Исследователи разработали компьютерную модель сценария защиты Земли от крупного астероида посредством использования ядерного заряда. Согласно полученным расчётам, детонация взрывчатого вещества мощностью в 1 мегатонну вблизи астероида диаметром приблизительно 160 метров может привести к существенному разрушению его структуры и, при определенных обстоятельствах, даже к полному распаду космического тела.

Астероид с диаметром около 160 метров по размерам напоминает крупный спортивный стадион. Падение подобного объекта на Землю могло бы вызвать катастрофические последствия в региональном масштабе, что делает такие объекты объектами повышенного внимания для систем планетарной обороны.

В рамках исследования учёные проанализировали воздействие ядерного взрыва мощностью 1 мегатонну на поверхность смоделированного астероида. При этом предполагалось, что заряд не должен был произвести столкновение с объектом или проникнуть внутрь него; в одном из рассмотренных сценариев эпицентр взрыва находился всего в 10 метрах от поверхности.

Ключевым фактором воздействия оказалось не ударное воздействие. В условиях космического вакуума отсутствует среда для распространения обычной ударной волны, как это происходит в атмосфере. Вместо этого на поверхность астероида направлено интенсивное рентгеновское излучение, возникающее при ядерном взрыве.

Согласно оценкам специалистов, существенная доля энергии, высвобождаемой при подобном взрыве, может проявляться в виде рентгеновского излучения. Это излучение оперативно нагревает тонкий верхний слой астероида, что приводит к его испарению и выбросу вещества в окружающее пространство.

Выброшенный материал оказывает воздействие, аналогичное реактивной струе, передавая астероиду импульс и тем самым изменяя его скорость. В то же время, внезапное поступление энергии порождает внутри небесного тела значительные механические напряжения, достаточные для формирования трещин и разрушения внутренней структуры.

В качестве основы для моделирования исследователи приняли форму и пористую структуру астероида Бенну, который ранее был детально исследован в рамках миссии NASA OSIRIS-REx. Параметры прочности применяемого материала были определены на основе данных о реальных метеоритах, включая Челябинский метеорит, упавший в 2013 году, и метеорит Аба-Пану, найденный в Нигерии в 2018 году.

В рамках наиболее длительной симуляции ядерный заряд был спроецирован на расстояние в 10 метров от поверхности астероида. По истечении 145 миллисекунд после детонации было установлено, что 98,2% материала оказалось разрушенным, а приблизительно 97% вещества перемещается со скоростью, превышающей вторую космическую скорость для данного астероида, то есть с величиной, необходимой для преодоления собственной гравитации.

Результаты моделирования продемонстрировали выброс значительных объёмов вещества в разные стороны. Данный факт позволяет предположить начало процесса распада астероида на отдельные части.

Другой вывод оказался неожиданным: увеличение дистанции между зарядом и астероидом с 10 до 25 метров привело к более широкому распространению повреждений в ряде сценариев.

Несмотря на то, что с увеличением расстояния до поверхности достигалось меньшее количество энергии, рентгеновское излучение охватывало большую площадь астероида. Согласно модели, основанной на характеристиках Челябинского метеорита, через 68 миллисекунд после детонации 92,6% материала было полностью разрушено при взрыве на расстоянии 25 метров, в то время как при расстоянии 10 метров этот показатель составил 78,1% на том же этапе вычислений.

Это указывает на то, что для эффективного разрушения астероида не всегда требуется располагать ядерный заряд непосредственно у его поверхности. Наиболее подходящее расстояние может зависеть от конфигурации объекта, его габаритов, внутренней структуры и прочности материала.

Тем не менее, текущее исследование не даёт возможности предсказать дальнейшую судьбу астероида. Даже наиболее длительная симуляция охватила всего лишь 145 миллисекунд после взрыва, что потребовало 59 дней непрерывной работы 1680 процессорных ядер.

В связи с этим, на данный момент специалисты не могут определить, рассеются ли обломки полностью и утратят потенциальную угрозу, останутся ли крупные фрагменты, способные достичь Земли, или же часть разрушенного вещества со временем вновь объединится под воздействием собственной гравитации.

Следовательно, представленная работа не подтверждает, что ядерный взрыв является гарантированным способом нейтрализации угрозы. Она демонстрирует, что дистанционный ядерный взрыв может рассматриваться как один из потенциальных методов экстренного реагирования, особенно в ситуациях, когда опасный астероид обнаружен с опозданием и времени для постепенного изменения его траектории уже не осталось.

Исследование опубликовано в журнале The Planetary Science Journal.