Asteroides em miniaturas

Uma grande equipe de pesquisadores russos da Rosatom, unida por três físicos do MIPT, modelou o impacto de uma explosão nuclear em um asteroide que ameaça a Terra.

Eles fabricaram asteroides em miniatura e explodiram com um laser. A técnica de modelagem desenvolvida neste estudo é uma maneira de avaliar experimentalmente critérios de destruição de asteroides, como a energia de explosão necessária para eliminar um objeto perigoso em um curso de colisão com a Terra.

A tradução em inglês do artigo que relatou os resultados foi publicada no Journal of Experimental and Theoretical Physics.

Formas de proteger o planeta

Os asteroides são corpos celestes constituídos por carbono, silício, metal e, às vezes, gelo. Os cientistas costumam classificar objetos maiores que 1 metro como asteroides, embora este limite inferior seja contestado. Na outra extremidade da escala, os asteroides chegam a uma extensão de 900 quilômetros.

Viajando a 20 quilômetros por segundo, tais gigantes representam uma ameaça de destruir toda a vida na Terra.

Existem duas opções básicas quando se trata de proteger o planeta de uma colisão com um asteroide: ele deve ser desviado ou explodido em pedaços, a maioria dos quais se perderão ou serão queimados 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 asteroide.

A equipe de pesquisa mostrou que um breve pulso ‘laser’ voltado para uma réplica em miniatura de um asteroide 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 coincidem com as medidas na experiência reduzida.

Precisão do modelo a laser

Para que seu modelo a laser seja preciso, os pesquisadores se certificaram de que a densidade e a rigidez do asteroide em pequena escala – e até sua forma – imitavam o real e controlavam as pressões das ondas de choque.

Graças a esta correspondência precisa, os pesquisadores tiveram uma maneira de calcular diretamente a energia de um pulso a laser, requerida para uma explosão nuclear no asteroide real destruindo sua réplica em miniatura.

Assim, por exemplo, para eliminar um asteroide de 200 metros, a bomba precisa entregar o equivalente de energia de 3 megatons de TNT.

Isso foi calculado uma vez que a equipe que mediu tomou um pulso ‘laser’ de 500 ‘joules’ para destruir um modelo de 8-10 milímetros de diâmetro.

Por uma questão de comparação, o explosivo mais poderoso já detonado – Tsar Bomba, ou “rei das bombas”, construído pela União Soviética em 1961 – teve uma produção de energia de cerca de 58.

Tecnologia para fabricação de asteroides artificiais

A equipe de pesquisa criou uma tecnologia para a fabricação de material de asteroides artificiais.

Sua composição corresponde à dos meteoritos de chondrite (pedregosos), que representam cerca de 90% dos restos de asteroides atingindo a superfície da Terra.

As propriedades do asteroide modelo, incluindo sua composição química, densidade, porosidade e rigidez, foram ajustadas durante a fabricação.

As réplicas foram feitas usando os dados sobre o meteorito de chondrite recuperado do fundo do lago Chebarkul. É o maior fragmento do asteroide que entrou na atmosfera da Terra em fevereiro de 2013, explodindo sobre o Oblast de Chelyabinsk, na Rússia.

O material de asteroide foi fabricado usando uma combinação de sedimentação, compressão e aquecimento, imitando o processo de formação natural. Fora das amostras em forma de cilindro.

Para confirmar que sua modelagem laser se encaixa com a realidade, os pesquisadores também fizeram cálculos de fluxo compressíveis.

Eles demonstraram que um asteroide de laboratório 14-15 ordens de magnitude menos maciças do que seu protótipo espacial requer quase o dobro de energia por unidade de massa para ser completamente interrompido.

Os três dispositivos a laser utilizados

As experiências utilizaram três dispositivos a laser: Iskra-5, Luch e Saturno.

O raio laser foi amplificado pela primeira vez para uma potência predeterminada e, em seguida, dirigido para a réplica de asteroides fixada em uma câmara de vácuo.

A destruição do modelo foi monitorada por trás e por lado, e as dinâmicas de fragmentação foram registradas. O laser afetou asteroides modelo por 0,5-30 nanosegundos.

Para estimar os critérios de destruição de asteroides, os pesquisadores analisaram os dados disponíveis do meteorito de Chelyabinsk.

Entrou na atmosfera da Terra como um asteroide de 20 metros e fraturou-se em pequenos fragmentos que não causaram danos catastróficos. Por conseguinte, faz sentido dizer que um asteroide de 200 metros será eliminado se for fraturado em pedaços com um diâmetro 10 vezes menor e uma massa 1000 vezes menor que a própria rocha que ameaça a Terra.

Por razões óbvias, esta conclusão apenas serve para um asteroide de 200 metros que entre na atmosfera com um ângulo semelhante e para fragmentos que viajem ao longo de trajetórias semelhantes às do meteoro de Chelyabinsk.

Uma explosão poderosa pode ser substituída por menores?

Os pesquisadores também estavam interessados ​​em saber se o efeito de explosão é cumulativo – ou seja, uma explosão poderosa pode ser substituída por uma sucessão de menores?

Eles descobriram que múltiplos pulsos de ‘laser’ mais fracos não fornecem vantagem significativa sobre um único pulso combinando seu poder em termos do critério de destruição geral. Isto é válido para pulsos simultâneos e consecutivos.

Em alguns dos experimentos, o ‘laser’ foi direcionado para uma cavidade feita nos asteroides em miniatura antes do tempo.

Ao explorar a cavidade, os pesquisadores gastaram menos energia – ou seja, 500 em vez de 650 JOULES por grama. Do mesmo modo, espera-se que o efeito de uma bomba nuclear enterrada seja mais marcante.

Bomba de 3 megatons para eliminar asteroide de 200 metros

Os cálculos que contabilizam os efeitos de escala indicam que é preciso uma bomba de 3 megaton para eliminar um asteroide não metálico que ameaça a Terra, medindo 200 metros de diâmetro.

A equipe de pesquisa agora planeja expandir o estudo experimentando com réplicas de asteroides de diferentes composições, incluindo aquelas que contêm ferro, níquel e gelo.

Eles também pretendem identificar mais precisamente como a forma do asteroide e a presença de cavidades em sua superfície afetam o critério geral de destruição.

“Ao acumular coeficientes e dependências para asteroides 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 asteroides, então nossa equipe tem tempo para aperfeiçoar essa técnica para usar mais tarde na prevenção de um desastre planetário “, diz o coautor do estudo, Vladimir Yufa, professor associado nos departamentos de Sistemas Aplicados de Física e Laser e Materiais Estruturados, MIPT. “Nós também estamos investigando a possibilidade de desviar um asteroide sem destruí-lo e esperar o engajamento internacional”.

O artigo que relatou os resultados do estudo foi publicado na edição em inglês do Journal of Experimental and Theoretical Physics por uma equipe de pesquisadores da Rosatom – uma corporação do estado de energia atômica russa -, bem como do MIPT e do Space Research Institute of the Russian Academia das Ciências. Os dois institutos Rosatom envolvidos no estudo são o Instituto de Física Experimental de Física Experimental da Rússia e o Instituto Troitsk para Pesquisa de Inovação e Fusão.

Fonte original: MIPT News Office

Também relacionado:  Fim do mundo não será em 2019 

Siga-me nas redes sociais:  >>Instagram  >>Google Plus   >>Facebook   >>Twitter
Assine o Feed por email (coluna lateral ou abaixo) para receber atualizações e participar de eventuais prêmios.