Даже сравнительно небольшой астероид размером примерно с футбольное поле способен полностью уничтожить город. При этом некоторые такие объекты очень тёмные и плохо отражают свет, поэтому обнаружить их бывает непросто.

Если однажды опасный астероид заметят слишком поздно, времени на мягкое изменение его траектории может уже не остаться. Тогда человечеству, возможно, придётся прибегнуть к гораздо более радикальному варианту — ядерному взрыву.

Учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса решили проверить, насколько вообще реалистичен такой сценарий. Они смоделировали воздействие ядерного заряда мощностью в одну мегатонну на астероид диаметром около 160 метров — объект, способный представлять серьёзную угрозу для города.

И расчёты показали: такой способ действительно может сработать. Причём совсем не так, как обычно показывают в кино.

Можно представить, что бомбу нужно посадить на астероид, закрепить на поверхности или даже пробурить скважину и поместить заряд внутрь. На практике это крайне сложная задача. Астероид движется, вращается и может иметь очень неудобную форму. Добраться до него на космическом аппарате возможно, но посадить аппарат, удержать его на поверхности и начать бурение значительно труднее.

Однако новое моделирование показывает, что непосредственный контакт вообще не обязателен. Ядерный заряд можно взорвать в нескольких метрах от поверхности.

На первый взгляд это кажется странным. В космосе практически нет вещества, способного передать привычную ударную волну от взрыва. Но в данном случае она и не является главным оружием.

Основную роль играют рентгеновские лучи.

По словам исследователей, около 70–80% энергии ядерного взрыва может выходить в виде рентгеновского излучения. Оно за очень короткое время нагревает тонкий поверхностный слой астероида настолько сильно, что вещество начинает испаряться.

Испарённый материал устремляется прочь от поверхности. Если он получает достаточную скорость, чтобы преодолеть притяжение астероида, его выброс передаёт оставшемуся телу импульс и меняет его движение.

Принцип в некотором смысле напоминает шланг, который начинает дёргаться и изгибаться под напором вылетающей воды.

Но этим воздействие не ограничивается.

Мощный импульс рентгеновского излучения создаёт внутри самого астероида ударную волну. Она проходит через его структуру, образуя трещины и разрушая породу изнутри. Именно этот эффект особенно заинтересовал исследователей: если астероид обнаружат слишком поздно и просто отклонить его уже не получится, возможно, его удастся разрушить.

Учёные провели три подробных трёхмерных моделирования. За основу формы и пористой структуры они взяли астероид Бенну, к которому космический аппарат НАСА добрался в 2020 году.

Исследователи меняли расстояние от ядерного заряда до поверхности и способность астероида разрушаться под воздействием возникающих напряжений. Для моделирования трещин использовали данные о двух реальных космических камнях — Челябинском метеорите, взорвавшемся над Россией в 2013 году, и метеорите Аба-Пану, упавшем в Нигерии в 2018 году.

В одном из вариантов заряд находился всего в 10 метрах от астероида. К концу самой продолжительной симуляции повреждения охватили 98,2% его вещества, а около 97% материала двигалось быстрее скорости, необходимой для ухода от притяжения астероида.

Крупные части объекта при этом разлетались в противоположных направлениях — фактически астероид начинал разрывать сам себя.

Однако ещё более любопытный результат появился, когда заряд отодвинули на 25 метров.

До астероида дошло меньше энергии, зато рентгеновское излучение охватило большую площадь поверхности. Это похоже на фонарик: если отнести его дальше от стены, пятно света станет менее ярким, зато значительно расширится.

В результате разрушения распространились по астероиду быстрее. Через 68 миллисекунд полностью повреждёнными оказались 92,6% его вещества. Для сравнения, при взрыве на расстоянии 10 метров к тому же моменту показатель составлял 78,1%.

Получается, что размещать ядерный заряд как можно ближе к поверхности может быть не всегда оптимально.

Но пока остаётся важная неизвестная: что произойдёт с астероидом после первых мгновений разрушения.

Расчёты оказались настолько сложными, что самая продолжительная симуляция проследила всего 145 миллисекунд после взрыва. При этом она потребовала 59 дней работы 1680 компьютерных процессоров.

Поэтому исследователи пока не знают, чем закончился бы такой сценарий в долгосрочной перспективе.

Разрушенный астероид мог бы распасться на части, которые безопасно разлетелись бы в пространстве. Но возможны и менее приятные варианты: некоторые обломки могли бы остаться достаточно крупными, чтобы по-прежнему угрожать Земле. Теоретически части астероида могли бы даже вновь собраться вместе под действием собственной гравитации.

Тем не менее результаты показывают, что ядерное оружие действительно может оказаться одним из вариантов последней линии защиты Земли, если опасный объект будет обнаружен слишком поздно для более аккуратного отклонения.

Авторы подчёркивают, что полноценное моделирование подобных сценариев чрезвычайно сложно, а нынешняя работа — лишь один из шагов к пониманию того, насколько эффективным может быть ядерный способ планетарной защиты.

Исследование опубликовано в журнале The Planetary Science Journal.