Fysikere foreslår en ny metode til at forsvare Jorden mod kosmiske påvirkninger

I februar 2013, skywatchers rundt om i verden vendte deres opmærksomhed mod asteroide 2012 DA14, en kosmisk sten på omkring 50 meter i diameter, der skulle flyve tættere på Jorden end det rumfartøj, der bringer os satellit-tv.

Lidt var de klar over, da de forberedte sig på begivenheden en gang i flere årtier, at endnu en smule himmelsk affald styrtede mod Jorden, med en mere direkte overskrift. Den 15. feb. 2013, Chelyabinsk-meteoren, en omtrent 62 fod (19 meter) diameter asteroide eksploderede over byen Chelyabinsk, Rusland, da den kom ind i Jordens atmosfære i en lav vinkel. Eksplosionen knuste ruder og beskadigede bygninger, og næsten to tusinde mennesker blev såret, selvom der heldigvis ikke var nogen der døde.

"Det viste sig, at to fuldstændig uafhængige asteroider kom den dag, " sagde Philip Lubin, UC Santa Barbara professor i fysik, og en af ​​de mange videnskabsmænd, der foregriber 2012 DA14's nær-jorden rendezvous. "En af dem vidste vi ville savne Jorden. Den anden, vi vidste ikke engang, at det ville komme."

For Lubin og videnskabsmænd som ham, hændelser som disse understreger vigtigheden af ​​robust planetarisk forsvar - detektion, sporing, karakterisering og i sidste ende forsvar mod potentielt farlige asteroider og kometer. Bytruende begivenheder som Chelyabinsk er sjældne, sker cirka en gang hvert 50 til 100 år, men de er potentielt ødelæggende. Den seneste af disse hændelser var Tunguska-begivenheden, et luftbrud over det østlige Sibirien i 1908, som fladede hundredvis af kvadratkilometer skov. Endnu sjældnere, men ikke desto mindre muligt, er objekter, der truer masseudryddelse, såsom Chicxulub impactor, som udslettede dinosaurerne for omkring 66 millioner år siden, eller den nyere (12, 800 år siden) luftudbrud, der forårsagede udbredt forbrænding og begyndelsen på en "påvirkningsvinter" kaldet Younger Dryas.

Imidlertid, man kan ikke udelukke muligheden for, at større objekter kommer ubehageligt tæt på Jorden i den nærmeste fremtid:Apophis, med sin 1, 214 fod (370 meter) diameter, skal lave et tæt pass fredag ​​den 13. april 2029, mens Bennu, kl 1, 608 fod (490 m) i diameter, forventes at udføre et lignende pas i 2036. Selvom de ikke forventes at ramme Jorden, selv relativt små ændringer i deres bane kan få dem til at trænge ind i gravitationslommer kaldet "nøglehuller", der kan placere dem på en mere direkte bane mod Jorden.

"Hvis det går gennem gravitationsnøglehullet, det vil generelt ramme Jorden i næste runde, " sagde Lubin.

Strategier for planetarisk forsvar har udviklet sig fra forskning i bedre metoder til at forstå truslerne, til bestræbelser på at afbøje potentielle farer og ændre deres kredsløb, herunder en strategi udviklet af Lubins gruppe, som foreslog brugen af ​​lasere til at skubbe truende genstande ud af jordens vej.

I to artikler om emnet terminal planetarisk forsvar indsendt til tidsskriftet Fremskridt inden for rumforskning , ledsaget af et meningsindlæg udgivet i Scientific American , Lubin og medforsker Alexander Cohen opstiller en mere proaktiv metode til at håndtere farligt rumaffald uden for jorden. Projektet hedder PI, som kærligt står for Pulverize It.

Forberedelse til det uundgåelige:Gør det eller gør det ikke?

"Mens vi ofte siger, at intet i livet er sikkert, men døden og skatter, vi kan bestemt også tilføje menneskelig udryddelse til denne liste, " sagde Lubin. "Der er en stor asteroide eller komet, der lurer i vores solsystem med 'Jorden' skrevet på den. Vi ved bare ikke, hvor det er, eller hvornår det rammer."

I de sidste 113 år, Jorden er blevet ramt af to store asteroider, der kunne have truet livet for millioner, havde de slået over en større by. Imidlertid, menneskeheden var heldig. I lyset af denne meget reelle trussel, det er tid til seriøst at planlægge og udføre et planetarisk forsvarsprogram, siger forskerne. PI giver mulighed for en logisk og omkostningseffektiv tilgang til det ultimative miljøbeskyttelsesprogram.

Del og hersk

Nøglen til PI-strategien er indsættelsen af ​​en række penetratorstænger, muligvis fyldt med sprængstoffer, lagt i vejen for asteroiden for at "skære og terninger" den truende genstand. Penetratorstængerne - omkring 4-12 tommer (10-30 cm) i diameter og seks til ti fod lange - fragmenterer asteroiden eller kometkernen, når den styrter ind i dem med ekstrem hastighed.

Afgørende, i stedet for at afbøje objektet, strategien er at lade jorden tage slaget, sagde forskerne, men først at skille asteroiden ad i mindre stykker – typisk på størrelse med et hus – og lade fragmenterne komme ind i Jordens atmosfære. Atmosfæren kan derefter absorbere energien og yderligere fordampe de husstørrelsesstykker til små affald, der ikke rammer jorden.

Da den oprindelige asteroide nu kommer ind i atmosfæren som en stor, distribueret sky af små fragmenter, de fordeler energien fra stødet rumligt og tidsmæssigt, som de-korrelerer blastbølgerne skabt af hvert fragment. Dette reducerer truslen markant fra katastrofal til mere af et "fyrværkeri, " Komplet med lys og lyd.

"Hvis du kan reducere de store begivenheder, som er farlige, ind i en flok små begivenheder, der er harmløse, du har i sidste ende mindsket truslen, " sagde Cohen.

"Det unikke ved denne metode er, at du kan have utrolig korte svartider, "Lubin tilføjede. "Et problem, som andre teknikker som asteroide-afbøjningsmetoder har, er, at de er stærkt begrænsede i deres responstider. Med andre ord, de er afhængige af at få et aktiv til at aflede truslen helt ud til asteroiden længe før den kommer tæt på Jorden."

I stedet, PI "slice and dice"-metoden opsnapper asteroider eller kometer, når de nærmer sig Jorden og kan indsættes af løfteraketter, der allerede eksisterer i dag, såsom SpaceX's Falcon 9 og NASA's SLS til større mål. Ifølge fysikernes beregninger, mindre mål som Chelyabinsk-meteoren kunne opsnappes kun få minutter før nedslaget ved hjælp af meget mindre løfteraketter svarende til ICBM-opfangere, mens mål, der udgør en mere alvorlig trussel, ligesom Apophis, kunne opsnappes kun 10 dage før virkningen. Afhjælpningstider så korte er helt uden fortilfælde, ifølge forskerne.

Det bedste forsvar er et godt angreb

En anden del af programmet er at overveje en proaktiv tilgang til at beskytte vores planet, sagde forskerne.

"Ligesom vi bliver vaccineret for at forhindre fremtidige sygdomme, som vi nu er så smerteligt opmærksomme, vi kunne vaccinere planeten ved at bruge penetrator-arrays som nålene på et vaccineskud for at forhindre et katastrofalt tab af liv i fremtiden, " sagde Lubin.

I denne tilgang det samme system kan bruges til proaktivt at eliminere truende objekter som Apophis og Bennu for at beskytte fremtidige generationer.

"Det er ikke velkendt, at store og truende objekter som Apophis- og Bennu-asteroiderne er ekstremt alvorlige, " fortsatte han. "Skal de slå, hver af dem har en energi ved anslag svarende til alle atomvåben på Jorden tilsammen. Forestil dig, at hele Jordens atomarsenal bliver detoneret på få sekunder. Med PI kan vi forhindre dette scenario."

Denne nye tilgang, ifølge Lubin og Cohen, kunne gøre planetarisk forsvar ganske gennemførligt og "let som PI, "og ville give mulighed for en logisk køreplan til et robust planetarisk forsvarssystem.

"Ekstraordinær hurtig reaktion er mulig, " sagde Lubin. "Vi ser ingen teknologiske showstoppere. Det er synergistisk med den nuværende generation af løfteraketter og andre, der kommer ud." Derudover, Lubin tilføjede, metoden "ville være i stor synergi med fremtidige måneoperationer, " med månen potentielt fungerende som en "fremad base for operationer."

"Menneskeheden kunne endelig kontrollere sin skæbne og forhindre en fremtidig masseudryddelse som den for de tidligere lejere af Jorden, der ikke gad med planetarisk forsvar, dinosaurerne."