به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از ساینس دیلی، یک انفجار هسته‌ای ممکن است زمین را از یک سیارک مرگبار نجات دهد، اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که برخورد اشتباه می‌تواند تفاوت بین موفقیت و فاجعه را رقم بزند. دانشمندان دریافتند که شکل نامنظم یک سیارک می‌تواند به طور چشمگیری بر نحوه واکنش آن به انفجار اشعه ایکس تأثیر بگذارد؛ به طوری که میزان انحراف بسته به زاویه تقریباً پنج برابر متفاوت است.
یک انفجار هسته‌ای می‌تواند با انتشار پرتوهای ایکس قدرتمندی که سطح سیارک را گرم کرده و آن را به مسیر امن‌تری هدایت می‌کنند، از زمین در برابر سیارک در حال نزدیک شدن محافظت کند. با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که موفقیت چنین ماموریتی می‌تواند به شدت به این بستگی داشته باشد که کدام طرف سیارک انفجار را دریافت می‌کند.
برخلاف اجسام صاف و گرد که اغلب در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده می‌شوند، سیارک‌های واقعی سطوح ناهموار و شکل‌های نامنظمی دارند. این تفاوت‌ها می‌توانند به طور چشمگیری بر نحوه حرکت یک سیارک هنگام قرار گرفتن در معرض تابش شدید تأثیر بگذارند.
یک مطالعه جدید نشان داد که تغییر جهت انفجار پرتو ایکس می‌تواند نتایج بسیار متفاوتی ایجاد کند، حتی زمانی که همان سیارک را هدف قرار می‌دهد. در یک شبیه‌سازی، سرعت سیارک هنگام تابش از یک جهت ۳.۹ میلی‌متر در ثانیه تغییر کرد، در حالی که از جهت دیگر تنها ۰.۸ میلی‌متر در ثانیه تغییر می‌کرد. این نشان دهنده اختلاف تقریباً پنج برابری در سرعت انحراف، تغییر در سرعت رو به جلوی سیارک ناشی از انفجار است.
«ناتان مور»، فیزیکدان آزمایشگاه‌های ملی ساندیا که سرپرستی این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: "ما انتظار داشتیم که هدف مهم باشد. چیزی که ما را شگفت زده کرد این بود که چقدر."
اثرات بر چرخش یک سیارک می‌تواند حتی چشمگیرتر باشد. برای یک سیارک شبیه‌سازی شده دیگر، تغییر در سرعت چرخش آن بسته به جهت اشعه ایکس، ۱۷ برابر تغییر می‌کرد.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که درک شکل یک سیارک و انتخاب دقیق محل هدایت انفجار هسته‌ای می‌تواند برای محافظت از زمین در برابر برخوردهای آینده ضروری باشد.
روشی جدید برای شبیه‌سازی انحراف سیارک
مور و همکارانش برای بررسی چگونگی واکنش اشکال مختلف سیارک به انفجارهای هسته‌ای، چیزی را توسعه دادند که آن را دقیق‌ترین مدل انحراف سیارک تاکنون توصیف می‌کنند.
مدل‌های کامپیوتری قبلی با یک محدودیت عمده روبرو بودند. محققان معمولاً مجبور بودند بین نمایش شکل پیچیده یک سیارک و انجام محاسبات بسیار دقیق نیروهای فیزیکی درگیر، یکی را انتخاب کنند. ترکیب هر دو رویکرد به قدرت محاسباتی بیشتری از آنچه عملی بود، نیاز داشت.
سیستم جدید بر این مانع غلبه می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا اشکال واقعی سیارک را مطالعه کنند و در عین حال دقت لازم برای محاسبه واکنش آنها به انفجار اشعه ایکس را حفظ کنند. نتیجه، دقیق‌ترین شبیه‌سازی انحراف سیارک است که تاکنون تولید شده است.
مور گفت: «الگوریتم جدید ما بیش از ۱۶۰۰ برابر سریع‌تر است که برای این موفقیت حیاتی بود. با مدل‌های قدیمی، کامپیوترها نمی‌توانستند آن را مدیریت کنند.»
چرا سیارک‌های ناهموار همه چیز را تغییر می‌دهند
علاقه مور به بهبود این محاسبات از یک آزمایش قبلی با استفاده از دستگاه Z ساندیا ناشی شد. آن آزمایش اولین نمایش را ارائه داد که اشعه ایکس می‌تواند یک قطعه کوچک از مواد سیارک را منحرف کند.
چالش بعدی تعیین این بود که چگونه همین فرآیند فیزیکی ممکن است بر کل یک سیارک تأثیر بگذارد.
یک مشکل عمده، رویه گسترده در نظر گرفتن سیارک‌ها به عنوان کره بود. اگرچه این ریاضیات را ساده می‌کند، اما اشکال نامنظم سیارک‌های واقعی را که می‌توانند دارای برآمدگی، فرورفتگی و سطوح ناهموار باشند، نادیده می‌گیرد.
او گفت: «شما می‌توانید به این روش تخمین بزنید، اما سیارک‌ها در انواع شکل‌های عجیب و ناهموار وجود دارند. آن موقع بود که به کاری که یکی از همکارانم در رابطه با خروج گاز از اجرام در فضا انجام می‌داد، علاقه‌مند شدم. فکر می‌کنم وقتی فهمیدیم می‌توانیم این کار را انجام دهیم، لحظه‌ای شگفت‌زده شدیم. دیگر نیازی به کره نبود. می‌توانستیم انحراف هر سیارکی را مدل‌سازی کنیم.»
راه حل شامل کنار هم قرار دادن دو سیستم شبیه‌سازی پیچیده بود که قبلاً در ساندیا برای انواع بسیار متفاوتی از مسائل فیزیکی استفاده می‌شدند.
مور توضیح داد: «کد ALEGRA معمولاً برای مدل‌سازی آزمایش‌های سریع و پرانرژی، مانند سیم‌های منفجر شونده مغناطیسی در دستگاه Z استفاده می‌شود، در حالی که SPARTA، یک کد شبیه‌سازی مستقیم مونت کارلو، معمولاً برای مدل‌سازی نیروهای نسبتاً ضعیف و با تکامل آهسته، مانند نیروی کشش وارد بر ماهواره از باد خورشیدی، استفاده می‌شود.»
«نوآوری کلیدی در اینجا فهمیدن چگونگی ترکیب دو رویکرد شبیه‌سازی بود.»
پیش‌بینی اتفاقات پس از انفجار هسته‌ای
مدل کامپیوتری جدید به محققان اجازه می‌دهد تا با استفاده از تصاویر سه‌بعدی دقیقی که در طول پروازهای فضاپیما گرفته شده است، یک سیارک را بازسازی کنند. سپس می‌توانند یک انفجار پرتو ایکس هسته‌ای را شبیه‌سازی کنند و در عین حال قدرت انفجار، فاصله آن از سیارک و جهتی که تابش از آن می‌رسد را تنظیم کنند.
این نرم‌افزار محاسبه می‌کند که چه مقدار ماده در قسمت‌های مختلف سطح سیارک تبخیر می‌شود و نتایج را به صورت یک نقشه حرارتی نمایش می‌دهد. با استفاده از این اطلاعات، فشار حاصل، تغییرات در چرخش سیارک و میزان آسیب سطحی را تخمین می‌زند.
این محاسبات مهم هستند زیرا یک ماموریت دفاع سیاره‌ای موفق در حالت ایده‌آل مسیر یک سیارک را بدون شکستن آن به چندین قطعه خطرناک تغییر می‌دهد. تغییر مسیر یک جسم بزرگ می‌تواند نسبت به ایجاد چندین قطعه که هنوز ممکن است زمین را تهدید کنند، ارجحیت داشته باشد.
با این حال، شبیه‌سازی‌ها هنوز نمی‌توانند تمام پیامدهای احتمالی یک انفجار هسته‌ای را پیش‌بینی کنند.
مور گفت: "در حال حاضر، مدل کامپیوتری ما فقط تجزیه سنگ‌های روی سطح را در نظر می‌گیرد. ما هنوز نمی‌توانیم تجزیه کل بدنه سیارک را به طور دقیق پیش‌بینی کنیم."
توسعه این قابلیت نیازمند تحقیقات بیشتر، سرمایه‌گذاری و ابزارهای محاسباتی پیشرفته‌تر است. یک انفجار شدید اشعه ایکس می‌تواند اثرات فیزیکی متعددی را ایجاد کند که برخی از آنها بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند. در نظر گرفتن همه این تعاملات، پیش‌بینی دقیق نحوه رفتار یک سیارک در طول یک تلاش واقعی برای انحراف را بسیار دشوار می‌کند.
انتخاب انفجار مناسب می‌تواند زمین را نجات دهد
با وجود این چالش‌های باقی‌مانده، یافته‌ها راهنمایی ارزشمندی برای تلاش‌های آینده دفاع سیاره‌ای ارائه می‌دهند. این تحقیق نشان می‌دهد که جهت یک انفجار هسته‌ای صرفاً یک جزئیات جزئی نیست. این امر می‌تواند به طور قابل توجهی میزان تغییر مسیر مؤثر یک سیارک را تغییر دهد.
مور گفت: "مطالعه ما نشان می‌دهد که هدف‌گیری دقیق چقدر مهم است. سمت درست را انتخاب کنید و برنده شوید. حدس اشتباه بزنید و ممکن است روز بدی باشد."
ابزارهای شبیه‌سازی جدید در نهایت می‌توانند به برنامه‌ریزان ماموریت کمک کنند تا موثرترین راه برای منحرف کردن یک سیارک تهدیدآمیز را شناسایی کنند. در اصل، محققان می‌توانند اطلاعات دقیقی در مورد شکل آن وارد کنند، سپس قدرت انفجاری ایده‌آل، فاصله و جهت مورد نیاز برای دور کردن آن از زمین را محاسبه کنند.
تبدیل این محاسبات به یک ماموریت واقعی همچنان بسیار دشوار خواهد بود. از یک طرف، این نرم‌افزار به اطلاعات نسبتاً دقیقی در مورد شکل سیارک از هر جهت نیاز دارد. اگر سیارکی در مسیر برخورد با زمین کشف شود، ممکن است زمان کافی برای جمع‌آوری مشاهدات لازم وجود نداشته باشد.
چالش دیگر، تحویل و قرار دادن یک دستگاه هسته‌ای در مکان دقیقاً مناسب نسبت به سیارکی است که در فضا در حال حرکت است. حتی اگر دانشمندان بتوانند پیکربندی ایده‌آل انفجار را شناسایی کنند، اجرای آن به دقت فوق‌العاده‌ای نیاز دارد.
با این وجود، شبیه‌سازی‌های بهبود یافته می‌تواند بسیاری از عدم قطعیت‌های پیرامون یک روش ممکن برای دفاع در برابر سیارک‌ها را از بین ببرد. دانشمندان با درک بهتر چگونگی تعامل اشعه ایکس هسته‌ای با سطوح پیچیده سیارک‌های واقعی، به پیش‌بینی اینکه کدام استراتژی‌ها بهترین عملکرد را دارند، نزدیک‌تر می‌شوند.
برای مور، این پیشرفت گامی دلگرم‌کننده در جهت اطمینان از این است که بشریت شانس بهتری برای جلوگیری از برخورد فاجعه‌بار سیارک دارد.