Forskare simulerar framgångsrik kärnvapenexplosion av en asteroid i laboratoriet

Forskare simulerar framgångsrik kärnvapenexplosion av en asteroid i laboratoriet

En explosion av röntgenstrålar från en kärnvapenexplosion kan vara tillräckligt för att skydda jorden från en annalkande asteroid. Detta framgår av resultaten av ett förstagångsexperiment.

Resultaten, publicerade 23 september i Nature Physics, visar "verkligen fantastiska direkta experimentella bevis på hur effektiv denna teknik kan vara", enligt Dawn Graninger, fysiker vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland. "Det är mycket imponerande arbete."

Nathan Moore, en fysiker vid Sandia National Laboratories i Albuquerque, New Mexico, och hans team designade experimentet för att simulera vad som kan hända om en kärnvapenbomb detonerades nära en asteroid. Hittills har forskare studerat dynamiken i en bombs tryckvåg, som skapas av gasens expansion och trycker mot en asteroid. Moore och hans team tror dock att den stora mängden röntgenstrålar som produceras i explosionen kan ha en större effekt på att ändra en asteroids bana.

Teamet använde Sandias enorma Z-maskin, som använder magnetfält för att generera höga temperaturer och kraftfulla röntgenstrålar. De avfyrade röntgenstrålar mot två testasteroider som var ungefär lika stora som kaffebönor. "Omkring 80 biljoner watt elektricitet strömmar genom maskinen under ungefär 100 miljarddels sekund", säger Moore. "Denna intensiva elektriska laddning komprimerar argongas till ett mycket varmt plasma med temperaturer på miljoner grader, vilket skapar en bubbla av röntgenstrålar."

De två testasteroiderna var cirka 12 millimeter i diameter och var gjorda av kvarts och kiselgel för att reflektera olika sammansättningar av asteroider i solsystemet. Var och en hängdes upp från ett tunt stycke folie i ett vakuum. När röntgenbubblan träffade klippte den folien som en sax, vilket skickade asteroiderna i fritt fall. Detta gjorde det möjligt att observera den faktiska effekten av röntgenstrålningen under förhållanden som liknar rymdens vakuum. "Det här är helt nytt", säger Graninger. "Jag har aldrig hört talas om att något liknande har gjorts förut."

Resultaten av experimentet, som varade bara 20 miljondelar av en sekund, visade att kvarts- och kiseldioxidproverna accelererade till 69,5 meter per sekund och 70,3 meter per sekund innan de förångades. Orsaken till accelerationen var röntgenstrålarna som förångade asteroidernas yta och skapade en dragkraft när gasen expanderade från deras ytor.

Moore säger att resultaten visar att tekniken kan skalas upp till mycket större asteroider, med en diameter på cirka 4 kilometer, för att styra dem bort från en kollisionskurs med jorden. "Vi är särskilt intresserade av de största asteroiderna med kort varningstid", säger han. I dessa fall kan andra tillvägagångssätt, som att ramma en rymdfarkost in i en asteroid - som gjordes i NASA:s Double Asteroid Redirection Test, eller DART, 2022 - "inte ha tillräckligt med energi för att slå den ur kurs."

Mary Burkey, fysiker vid Lawrence Livermore National Laboratory i Livermore, Kalifornien, beskriver studien som "en av de första stora blockbusterpublikationerna som försöker ta reda på hur vi på jorden kan återskapa en kärnavböjning av en asteroid." Hon framhåller att andra experiment undersöker möjligheten, inklusive de som använder meteoritprover för att mer exakt simulera asteroidernas sammansättning. "Planetskydd har mycket mer tid i rampljuset", säger hon.

Moore hoppas kunna genomföra ytterligare experimentella tester av röntgenavböjningstekniken för att förfina dess effektivitet. En dag kan det också bli ett test i rymden, liknande DART-uppdraget, för att observera effekten på en riktig asteroid. "Det finns inget som hindrar oss förutom viljan att göra det", säger han.

1. Moore, N.W. et al. Nature Phys. https://doi.org/10.1038/s41567-024-02633-7 (2024).

Ladda ner referenser