Wetenschappers simuleren een succesvolle nucleaire explosie van een asteroïde in het laboratorium

Wetenschappers simuleren een succesvolle nucleaire explosie van een asteroïde in het laboratorium

Een uitbarsting van röntgenstraling van een nucleaire explosie zou voldoende kunnen zijn om de aarde te beschermen tegen een naderende asteroïde. Dit blijkt uit de resultaten van een eerste experiment.

De resultaten, gepubliceerd op 23 september in Nature Physics, tonen "werkelijk verbluffend direct experimenteel bewijs van hoe effectief deze techniek kan zijn", aldus Dawn Graninger, een natuurkundige aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. “Het is heel indrukwekkend werk.”

Nathan Moore, een natuurkundige bij Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico, en zijn team ontwierpen het experiment om te simuleren wat er zou kunnen gebeuren als een atoombom zou ontploffen in de buurt van een asteroïde. Tot nu toe hebben wetenschappers de dynamiek van de drukgolf van een bom bestudeerd, die ontstaat door de uitzetting van gas en die tegen een asteroïde duwt. Moore en zijn team zijn echter van mening dat de grote hoeveelheid röntgenstraling die bij de explosie wordt geproduceerd een groter effect zou kunnen hebben op het veranderen van het traject van een asteroïde.

Het team gebruikte Sandia's enorme Z-machine, die magnetische velden gebruikt om hoge temperaturen en krachtige röntgenstralen te genereren. Ze vuurden röntgenstralen af ​​op twee testasteroïden die ongeveer zo groot waren als koffiebonen. “Ongeveer 80 biljoen watt elektriciteit stroomt gedurende ongeveer 100 miljardste van een seconde door de machine”, zegt Moore. “Deze intense elektrische lading comprimeert argongas tot een zeer heet plasma met temperaturen van miljoenen graden, waardoor een bel van röntgenstraling ontstaat.”

De twee testasteroïden hadden een diameter van ongeveer 12 millimeter en waren gemaakt van kwarts en silicagel om de verschillende samenstellingen van asteroïden in het zonnestelsel te weerspiegelen. Elk werd in een vacuüm aan een dun stuk folie opgehangen. Toen de röntgenbel insloeg, sneed hij de folie als een schaar door, waardoor de asteroïden in een vrije val terechtkwamen. Dit maakte het mogelijk om het daadwerkelijke effect van de röntgenstralen waar te nemen onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met het vacuüm van de ruimte. “Dit is compleet nieuw”, zegt Graninger. “Ik heb nog nooit gehoord dat zoiets wordt gedaan.”

De resultaten van het experiment, dat slechts 20 miljoenste van een seconde duurde, toonden aan dat de kwarts- en silicamonsters versnelden tot 69,5 meter per seconde en 70,3 meter per seconde voordat ze verdampten. De oorzaak van de versnelling waren de röntgenstralen die het oppervlak van de asteroïden verdampten, waardoor een stuwkracht ontstond toen het gas zich van hun oppervlak uitbreidde.

Moore zegt dat de resultaten laten zien dat de techniek kan worden opgeschaald naar veel grotere asteroïden, met een doorsnede van ongeveer 4 kilometer, om ze weg te leiden van een ramkoers met de aarde. “We zijn vooral geïnteresseerd in de grootste asteroïden met een korte waarschuwingstijd”, zegt hij. In deze gevallen hebben andere benaderingen, zoals het rammen van een ruimtevaartuig in een asteroïde – zoals werd gedaan in NASA's Double Asteroid Redirection Test, of DART, in 2022 – “misschien niet genoeg energie om het uit koers te brengen.”

Mary Burkey, een natuurkundige aan het Lawrence Livermore National Laboratory in Livermore, Californië, beschrijft de studie als "een van de eerste grote blockbuster-publicaties die probeert uit te vinden hoe we op aarde een nucleaire afbuiging van een asteroïde kunnen nabootsen." Ze benadrukt dat andere experimenten de mogelijkheid onderzoeken, waaronder experimenten waarbij meteorietmonsters worden gebruikt om de samenstelling van asteroïden nauwkeuriger te simuleren. “Planetaire bescherming staat veel meer in de schijnwerpers”, zegt ze.

Moore hoopt verdere experimentele tests van de röntgenafbuigingstechniek uit te voeren om de effectiviteit ervan te verfijnen. Op een dag zou er ook een test in de ruimte kunnen plaatsvinden, vergelijkbaar met de DART-missie, om het effect op een echte asteroïde te observeren. ‘Niets houdt ons tegen, behalve de wil om het te doen’, zegt hij.

1. Moore, NW et al. Natuur Fys. https://doi.org/10.1038/s41567-024-02633-7 (2024).

Referenties downloaden