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(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，即通過(guò)相對(duì)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(dòng)能撞擊器或?qū)χ攀胶吮梢詫?shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。然而，如果預(yù)警時(shí)間太短，可能無(wú)法成功地進(jìn)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(shí)，他們通常會(huì)想到這種方法。雖然科學(xué)家們希望有更多的預(yù)警時(shí)間，但他們需要為任何可能的情況做好準(zhǔn)備，因?yàn)樵S多近地小行星仍未被發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在，一項(xiàng)新研究對(duì)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(yùn)進(jìn)行了更仔細(xì)的研究，利用流體力學(xué)計(jì)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(gè)1兆噸的裝置。

這項(xiàng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)研究生學(xué)者項(xiàng)目研究員，他與LLNL的行星防御小組合作進(jìn)行這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室(JHUAPL)工作，是空間探索部門(mén)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(qiáng)調(diào)的結(jié)果是令人欣慰的：對(duì)于所考慮的所有五個(gè)小行星軌道，在撞擊地球日期前兩個(gè)月進(jìn)行破壞能夠?qū)⒆矒糍|(zhì)量的部分減少至原來(lái)的1/1000。對(duì)于一個(gè)更大的小行星來(lái)說(shuō)，分散會(huì)不那么有力，但如果在撞擊日期前至少提前六個(gè)月進(jìn)行破壞，即使分散速度降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，也會(huì)導(dǎo)致99%的質(zhì)量錯(cuò)過(guò)地球。

“評(píng)估破壞的挑戰(zhàn)之一是，你需要對(duì)所有的碎片軌道進(jìn)行建模，這通常要比對(duì)簡(jiǎn)單的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行建模復(fù)雜得多，”King說(shuō)。“盡管如此，如果我們想評(píng)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(xiàng)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(shuō)。"當(dāng)你有充足的時(shí)間--通常是十年的時(shí)間尺度--通常傾向于使用動(dòng)能撞擊器來(lái)偏轉(zhuǎn)撞擊體。"

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

Owen說(shuō)，這篇論文對(duì)于了解破壞接近地球的危險(xiǎn)小行星的后果和要求至關(guān)重要。 Owen編寫(xiě)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(xì)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(lái)跟蹤碎片云的引力演變，說(shuō)明碎片之間的影響，以及太陽(yáng)和行星的引力影響。

他說(shuō)：“如果我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)注定要撞擊地球的危險(xiǎn)天體，但卻來(lái)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(huì)基本上錯(cuò)過(guò)地球。但這是一個(gè)復(fù)雜的軌道問(wèn)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(yáng)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(gè)彎曲的碎片流，圍繞小行星原來(lái)的路徑。這些碎片擴(kuò)散的速度有多快(加上距離云層穿過(guò)地球的路徑還有多長(zhǎng)時(shí)間)告訴我們有多少會(huì)撞擊地球。”

Bruck Syal說(shuō)，這項(xiàng)工作涉及美政府提出的國(guó)家近地天體準(zhǔn)備戰(zhàn)略和行動(dòng)計(jì)劃中定義的一個(gè)主要目標(biāo)：改善近地天體建模、預(yù)測(cè)和信息整合。

她說(shuō)：“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(jìn)行的對(duì)X射線能量沉積建模的改進(jìn)，它為核破壞問(wèn)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(gè)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(lái)在多個(gè)相關(guān)的物理學(xué)制度和時(shí)間尺度上模擬這個(gè)問(wèn)題。”

關(guān)鍵詞： 核爆炸 小行星 地球 流體力學(xué)