Una collaborazione di ricerca tra il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e l’Air Force Institute of Technology (AFIT) hanno studiato in che modo la produzione di energia dei neutroni prodotti dalla detonazione di un dispositivo nucleare possa deviare un asteroide.
Gli scienziati hanno confrontato la deflessione dell’asteroide risultante da due diverse fonti di energia di neutroni, rappresentative dei neutroni di fissione e fusione, consentendo confronti fianco a fianco. L’obiettivo era capire quali energie di neutroni rilasciate da un’esplosione nucleare sono migliori per deviare un asteroide e perché, aprendo potenzialmente la strada a prestazioni di deflessione ottimizzate.
Il lavoro è presentato in Acta Astronautica ed è stato guidato da Lansing Horan IV, come parte di una collaborazione con i gruppi Planetary Defense and Weapon Output di LLNL durante il programma del suo master di ingegneria nucleare all’AFIT. I coautori di LLNL includono Megan Bruck Syal e Joseph Wasem del Direttorato principale per le armi e l’integrazione complessa di LLNL, e i coautori di AFIT includono Darren Holland e il Mag. James Bevins.
Horan ha detto che il team di ricerca si è concentrato sulla radiazione di neutroni da una detonazione nucleare poiché i neutroni possono essere più penetranti dei raggi X.
“Ciò significa che una resa di neutroni può potenzialmente riscaldare maggiori quantità di materiale superficiale degli asteroidi, e quindi essere più efficace per deviare gli asteroidi rispetto a una resa di raggi X“, ha detto.
I neutroni di diverse energie possono interagire con lo stesso materiale attraverso diversi meccanismi di interazione. Modificando la distribuzione e l’intensità dell’energia depositata, si può deviare un asteroide risultante può essere influenzata.
La ricerca mostra che i profili di deposizione di energia – che mappano le posizioni spaziali in corrispondenza e al di sotto della superficie curva dell’asteroide, dove l’energia viene depositata in distribuzioni variabili – possono essere abbastanza diversi tra le due energie dei neutroni che sono state confrontate in questo lavoro.
Quando l’energia depositata viene distribuita in modo diverso nell’asteroide, i detriti di scarico fusi / vaporizzati possono cambiare in quantità e velocità, che è ciò che alla fine determina il cambiamento di velocità risultante dell’asteroide e fa deviare un asteroide.
Deviare un asteroide
Horan ha detto che ci sono due opzioni di base per sconfiggere un asteroide: interruzione o deviazione.
La distruzione è l’approccio di impartire così tanta energia all’asteroide da essere fortemente frantumato in molti frammenti che si muovono a velocità estreme.
“Il lavoro passato ha rilevato che oltre il 99,5 per cento della massa dell’asteroide originale mancherebbe la Terra“, ha detto. “Questo percorso di interruzione verrebbe probabilmente preso in considerazione se il tempo di preavviso prima dell’impatto di un asteroide è breve e / o l’asteroide è relativamente piccolo“.
La deflessione è l’approccio più delicato, che consiste nell’impartire una minore quantità di energia all’asteroide, mantenendo intatto l’oggetto e spingendolo su un’orbita leggermente diversa con una velocità leggermente modificata.
“Nel tempo, con molti anni prima dell’impatto, anche un minuscolo cambiamento di velocità potrebbe sommarsi a una distanza mancante dalla Terra“, ha detto Horan. “La deflessione potrebbe essere generalmente preferita come opzione più sicura ed elegante, avendo un tempo di preavviso sufficiente per attuare questo tipo di risposta. Questo è il motivo per cui il nostro lavoro si è concentrato sulla deflessione“.
Collegamento della deposizione di energia alla risposta degli asteroidi
Il lavoro è stato condotto in due fasi primarie che includevano la deposizione di energia dei neutroni e la risposta deflettiva degli asteroidi.
Per la fase di deposizione di energia, è stato utilizzato il codice di trasporto delle radiazioni Monte Carlo N-Particle (MCNP) del Los Alamos National Laboratory per simulare tutti i diversi casi di studio confrontati in questa ricerca. L’MCNP ha simulato una detonazione di neutroni che si irradiavano verso un asteroide sferico di SiO 2 (ossido di silicio) di 300 m.
L’asteroide è stato diviso da centinaia di sfere concentriche e coni incapsulati per formare centinaia di migliaia di cellule, e la deposizione di energia è stata calcolata e tracciata per ogni singola cellula al fine di generare i profili di deposizione di energia o le distribuzioni spaziali di energia in tutto l’asteroide.
Per la fase di deflessione degli asteroidi, il codice idrodinamico 2D e 3D arbitrario Lagrangiano-Euleriano (ALE3D) di LLNL è stato utilizzato per simulare la risposta del materiale dell’asteroide alle deposizioni di energia considerate.
I profili di deposizione di energia generati da MCNP sono stati importati e mappati nell’asteroide ALE3D per inizializzare le simulazioni. La variazione della velocità di deflessione risultante è stata ottenuta per varie configurazioni delle rese dei neutroni e delle energie dei neutroni, consentendo di quantificare l’effetto dell’energia dei neutroni sulla deflessione risultante.
Un piccolo passo per la deflessione
Horan ha detto che il lavoro è un piccolo passo avanti per le simulazioni di deflessione nucleare.
“Un obiettivo finale sarebbe quello di determinare lo spettro di energia dei neutroni ottimale, la diffusione delle uscite di energia dei neutroni che depositano le loro energie nel modo più ideale per massimizzare la variazione di velocità risultante o la deflessione“, ha detto. “Questo documento rivela che la produzione di energia specifica dei neutroni può influire sulle prestazioni di deflessione degli asteroidi e perché ciò si verifica, fungendo da trampolino di lancio verso l’obiettivo più ampio“.
Horan ha affermato che la ricerca ha dimostrato che la precisione e l’accuratezza dei dati sulla deposizione di energia sono importanti. “Se l’input di deposizione di energia non è corretto, non dovremmo avere molta fiducia nell’output di deflessione dell’asteroide“, ha detto. “Ora sappiamo che il profilo di deposizione di energia è più importante per i grandi rendimenti che verrebbero utilizzati per deviare i grandi asteroidi”.
Ha detto che se ci fosse un piano per mitigare un grande asteroide in arrivo, il profilo spaziale della deposizione di energia dovrebbe essere considerato per modellare correttamente il cambiamento di velocità dell’asteroide previsto.
“D’altra parte, l’efficienza dell’accoppiamento energetico è sempre importante da considerare, anche per basse rese contro piccoli asteroidi“, ha detto. “Abbiamo scoperto che l’entità della deposizione di energia è il fattore che predice più fortemente la deflessione complessiva dell’asteroide, influenzando il cambiamento di velocità finale più della distribuzione spaziale“.
Per pianificare una missione di mitigazione degli asteroidi, sarà necessario tenere conto di questi parametri energetici per avere simulazioni e aspettative corrette.
“È importante approfondire la ricerca e comprendiamo tutte le tecnologie di mitigazione degli asteroidi al fine di massimizzare gli strumenti nel nostro kit di strumenti“, ha detto Horan. “In certi scenari, l’utilizzo di un ordigno nucleare per deviare un asteroide comporterebbe numerosi vantaggi rispetto alle alternative non nucleari. In effetti, se il tempo di preavviso è breve e / o l’asteroide incidente è grande, un esplosivo nucleare potrebbe essere la nostra unica opzione pratica per la deflessione e / o l’interruzione“.
