Una collaborazione di ricerca tra il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e l'Air Force Institute of Technology (AFIT) indaga su come l'energia di neutroni prodotta dalla detonazione di un dispositivo nucleare può influenzare la deflessione di un asteroide.

Gli scienziati hanno confrontato la deflessione dell'asteroide risultante da due diverse fonti di energia di neutroni, rappresentante di fissione e fusione neutroni, consentendo il confronto fianco a fianco. L'obiettivo era capire quali energie di neutroni rilasciate da un'esplosione nucleare sono migliori per deviare un asteroide e perché, potenzialmente aprendo la strada a prestazioni di deflessione ottimizzate.

Il lavoro è descritto in Acta Astronautica ed è stato condotto da Lansing Horan IV, come parte di una collaborazione con i gruppi Planetary Defense e Weapon Output di LLNL durante il suo programma di master in ingegneria nucleare presso l'AFIT. I coautori di LLNL includono Megan Bruck Syal e Joseph Wasem della direzione principale delle armi e dell'integrazione complessa di LLNL, e i coautori di AFIT includono Darren Holland e Maj. 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 di asteroidi, e quindi essere più efficace per deviare gli asteroidi rispetto a una resa dei raggi X, " Egli ha detto.

Neutroni di diverse energie possono interagire con lo stesso materiale attraverso differenti meccanismi di interazione. Modificando la distribuzione e l'intensità dell'energia depositata, anche la risultante deviazione dell'asteroide 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 è depositata in diverse distribuzioni, può essere molto diversa tra le due energie dei neutroni che sono state confrontate in questo lavoro. Quando l'energia depositata è distribuita in modo diverso nell'asteroide, ciò significa che i detriti di scarico fusi/vaporizzati possono cambiare in quantità e velocità, che è ciò che alla fine determina il conseguente cambiamento di velocità dell'asteroide.

Sconfiggere un asteroide

Horan ha detto che ci sono due opzioni di base per sconfiggere un asteroide:distruzione o deviazione.

La distruzione è l'approccio di impartire così tanta energia all'asteroide che viene frantumato in modo robusto in molti frammenti che si muovono a velocità estreme.

"Il lavoro passato ha scoperto che oltre il 99,5% della massa dell'asteroide originale mancherebbe la Terra, " ha detto. "Questo percorso di interruzione verrebbe probabilmente preso in considerazione se il tempo di avviso prima dell'impatto di un asteroide è breve e/o l'asteroide è relativamente piccolo".

La deviazione è l'approccio più gentile, che comporta impartire una minore quantità di energia all'asteroide, mantenendo intatto l'oggetto e spingendolo su un'orbita leggermente diversa con una velocità leggermente modificata.

"Col tempo, con molti anni prima dell'impatto, anche un minuscolo cambiamento di velocità potrebbe sommarsi a una distanza mancante dalla Terra, " Disse Horan. "La deviazione potrebbe essere generalmente preferita come l'opzione più sicura ed 'elegante', se abbiamo tempo di preavviso sufficiente per attuare questo tipo di risposta. Questo è il motivo per cui il nostro lavoro si è concentrato sulla deviazione".

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 deflessiva degli asteroidi.

Per la fase di deposito di energia, Il codice di trasporto delle radiazioni delle N-particelle (MCNP) di Monte Carlo del Los Alamos National Laboratory è stato utilizzato per simulare tutti i diversi casi di studio che sono stati confrontati in questa ricerca. MCNP ha simulato una detonazione di stallo di neutroni che si irradiavano verso un asteroide sferico SiO2 (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 conteggiata e tracciata per ogni singola cellula al fine di generare i profili di deposizione di energia o le distribuzioni spaziali dell'energia in tutto l'asteroide.

Per la fase di deflessione dell'asteroide, Il codice idrodinamico Lagrangiano-Euleriano arbitrario 2D e 3D di LLNL (ALE3D) 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 di rese di neutroni ed energie di neutroni, consentendo di quantificare l'effetto dell'energia del neutrone sulla deflessione risultante.

Un piccolo passo per la deviazione

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 ottimale di energia dei neutroni, la diffusione delle uscite di energia dei neutroni che depositano le loro energie nel modo più ideale per massimizzare il cambiamento di velocità o la deflessione risultante, " ha detto. "Questo documento rivela che l'emissione di energia specifica dei neutroni può influire sulle prestazioni di deflessione dell'asteroide, e perché questo accade, servendo da trampolino di lancio verso l'obiettivo più grande."

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 del deposito di energia non è corretto, non dovremmo avere molta fiducia nell'output della deflessione dell'asteroide, " ha detto. "Ora sappiamo che il profilo di deposizione di energia è molto importante per i grandi rendimenti che verrebbero utilizzati per deviare 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 tenuto in considerazione per modellare correttamente il cambiamento previsto della velocità dell'asteroide.

"D'altra parte, the energy coupling efficiency is always important to consider, even for low yields against small asteroids, " he said. "We found that the energy deposition magnitude is the factor that most strongly predicts the overall asteroid deflection, influencing the final velocity change more than the spatial distribution does."

For planning an asteroid mitigation mission, it will be necessary to account for these energy parameters to have correct simulations and expectations.

"It is important that we further research and understand all asteroid mitigation technologies in order to maximize the tools in our toolkit, " Horan said. "In certain scenarios, using a nuclear device to deflect an asteroid would come with several advantages over non-nuclear alternatives. Infatti, if the warning time is short and/or the incident asteroid is large, a nuclear explosive might be our only practical option for deflection and/or disruption."