Asteroidi nükleer patlamayla parçalamak: LLNL'nin 3B simülasyonları 160 metrelik kayayı sınadı

ABD'deki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın (LLNL) araştırmacıları, Dünya'ya çarpma rotasındaki bir asteroidin yakınında patlatılacak nükleer bir düzeneğin kayayı nasıl etkileyeceğini üç boyutlu bilgisayar simülasyonlarıyla inceledi. The Planetary Science Journal'da yayımlanan çalışmada yaklaşık 160 metre genişliğindeki bir asteroit modeli üç farklı senaryoda sınandı. Laboratuvarın 17 Ekim'de duyurduğu sonuçlara göre senaryoların ikisinde asteroit, parçalanıp dağılma yolunda görünüyor.

Saptırmak mı, parçalamak mı?

Asteroit çarpması, önceden görülürse önlenebilecek ender doğal afetlerden biri. Bunun için iki yol tartışılıyor. Birincisi saptırma: asteroidin hızını çok az değiştirip Dünya'yı ıskalamasını sağlamak. NASA'nın DART aracı 2022'de Didymos'un küçük uydusu Dimorphos'a bilerek çarparak bu yöntemi denedi; makaledeki aktarıma göre çarpışma, Dimorphos'un yörünge süresini 33 dakika kısalttı.

İkinci yol, bilim insanlarının "sağlam parçalama" dediği yaklaşım: asteroidi öyle hızlı ve dağınık parçalara ayırmak ki hiçbir parça Dünya için tehlike oluşturmasın. Makalede bu sınır yaklaşık 10 metre olarak veriliyor; bundan büyük parçalar hâlâ tehlikeli sayılıyor. Uyarı süresinin kısa kaldığı durumlarda parçalamanın tek pratik seçenek olabileceğini yazan araştırmacılar, örnek olarak 2024 YR4 asteroidini anıyor.

Nükleer seçeneğin öne çıkma nedeni enerji: bir uzay aracının çarpma enerjisine göre asteroide çok daha fazla enerji aktarılabiliyor. Bu da onu özellikle büyük cisimler ya da kısa uyarı süreleri için bir acil durum seçeneği yapıyor.

Simülasyon nasıl kuruldu?

Ekip, LLNL'nin Spheral adlı kodunu kullandı. Kod, "düzgünleştirilmiş parçacık hidrodinamiği" denen yöntemle çalışıyor: maddeyi sabit bir ızgara yerine birbirini etkileyen çok sayıda küçük parçacık olarak izliyor. Bu yaklaşım kırılma, çatlama ve parçalanma gibi süreçleri modellemeye uygun.

Senaryoda nükleer düzenek asteroidin yüzeyine yakın bir noktada patlıyor. Patlamanın yaydığı X ışınları yüzeyin ince bir katmanını anında ısıtıp buharlaştırıyor; kopan madde asteroidi ters yöne iterken içeri doğru güçlü bir şok dalgası da gönderiyor. Araştırmacılar önce yöntemi doğruladı: 1.500'ü aşkın tek boyutlu Spheral hesabını laboratuvarın yerleşik Ares koduyla karşılaştırdılar ve sonuçların yüzde 0,8 içinde örtüştüğünü buldular. Tam üç boyutlu modeller ise önceki iki boyutlu hesaplarla yaklaşık yüzde 18 içinde uyuştu; üç boyutlu hesaplar, hesaplama yükü yüzünden daha kaba çözünürlükle çalışmak zorunda.

Sınanan asteroit, OSIRIS-REx'in incelediği Bennu'nun şekil modeli üzerine kurulmuş, tek tip forsterit (olivin grubundan bir mineral) kayadan oluşan 160 metrelik bir cisimdi. Önceki çalışmalar, 1 megatonluk bir düzeneğin 150 metreden büyük asteroitlerde sağlam parçalamayı garanti etmeyebileceğine işaret ediyordu; ekip tam da bu sınır bölgesini seçti. 1 megatonluk düzenek yüzeyden 10 ve 25 metre yükseklikte patlatıldı. Kayanın ne kadar kolay çatlayacağı ise iki farklı göktaşından, Çelyabinsk ve Aba Panu meteoritlerinden ölçülmüş değerlerle modellendi.

Sonuçlar: yüzde 98 hasar

En uzun süre ilerletilebilen simülasyonda, 10 metre yükseklikteki patlamada, asteroit malzemesinin yaklaşık yüzde 98'i tamamen hasar görmüş duruma geldi. Malzemenin yaklaşık yüzde 97'si asteroidin kaçış hızının (bu küçük cisimde saniyede yalnızca 8 santimetre kadar) üzerinde hareket ediyordu ve büyük kısmı zıt yönlere savruluyordu; araştırmacılara göre bu, cismin dağılmakta olduğunun işareti.

Çalışmanın dikkat çeken bir bulgusu enerjinin nereye bırakıldığıyla ilgili. 25 metrede patlayan düzenek asteroide toplamda daha az enerji aktardı (10 metredeki yaklaşık 55 kilotona karşı yaklaşık 30 kiloton), ancak enerjiyi daha geniş bir yüzeye yaydığı için bir senaryoda daha yaygın hasar üretti. LLNL bunun her zaman uzaktan patlatmanın daha iyi olduğu anlamına gelmediğini vurguluyor: en uygun yaklaşım asteroidin boyutuna, şekline, bileşimine ve hedefin saptırma mı parçalama mı olduğuna bağlı.

Çalışmayı yöneten Isaiah Santistevan, laboratuvarın açıklamasında simülasyonların bir asteroidin nükleer müdahaleye nasıl tepki verebileceğine dair çok daha ayrıntılı bir tablo sunduğunu söyledi. Santistevan'a göre umut verici olan, asteroidin büyük hasar görürken malzemenin aynı anda kütleçekiminden kurtulacak hızda hareket etmesi.

145 milisaniye için 59 gün

Sonuçların en önemli sınırı hesaplama yükü. En uzun simülasyon 1.680 işlemcide 59 gün çalıştı ama fiziksel olarak yalnızca 145 milisaniyelik süreyi kapsayabildi. Makaleye göre bunu tek bir saniyeye uzatmak, harcanan sürenin birkaç katını gerektiriyor ve bir yılı aşabilir.

Bu yüzden ekip, parçaların son boyutlarını ve yörüngelerini hesaplayamadı. Hiçbir parçanın 10 metreyi aşmadığını ve parçaların yeniden bir araya toplanmadığını göstermek için simülasyonun çok daha uzun sürmesi gerekiyor. Araştırmacılar bu nedenle "sağlam parçalama" sağlandığını iddia etmiyor; yalnızca iki senaryonun bu rejime çok yakın olduğunu söylüyor. Bir başka sınır da modeldeki asteroidin tek parça, tek tip kaya olması. Bennu gibi gevşek bağlı moloz yığını asteroitler farklı davranabilir.

Sırada ne var?

LLNL ekibi simülasyonları hızlandırmak, çözünürlüğü artırmak ve moloz yığını yapıları modellemek istiyor. Uzun vadede sonuçları NIF, OMEGA ve Z makinesi gibi tesislerdeki küçük ölçekli deneylerle karşılaştırmak da planlar arasında.

Saptırma tarafında ise gerçek veriler yolda: ESA'nın Hera aracının, DART'ın çarptığı Didymos sistemine Kasım 2026'da varması planlanıyor. Asteroidi nükleer bombayla bölme fikrinin sinemadaki karşılığını merak edenler için Armageddon yazımıza göz atabilir.