p Uma grande equipe de pesquisadores russos da Rosatom, acompanhado por três físicos do MIPT, modelou o impacto de uma explosão nuclear em um asteróide que ameaça a Terra. Eles fabricaram asteróides em miniatura e os explodiram com um laser. A técnica de modelagem desenvolvida neste estudo é uma forma de avaliar experimentalmente os critérios de destruição de asteróides, como a energia de explosão necessária para eliminar um objeto perigoso em uma rota de colisão com a Terra. A tradução em inglês do artigo relatando os resultados aparecerá na próxima edição do Journal of Experimental and Theoretical Physics . p Asteróides são corpos celestes que consistem em carbono, silício, metal, e às vezes gelo. Os cientistas geralmente classificam objetos maiores que 1 metro como asteróides, embora este limite inferior seja contestado. Do outro lado da escala, asteróides chegam a ter 900 quilômetros de diâmetro. Viajando a 20 quilômetros por segundo, esses gigantes representam uma ameaça de obliterar toda a vida na Terra.

p Existem duas opções básicas quando se trata de proteger o planeta de uma colisão com um asteróide:Ele deve ser desviado ou explodido em pedaços, a maioria dos quais não atingirá a Terra totalmente ou se queimará na atmosfera. Os autores do artigo exploraram a segunda opção modelando os efeitos de uma poderosa onda de choque liberada por uma explosão nuclear na superfície do asteróide. A equipe de pesquisa mostrou que um breve pulso de laser apontado para uma réplica em miniatura de um asteróide produz efeitos destrutivos semelhantes aos de uma explosão nuclear em uma rocha espacial real. As distribuições de calor e pressão previstas para o evento real geralmente corresponderam às medidas no experimento em escala reduzida.

p Para precisão, os pesquisadores certificaram-se de que os asteróides de pequena escala apresentassem, incluindo densidade, rigidez e forma, imitou a coisa real, e controlou as pressões das ondas de choque. Assim, os pesquisadores tinham uma maneira de calcular diretamente a energia necessária para uma explosão nuclear no asteróide real a partir da energia de um pulso de laser destruindo a réplica em miniatura. Para eliminar um asteróide de 200 metros, por exemplo, a bomba precisa fornecer energia equivalente a 3 megatons de TNT. A equipe chegou a essa conclusão usando um pulso de laser de 500 joules para destruir um modelo de oito a 10 milímetros de diâmetro. Para efeito de comparação, o explosivo mais poderoso já detonado - Czar Bomba, ou "o rei das bombas, "construído pela União Soviética em 1961 - tinha uma produção de energia de cerca de 58,6 megatons, embora as contas variem.

p A equipe de pesquisa desenvolveu uma tecnologia para a fabricação de asteróides artificiais. Sua composição corresponde à dos meteoritos condritos (pedregosos), que representam cerca de 90 por cento dos restos de asteróides atingindo a superfície da Terra. As propriedades do asteróide modelo, incluindo sua composição química, densidade, porosidade e rigidez, foram ajustados durante a fabricação. As réplicas foram feitas usando os dados do meteorito condrito recuperado do fundo do Lago Chebarkul. É o maior fragmento do asteróide que entrou na atmosfera da Terra em fevereiro de 2013, explodindo sobre o Oblast de Chelyabinsk, Rússia. O material do asteróide foi fabricado usando uma combinação de sedimentação, compressão, e aquecimento, imitando o processo de formação natural. Fora das amostras em forma de cilindro, imitações de asteróides de várias formas foram feitas, entre eles esféricos, elipsoidal, e cúbicos.

p Para confirmar que sua modelagem a laser se encaixa na realidade, os pesquisadores também fizeram cálculos de fluxo compressível. Eles mostraram que um asteróide de laboratório de 14 a 15 ordens de magnitude menos massivo do que seu protótipo espacial requer quase o dobro de energia por unidade de massa para ser completamente interrompido.

p Os experimentos utilizaram três dispositivos a laser:Iskra-5, Luch, e Saturno. O feixe de laser foi primeiro amplificado para uma potência predeterminada e então direcionado para a réplica do asteróide fixada em uma câmara de vácuo. A destruição do modelo foi monitorada tanto por trás quanto pelas laterais, e dinâmicas de fragmentação foram registradas. O laser afetou o modelo de asteroides por 0,5-30 nanossegundos.

p Para estimar os critérios de destruição de asteróides, os pesquisadores analisaram os dados disponíveis do meteorito de Chelyabinsk. Ele entrou na atmosfera da Terra como um asteróide de 20 metros e se quebrou em pequenos fragmentos que não causaram danos catastróficos. Portanto, faz sentido dizer que um asteróide de 200 metros seria eliminado se fosse fraturado em pedaços de diâmetro 10 vezes menor e massa 1, 000 vezes menor do que a própria rocha que ameaça a Terra. Por razões óbvias, esta conclusão vale apenas para um asteróide de 200 metros entrando na atmosfera em um ângulo semelhante e para fragmentos viajando ao longo de trajetórias semelhantes à do meteoro de Chelyabinsk.

p Os pesquisadores também estavam interessados ​​em saber se o efeito da explosão é cumulativo, ou seja, pode uma explosão poderosa ser substituída por uma sucessão de outras menores? Eles descobriram que vários pulsos de laser mais fracos não fornecem nenhuma vantagem significativa sobre um único pulso combinando sua potência em termos do critério de destruição geral. Isso é válido tanto para pulsos simultâneos quanto consecutivos.

p Em alguns dos experimentos, o laser foi direcionado a uma cavidade feita nos asteróides em miniatura com antecedência. Ao explorar a cavidade, os pesquisadores gastaram menos energia, ou seja, 500 em vez de 650 joules por grama. De forma similar, espera-se que o efeito de uma bomba nuclear enterrada seja mais pronunciado.

p Cálculos que levam em conta os efeitos de escala indicam que é necessária uma bomba de três megatoneladas para eliminar um asteróide não metálico que ameaça a Terra, medindo 200 metros de diâmetro. A equipe de pesquisa agora planeja expandir o estudo experimentando réplicas de asteróides de composição diferente, incluindo aqueles que contêm ferro, níquel, e gelo. Eles também pretendem identificar mais precisamente como a forma do asteróide e a presença de cavidades em sua superfície afetam o critério geral de destruição.

p "Ao acumular coeficientes e dependências para asteróides de diferentes tipos, habilitamos a modelagem rápida da explosão para que os critérios de destruição possam ser calculados prontamente. No momento, não há ameaças de asteróides, portanto, nossa equipe tem tempo para aperfeiçoar esta técnica para uso posterior na prevenção de um desastre planetário, "diz o co-autor do estudo Vladimir Yufa, professor associado dos departamentos de Física Aplicada e Sistemas Laser e Materiais Estruturados, MIPT. "Também estamos estudando a possibilidade de desviar um asteróide sem destruí-lo e esperamos um envolvimento internacional."