Planetoidy twardsze i trudniejsze do zniszczenia niż uważano

Sekwencja klatek pokazująca jak grawitacja przyczynia się do ponownej akumulacji materii w godzinach po uderzeniu. Źródło: Charles El Mir/Johns Hopkins University

Popularnym motywem produkcji hollywoodzkich jest temat planetoidy zmierzającej w stronę Ziemi i zagrażającej istnieniu życia na naszej planecie. Jak to zwykle bywa, dzielni bohaterowie startują z Ziemi i zmierzają na spotkanie ze skałą, aby spektakularnie ją zniszczyć. Jednak nadlatujące planetoidy mogą być trudniejsze do zniszczenia niż naukowcy dotychczas przypuszczali. Takie wnioski płyną z badań przeprowadzonych na JHU z uwzględnieniem najnowszej wiedzy o pęknięciach skał oraz nowej metody modelowania komputerowego pozwalającej na symulowanie zderzeń planetoid.

Wyniki badań, które zostaną opublikowane 15 marca w periodyku Icarus, mogą wspomóc opracowywanie strategii obrony przed takimi planetoidami oraz pomóc nam lepiej zrozumieć procesy formowania układu słonecznego.

“Sądziliśmy, że im większy obiekt, tym łatwiej będzie go zniszczyć, ponieważ na większych obiektach jest więcej miejsca na uskoki, szczeliny i słabe punkty. Wyniki naszych badań jednak wskazują, że planetoidy są twardsze niż nam się zdawało i do ich zniszczenia potrzeba więcej energii” mówi Charles El Mir z Johns Hopkins University, główny autor opracowania.

Badacze dobrze znają materię skalną w skali laboratoryjnej (o rozmiarach powiedzmy pięści), ale wyniki ich badań ciężko przenieść na obiekty rozmiarów miasta, takie jak planetoidy. Na początku XXI wieku, inny zespół badawczy opracował model komputerowy, do którego wprowadzał masę, temperaturę oraz kruchość materii i symulował czołowe zderzenie planetoidy o średnicy 1 kilometra z planetoidą o średnicy 25 kilometrów przy prędkości zderzenia równej 5 kilometrom na sekundę. Wyniki wskazują, że w takim zderzeniu większa z planetoid uległaby całkowitemu zniszczeniu.

W ramach najnowszych badań El Mir, Derek Richardson oraz K. T. Ramesh odtworzyli ten sam scenariusz wykorzystując do tego nowy model komputerowy Tonge-Ramesha, który uwzględnia bardziej szczegółowe, procesy małoskalowe, które zachodzą podczas zderzenia planetoid. Wcześniejsze modele nie uwzględniały właściwie ograniczonej prędkości pęknięć w planetoidach.

“Zastanawialiśmy się ile energii faktycznie trzeba, aby zniszczyć lub wysadzić planetoidę” mówi El Mir.

Symulacja została podzielona na dwa etapy: występującą w krótkiej skali czasowej fazę fragmentacji oraz długofalową reakumulację pod wpływem grawitacji. Pierwsza faza uwzględnia procesy, które zaczynają się natychmiast po uderzeniu planetoidy, procesy zachodzące w ułamku sekundy. Druga, dłuższa faza uwzględnia wpływ grawitacji na odłamki oderwane od powierzchni planetoidy wskutek zderzenia, oraz grawitacyjną reakumulację zachodzącą przez wiele godzin po zderzeniu.

W pierwsze fazie po uderzeniu, powstają miliony pęknięć we wnętrzu planetoidy, powstaje krater. W tej części modelu analizowano poszczególne pęknięcia oraz przewidywano ogólne wzory propagacji tych pęknięć. Nowy model wykazał, że wbrew temu co zakładano wcześniej, niecała planetoida ulega zniszczeniu wskutek uderzenia. Uszkodzone jądro planetoidy wywołuje silne przyciąganie grawitacyjne na oderwane od niego fragmenty.

Zespół badaczy odkrył, że w wyniku zderzenia nie powstaje “zlepek gruzu” czyli zbiór słabych fragmentów luźno utrzymywanych razem przez grawitację. Zamiast tego planetoida zachowywała znaczącą część swojej twardości, ponieważ nie ulegała całkowitemu rozbiciu. Oznacza to, że do niszczenia planetoid trzeba większej ilości energii.

“Może to brzmieć jak science fiction, ale wiele badań dotyczy zderzeń planetoid. Dla przykładu, gdyby w stronę Ziemi leciała planetoida, to czy lepiej byłoby ją rozbić na mniejsze fragmenty czy zmienić trajektorię jej lotu? A jeżeli to drugie, to ile trzeba do tego energii, aby zmienić kierunek lotu planetoidy, ale jej nie rozerwać? To jedne z aktualnie rozważanych kwestii” dodaje El Mir.

“W Ziemię stosunkowo często uderzają niewielkie planetoidy, tak jak chociażby w Czelabińsku kilka lat temu” mówi Ramesh. “Kwestią czasu jest sytuacja, w której te czysto akademickie rozważania zostaną wykorzystane do opracowania naszej reakcji na poważne zagrożenie. Do tego czasu musimy mieć opracowany plan działania”.

Źródło: JHU

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2018.12.032

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.