Исследователи из Росатома, Российского федерального ядерного центра и МФТИ создали в лаборатории небольшие копии хондритных астероидов, а затем с помощью лазеров разрушили их. Наносекундный лазерный импульс послужил экспериментальной заменой ядерному взрыву. Опыты показали высокую эффективность ядерной противоастероидной обороны, а также подсказали самые результативные пути ее реализации. Соответствующая статья опубликована в Журнале экспериментальной и теоретической физики.
Удар астероида — практически единственная из глобальных катастроф за последние 200 миллионов лет, которая вызвала массовое вымирание больших масштабов. 66 миллионов лет назад взрыв одного астероида был эквивалентен по мощности 100 миллионам мегатонн, что примерно в 20 000 раз мощнее всего имеющегося ядерного арсенала на Земле. В связи с этим, в отличие от собственно ядерной войны, падение крупного астероида действительно может вызвать вымирание человечества на планете, и вопрос о предупреждении подобного события весьма важен для будущего нашего вида.
В теории астероид можно разрушить ядерной боеголовкой еще в космосе, на подлете к Земле. Но процесс этот надо тщательно рассчитать, чтобы разбить небесное тело на осколки нужного (неопасного) размера. Иначе вместо ликвидации угрозы астероидной бомбардировки можно получить еще более широкое накрытие населенных частей планеты сразу множеством ударов. Но если фрагментация астероида будет тщательно рассчитанной, то на планету упадут осколки небольших размеров, порядка Челябинского метеорита. Благодаря фрагментации они либо сгорят, либо взорвутся высоко в атмосфере, что позволит избежать человеческих жертв.
Другой серьезный вопрос — какой именно мощности должен быть заряд, направленный на уничтожение того или иного астероида. Если его мощность окажется недостаточной, чтобы разрушить небесного гостя с первой попытки, времени для второй у землян может и не оказаться.
Ключевой проблемой при расчете фрагментации является то, что процесс разрушения астероида после ядерного удара очень сложно смоделировать. Как отмечают авторы новой работы, «сложность процессов, неопределенность в структуре и форме астероидов делают практически невозможным точное численное моделирование». Чтобы как-то выйти из непростой ситуации, исследователи предлагают научиться «колоть» астероиды экспериментально.
Сделать это в космосе (натурным экспериментом) будет сравнительно дорого. Поэтому ученые создали в лаборатории небольшие точные копии хондритных астероидов (всего 3—6 миллиметров в диаметре). Хондритными называют такие малые небесные тела, которые состоят из округлых частиц-хондр размерами не более миллиметра, главным образом силикатного состава, с включениями углерода.
Для точной имитации действия ядерного заряда авторы работы подвергли «лабораторные астероиды» воздействию лазерных импульсов энергией от 50 до 500 джоулей. Это соответствует действию ядерной боеголовки мощностью до шести мегатонн на астероид хондритного состава диаметром в 200 метров. Лазерное воздействие хорошо тем, что оно воспроизводит ядерный удар в вакууме. Ядерный взрыв в космосе ударной волны создать не может — нет атмосферы. Поэтому почти вся его энергия выделяется в виде излучения, что предельно сближает ситуацию с действием лазерного импульса в лаборатории.
В ходе экспериментов оказалось, что мощности ядерной боевой части, сравнимой с существующими сегодня, вполне достаточно для полного и надежного разрушения астероида умеренных размеров. Боеголовка в три мегатонны превратит в довольно мелкие обломки астероид диаметром в 200 метров. С телами километровых размеров необходимая мощность будет значительно выше, вне пределов существующих зарядов в современных ядерных арсеналах. Однако километровые тела падают на нашу планету заметно реже, чем двухсотметровые.
Интересно, что если перед взрывом в лабораторных «астероидах» делали небольшое углубление, куда и били лазерным импульсом, то удельные энергозатраты на разрушение тела заметно снижались — примерно на 23 процента. Происходило это потому, что при таком подрыве значительно меньшая часть излучения рассеивается в стороны и больше энергии достается самому «астероиду».
Такой сценарий подрыва — в углублении, созданном предварительным ударом небольшой металлической болванки, — может быть крайне актуален в случаях, когда нужно уничтожить небесные тела заметно больше 200 метров, типа астероида Апофиса или древнего Чиксулубского астероида (он имел не менее десяти километров в диаметре). Дело в том, что сегодня на вооружении нет ядерных боеголовок необходимой мощности, а быстро создать их с нуля не получится, поскольку уже десятилетиями их никто не делал, да и ракет-носителей под действительно мощные заряды пока нет.
Авторы работы отдельно отмечают ее ограничения. Хотя хондриты — самые часто встречающиеся среди астероидов, среди них немало и астероидов М-класса. Они состоят из металлов, главным образом железа и никеля. Такие тела намного прочнее хондритных, и для их уничтожения (при равных с хондритными размерах) нужны заметно более мощные средства. Чтобы определить, какие конкретно, нужны дополнительные исследования, с созданием и обстрелом в лаборатории искусственных малоразмерных аналогов астероидов М-класса.
Как уже сообщал «Чердак», исследователи из Томска рассчитали и другой аспект ядерной противоастероидной обороны — в какой именно точке траектории опасного астероида нужно нанести ядерный удар, чтобы свести к нулю возможность падения на Землю его осколков. В теории они могут дать радиоактивное загрязнение, и, хотя оно будет несопоставимо слабее чернобыльского, масштаб даже такого вторичного заражения желательно, по возможности, уменьшить. Согласно выводам томских ученых, для этого лучше всего взорвать астероид (или просто отклонить его с траектории, пересекающейся с земной) ядерной боеголовкой в тот момент, когда он удаляется, а не приближается к Земле.
Такой вариант возможен, так как крупные астероиды крайне редко падают на Землю с первого же сближения с ней. Обычно гравитация нашей планеты постепенно подтягивает малые небесные тела все ближе и ближе, и они за это время множество раз успевают сблизиться с ней и вновь удалиться от нее. При ударе на догонном курсе обломки с нейтронной активацией, как правило, будут выброшены на такие орбиты, с которых не смогут уже вернуться к Земле, тем самым сводя к минимуму ее радиоактивное заражение.
Александр Березин
