Det har blivit något av en actionfilmskliché: en asteroid slungar mot jorden, dess inverkan kommer att orsaka en massutrotning, och mänsklighetens enda hopp är en trasig grupp av astronauter och genomsnittliga Joes som kommer att flyga till asteroiden och spränga den i bitar använder kärnvapen. Idén har utforskats så många gånger av Hollywood att det verkar som att detta faktiskt är något som rymdorganisationer har planerat.
Och i sanning är de det, även om utförandet kan vara lite mer sofistikerat. I decennier har rymdorganisationer övervägt olika metoder för att förstöra asteroider som hotar jorden. Men enligt a ny studie ledd av forskare från John Hopkins University kan inkommande asteroider vara svårare att bryta isär än vi trodde.
Studien, som nyligen dök upp online och väntar på publicering i 15 mars numret av Ikaros ,leddes av Charles El Mir – en nyutexaminerad doktor från JHU Department of Mechanical Engineering. Han fick sällskap av K.T. Ramesh (direktören för Hopkins Extreme Materials Institute ) och Derek Richardson, professor i astronomi vid University of Maryland.
En bild-för-bildruta som visar hur gravitationen får asteroidfragment att återackumuleras under timmarna efter nedslaget. Kredit: Charles El Mir/Johns Hopkins University
För sin studies skull förlitade sig teamet på en ny förståelse av hur stenar spricker i kombination med en ny metod för datormodellering för att simulera asteroidkollisioner. Som El Mir beskrev i en nyligen genomförd JHU pressmeddelande , vad de hittade var ganska överraskande:
'Vi brukade tro att ju större föremål desto lättare skulle det gå sönder, eftersom större föremål är mer benägna att ha brister. Våra fynd visar dock att asteroider är starkare än vi brukade tro och kräver mer energi för att bli helt krossade.'
Ett av problemen med att veta hur en asteroid skulle reagera på alla försök att spränga den har att göra med skalan. Medan forskare förstår hur stenar beter sig på mindre skalor (som handstora stenar eller stenblock), erbjuder objekt i stadsstorlek som en Near-Earth Asteroid (NEA) en helt annan uppsättning utmaningar.
I början av 2000-talet hade ett annat team av forskare skapat en datormodell för att avgöra vilken typ av nedslag som var nödvändiga för att förstöra en asteroid. Baserat på faktorer som massa, temperatur och sammansättning, bestämde de att en asteroid som var 1 km (0,62 mi) i diameter skulle behöva träffa en asteroid 25 km (15,5 mi) i diameter med en hastighet på inte mindre än 500 km/ s (310 mps) för att förstöra den.
För sin studie gick El Mir och hans kollegor in i samma scenario i en ny datormodell som heter Tonge-Ramesh-modellen, delvis uppkallad efter medförfattaren K.T. Ramesh som hjälpte till att skapa den. Denna modell kan redogöra för mer detaljerade processer i mindre skala som inträffar under en asteroidkollision – såsom den begränsade hastigheten för sprickor i asteroiderna
Simuleringen de sedan körde skedde i två faser – en kortvarig fragmenteringsfas som täcker de första sekunderna efter nedslaget följt av en långvarig återabsorptionsfas där gravitationskrafter drar ihop fragmenten igen under loppet av timmar. Vad de fann var att det första nedslaget bildade en krater och orsakade att miljontals sprickor bildades och fortplantade sig genom asteroiden.
Men i motsats till vad man tidigare trott, resulterade inte nedslaget i förstörelsen av asteroiden. Istället nådde de utbredda sprickorna hela vägen till kärnan, som sedan utövade en stark gravitationskraft på fragmenten under den andra fasen av simuleringen. Till slut lyckades asteroiden behålla sin integritet och fragmenten som bröt sig loss omfördelades bara över den skadade kärnan. Som El Mir förklarade :
'Det kan låta som science fiction men en hel del forskning tar hänsyn till asteroidkollisioner. Till exempel, om det kommer en asteroid mot jorden, är det då bättre att bryta den i små bitar eller knuffa den till en annan riktning? Och om det senare, hur mycket kraft ska vi slå den med för att flytta bort den utan att få den att gå sönder? Det här är faktiska frågor som övervägs.”
Denna studie kan gå långt för att informera framtida strategier för att lindra asteroidpåverkan. Genom att veta vilka typer av stötdon och krafter som inte är tillräckliga för att bryta upp en asteroid, kommer uppdragsplanerare att ha exakta parametrar att arbeta med. Denna kunskap kan också ha omfattande tillämpningar med asteroidbrytning, vilket låter borrare veta exakt hur asteroider av olika storlekar kommer att reagera på borrning och utvinning från.
Och som Ramesh anges , kommer denna information att ha alla möjliga praktiska användningsområden som inte kan komma snart nog:
'Vi påverkas ganska ofta av små asteroider, som i Chelyabinsk-händelsen för några år sedan. Det är bara en tidsfråga innan dessa frågor går från att vara akademiska till att definiera vårt svar på ett stort hot. Vi måste ha en bra uppfattning om vad vi bör göra när den tiden kommer – och vetenskapliga ansträngningar som denna är avgörande för att hjälpa oss att fatta dessa beslut.”
Sammanfattningsvis är mänskligheten inte dömd i händelse av att en asteroid börjar rusa mot jorden, bara bättre informerad. Och det kommer att räcka långt för att se till att vi förblir säkra från stora konsekvenser i framtiden. Som en extra bonus, nu när Hollywood bestämmer sig för att göra ännu en katastroffilm med en asteroid, kommer de att kunna få fysiken rätt!
Vidare läsning: JHU
