Planetariske forsvarere validerer asteroideafbøjningskode

Planetforsvarsforskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fortsætter med at validere deres evne til nøjagtigt at simulere, hvordan de kan afbøje en jordbundet asteroide i en undersøgelse, der vil blive offentliggjort i april-udgaven af ​​tidsskriftet American Geophysical Union Jord- og rumvidenskab .

Studiet, ledet af LLNL fysiker Tané Remington, identificerede også følsomheder i kodeparametrene, der kan hjælpe forskere, der arbejder med at designe en modelleringsplan for Double Asteroid Redirection Test (DART) missionen i 2021, som vil være den første demonstration af kinetisk nedslagsafbøjning nogensinde på en jordnær asteroide.

Asteroider har potentiale til at påvirke Jorden og forårsage skade på lokal til global skala. Menneskeheden er i stand til at afbøje eller forstyrre en potentielt farlig genstand. Imidlertid, på grund af den begrænsede evne til at udføre eksperimenter direkte på asteroider, Forståelse af, hvordan flere variabler kan påvirke et kinetisk afbøjningsforsøg, er afhængig af hydrodynamiske simuleringer i stor skala, der er grundigt undersøgt i forhold til relevante laboratorieskala eksperimenter.

"Vi forbereder os på noget, der har en meget lav sandsynlighed for at ske i vores liv, men en meget stor konsekvens, hvis det skulle ske, " sagde Remington. "Tiden vil være fjenden, hvis vi en dag ser noget på vej. Vi har muligvis et begrænset vindue til at afbøje det, og vi vil gerne være sikre på, at vi ved, hvordan vi afværger en katastrofe. Det er det, dette arbejde handler om."

Denne undersøgelse undersøgte nøjagtigheden af ​​koderne ved at sammenligne simuleringsresultater med data fra et 1991 laboratorieeksperiment udført ved Kyoto Universitet, hvor et projektil med høj hastighed ramte et basaltkuglemål.

Remington brugte en adaptiv udglattet-partikel hydrodynamik kode ved navn Spheral til at producere simuleringsresultater, der ligner de eksperimentelle resultater. Simuleringerne hjalp også forskerne med at identificere, hvilke modeller og materialeparametre der er vigtigst for nøjagtigt at simulere påvirkningsscenarier med en skør, stenet asteroide.

De fandt ud af, at udvælgelsen af ​​styrkemodellen og dens parametre havde en væsentlig effekt på den forudsagte kraterstørrelse og mængden af ​​momentum, der blev overført til målasteroiden. Ud over styrkemodellen, holdet fandt, at simuleringsresultater også er følsomme over for belastningsmodeller og materialeparametre.

Disse resultater fremhæver sammenhængen mellem at have korrekt validerede koder og have den nødvendige tillid til effektivt at planlægge en afbøjningsmission. Selvom ingen asteroider udgør en umiddelbar trussel mod Jorden, LLNL-forskere samarbejder med National Nuclear Security Administration og NASA i udviklingen af ​​en modelleringsplan for DART-missionen. Disse resultater vil hjælpe holdet med at finpudse sin modelplan for DART.

DART-rumfartøjet vil opsendes i slutningen af ​​juli 2021. Målet er en binær (to asteroider, der kredser om hinanden) jordnære asteroide ved navn Didymos, som bliver intenst observeret ved hjælp af teleskoper på Jorden for præcist at måle dens egenskaber før nedslaget. DART-rumfartøjet vil bevidst styrte ned i den mindre måne i den binære asteroide – kaldet Didymoon – i september 2022 med en hastighed på cirka 6,6 kilometer/sekund. Kollisionen vil ændre månens hastighed i dens kredsløb omkring hovedlegemet med en brøkdel af 1 procent, men dette vil ændre månens omløbsperiode med flere minutter - nok til at blive observeret og målt ved hjælp af teleskoper på Jorden.

"Denne undersøgelse tyder på, at DART-missionen vil give en mindre momentumoverførsel end tidligere beregnet, " sagde Mike Owen, LLNL fysiker, medforfatter på papiret og udvikler af Spheral Code. "Hvis der var en jordbundet asteroide, at undervurdere momentumoverførsel kan betyde forskellen mellem en vellykket afbøjningsmission og et nedslag. Det er vigtigt, at vi får det rigtige svar. At have data fra den virkelige verden at sammenligne med er som at have svaret bagerst i bogen."