai buvo pademonstruota 2022 m. per DART misiją. Tokiu atveju į artėjantį asteroidą milžinišku greičiu paleidžiamas žmogaus sukurtas „kosminis taranas“, kuris, atsitrenkęs, pakeičia asteroido trajektoriją.

Iš principo tai atrodo paprasta, tačiau praktiškai šis būdas kupinas neaiškumų ir rizikos. Smūgis ne toje vietoje gali tik nežymiai atidėti asteroido susidūrimą su Žeme, bet jo visiškai nepašalinti. Be to, susidūrimo metu išlaisvinama energija ir asteroido medžiagos atsakas gali sukelti netikėtų pasekmių: nuo suskaldymo iki netikėtų, sunkiai prognozuojamų trajektorijos pokyčių.

Norint pasirinkti tarp DART tipo smogtuvo ir dar nepraktiškai išbandyto branduolinio varianto, planetos gynybos specialistams būtina kuo tiksliau žinoti, kaip skirtingų sudėčių asteroidų medžiagos elgiasi esant milžiniškiems krūviams. Tik turint šiuos duomenis galima efektyviai perduoti energiją asteroidui ir patikimai pakeisti jo skrydžio kryptį.

Tačiau tokių duomenų stinga, ypač realaus laiko informacijos apie tai, kaip medžiagos deformuojasi ir reaguoja smūgio metu. Skirtingi modeliai pateikia gerokai besiskiriančias ribinio stiprio reikšmes – tai yra, kaip lengvai kūnas lūžta veikiamas apkrovos.

Šie modeliai gali skirtis net iki septynių kartų, priklausomai nuo to, ar tiriama lokali (mikroskopinė), ar stambiaplotė (makroskopinė) medžiagos elgsena. Be to, ankstesni destruktyvūs bandymai neleisdavo tiesiogiai matuoti medžiagos atsako tuo metu, kai ji faktiškai deformuojasi ir lūžta.

„Pirmą kartą mums pavyko nedestruktyviai ir realiu laiku stebėti, kaip tikras meteorito mėginys deformuojasi, stiprėja ir prisitaiko prie ekstremalių sąlygų“, – teigia Oksfordo universiteto fizikas ir vienas tyrimo bendraautorių Gianluca Gregori.

Norėdami išsaugoti medžiagą ir kartu stebėti jos elgseną, mokslininkai pasitelkė unikalią metodiką. CERN HiRadMat (High Radiation to Materials) laboratorijoje jie naudojo Super Proton Synchrotron dalelių greitintuvą, kuriuo į Campo del Cielo geležinio meteorito mėginį buvo nukreipiami didelės energijos, labai trumpos trukmės protonų pluošto impulsai, tiek mažesnio, tiek didesnio intensyvumo.

Temperatūros jutikliai ir paviršiaus virpesių analizės technika (lazerinė Doplerio vibrometrija) atskleidė, kad meteorito mėginys iš pradžių suminkštėja, tuomet paslankiai deformuojasi, o galiausiai netikėtai vėl sustiprėja. Taip pat paaiškėjo, kad jis pasižymi deformacijos greičio priklausomu slopinimu – kuo smūgis stipresnis, tuo efektyviau medžiaga išsklaido energiją.

Šis tyrimo metodas suteikė neįkainojamų duomenų, padedančių paaiškinti, kodėl laboratoriniuose eksperimentuose nustatytas ribinis stipris taip smarkiai skiriasi nuo realių meteorų irimo atmosferoje stebėjimų. Paaiškėjo, kad šiuos skirtumus lemia tokie veiksniai kaip vidinių įtempių persiskirstymas kūno viduje.

Tyrimas taip pat parodė, kad mechaninės savybės kinta realiu laiku ir negali būti laikomos pastoviomis, kaip dažnai daroma esamuose asteroidų nukreipimo modeliuose. Tolimesni darbai bus skirti kitų sudėčių asteroidų medžiagoms tirti.

Šiame etape mokslininkai pasirinko geležies gausų mėginį dėl jo gana tolygios, vientisos struktūros. Tačiau labiau mišrios, nevienalytės sudėties kosminiai kūnai gali kitaip sklaidyti apkrovas, priklausomai nuo to, kaip jų viduje išsidėsčiusios įvairios medžiagos.

Galutinis tokio pobūdžio tyrimų tikslas – kad jų prireiktų tik teoriniu lygmeniu, niekada realiai neatsiduriant situacijoje, kai Žemei iš tiesų gresia neišvengiamas smūgis.

„Pasaulis turi būti pajėgus įgyvendinti branduolinio asteroidų nukreipimo misiją su itin dideliu patikimumu, tačiau negali iš anksto atlikti realaus masto bandymo. Tai kelia išskirtinius reikalavimus medžiagų ir fizikos duomenų tikslumui“, – pabrėžia OuSoCo bendraįkūrėjas ir tyrimų komandos vadovas Karl-Georg Schlesinger.

Jei branduolinės priemonės kada nors vis dėlto prireiktų, tikėtina, kad realybėje tai mažai primintų Holivudo scenarijus – niekas negręžtų gilių šachtų į asteroidą. Vietoje to fizikai siūlo vadinamąjį „atstumo“ (standoff) sprogimą šalia asteroido: branduolinis užtaisas būtų susprogdinamas netoli kosminio kūno, išgarinant dalį jo paviršiaus. Taip susidaręs itin stiprus reakcijos traukos poveikis galėtų nežymiai, bet laiku pakeisti asteroido orbitą ir nukreipti jį nuo Žemės.