如果一顆小行星被確定為處于撞擊地球的軌道上， 科學(xué)家們通常希望進行一次偏轉(zhuǎn)，即通過相對較小的速度變化輕輕地撞擊小行星，以改變小行星的方向。 動能撞擊器或?qū)χ攀胶吮梢詫崿F(xiàn)偏轉(zhuǎn)。然而，如果預(yù)警時間太短，可能無法成功地進行偏轉(zhuǎn)。

另一種選擇是將大量的能量耦合到小行星上，將其分解成許多分散的碎片。這種方法被稱為破壞，當(dāng)人們想象行星防御時，他們通常會想到這種方法。雖然科學(xué)家們希望有更多的預(yù)警時間，但他們需要為任何可能的情況做好準(zhǔn)備，因為許多近地小行星仍未被發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在，一項新研究對不同的小行星軌道和不同的碎片速度分布如何影響碎片的命運進行了更仔細的研究，利用流體力學(xué)計算的初始條件，在離 Bennu形狀、直徑100米的小行星表面幾米的地方部署一個1兆噸的裝置。

這項研究發(fā)表在《Acta Astronautica》上，主要作者Patrick King是前勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)研究生學(xué)者項目研究員，他與LLNL的行星防御小組合作進行這項研究，作為他博士論文的一部分。King目前在約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室(JHUAPL)工作，是空間探索部門的一名物理學(xué)家。該論文的共同作者包括Megan Bruck Syal, David Dearborn, Robert Managan, Michael Owen和Cody Raskin。

論文中強調(diào)的結(jié)果是令人欣慰的：對于所考慮的所有五個小行星軌道，在撞擊地球日期前兩個月進行破壞能夠?qū)⒆矒糍|(zhì)量的部分減少至原來的1/1000。對于一個更大的小行星來說，分散會不那么有力，但如果在撞擊日期前至少提前六個月進行破壞，即使分散速度降低一個數(shù)量級，也會導(dǎo)致99%的質(zhì)量錯過地球。

“評估破壞的挑戰(zhàn)之一是，你需要對所有的碎片軌道進行建模，這通常要比對簡單的偏轉(zhuǎn)進行建模復(fù)雜得多，”King說。“盡管如此，如果我們想評估干擾作為一種可能的戰(zhàn)略，我們需要嘗試解決這些挑戰(zhàn)。”

King表示，這項工作的主要發(fā)現(xiàn)是，核干擾是一種非常有效的最后防御手段。"我們專注于研究'晚期'破壞，這意味著撞擊體在撞擊前不久就被分解了，"他說。"當(dāng)你有充足的時間--通常是十年的時間尺度--通常傾向于使用動能撞擊器來偏轉(zhuǎn)撞擊體。"

動能撞擊器有許多優(yōu)點：其一，該技術(shù)是眾所周知的，并且正在實際任務(wù)中進行測試，如“雙小行星重定向測試(DART)”任務(wù)，并且如果有足夠的時間，能夠處理廣泛的可能威脅。然而，它們確實有一些局限性，所以重要的是，如果確實出現(xiàn)了實際的緊急情況，可以有多種選擇來處理威脅，包括一些可以處理相當(dāng)短的警告時間的方法。

Owen說，這篇論文對于了解破壞接近地球的危險小行星的后果和要求至關(guān)重要。 Owen編寫了名為Spheral的軟件，用于模擬原始小行星的核破壞，遵循沖擊和分解原始巖石小行星的詳細物理學(xué)原理，并捕捉所產(chǎn)生的碎片的特性。從那里，研究小組使用Spheral來跟蹤碎片云的引力演變，說明碎片之間的影響，以及太陽和行星的引力影響。

他說：“如果我們發(fā)現(xiàn)了一個注定要撞擊地球的危險天體，但卻來不及安全地轉(zhuǎn)移它，那么我們剩下的最佳選擇就是把它徹底打碎，這樣產(chǎn)生的碎片就會基本上錯過地球。但這是一個復(fù)雜的軌道問題--如果你把一顆小行星分解成碎片，所產(chǎn)生的碎片云將各自圍繞太陽追求自己的路徑，與行星之間相互影響，并在重力作用下相互影響。該云將傾向于伸展成一個彎曲的碎片流，圍繞小行星原來的路徑。這些碎片擴散的速度有多快(加上距離云層穿過地球的路徑還有多長時間)告訴我們有多少會撞擊地球。”

Bruck Syal說，這項工作涉及美政府提出的國家近地天體準(zhǔn)備戰(zhàn)略和行動計劃中定義的一個主要目標(biāo)：改善近地天體建模、預(yù)測和信息整合。

她說：“我們小組繼續(xù)完善我們的核偏轉(zhuǎn)和破壞的建模方法，包括正在進行的對X射線能量沉積建模的改進，它為核破壞問題設(shè)定了最初的爆破和沖擊條件。這篇最新的論文是一個重要的步驟，展示了我們的現(xiàn)代多物理學(xué)工具如何被用來在多個相關(guān)的物理學(xué)制度和時間尺度上模擬這個問題。”

關(guān)鍵詞： 核爆炸 小行星 地球 流體力學(xué)