Новое международное исследование показало, что жёлезосодержащие астероиды способны выдерживать гораздо большие нагрузки, чем считалось ранее, не разрушаясь при столкновениях или воздействии высоких энергий. Это критически важно для стратегий защиты Земли от потенциально опасных астероидов и уточняет представления о механике столкновений в Солнечной системе. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications и частично представлены исследователями Оксфордского университета.
Почему прочность астероидов важна для планетарной обороны
Когда речь идёт о защите Земли от потенциального столкновения с астероидом, ключевым фактором становится то, как именно космический камень реагирует на внешние воздействия — будь то столкновение, взрыв, нагрев или попытка изменить траекторию. В последние годы проводились крупные экспериментальные миссии, такие как Double Asteroid Redirection Test (DART), которые показали: изменить путь астероида возможно, но для предсказуемого эффекта необходима глубокая оценка его внутренней структуры и прочности.
До настоящего исследования большинство моделей опиралось на статические лабораторные испытания или наблюдения за разрушениями метеоров в атмосфере Земли, что давало скорее условные оценки прочности материала. Новая работа ставит под вопрос такие методы, показав, что в условиях быстрого, высокоэнергетического воздействия астероидные материалы ведут себя иначе.
Как проводилось моделирование
Учёные использовали возможности HiRadMat — High Radiation to Materials в CERN, где:
- образец метеорита Campo del Cielo (железного состава, представляющего типичный материал железных астероидов) подвергся облучению пучком протонов с энергией 440 ГэВ;
- это позволяло моделировать реалистичные условия быстрого нагрева и изменения напряжённо-деформированного состояния, приближённые к тем, что возникают при столкновениях или воздействии космических сил;
- результаты измерялись с помощью лазерной доплеровской виброметрии — точного метода для отслеживания микродеформаций поверхности в реальном времени.
Ключевым отличием от традиционных экспериментов стало то, что в новом подходе тал ломаемая не разрушалась при воздействии — исследователи могли наблюдать динамику развития напряжений, деформацию, передачу и рассеивание энергии внутри структуры материала.
Неожиданные результаты: астероиды прочнее, чем думали
Исследование показало:
- материал образца способен поглощать гораздо больше энергии, прежде чем расколоться;
- прочность увеличивается с высокой скоростью нагружения: чем быстрее воздействие, тем более эффективно газ распределяет и рассеивает энергию по сложной внутренней структуре;
- это объясняется тем, что астероидные породы ведут себя как неоднородные композиты, а не как однородный материал, как предполагалось ранее;
- наблюдается так называемое зависимое от скорости рассеивание механической энергии (strain-rate dependent damping) — при более быстром воздействии материал легче «гасит» напряжения.
Такие свойства могут изменить представления о том, насколько легко или сложно разрушить каменное тело воздействием извне, например, при попытке изменить траекторию или фрагментировать крупный астероид.
Влияние на стратегии защиты планеты
Практическая защита от угрозы астероидного воздействия требует точного понимания физики тел — как они распределяют напряжения, разрушаются, отражают энергию от столкновения или поглощают её. Новые результаты указывают на то, что астероид может не просто «разлететься на куски» при внешнем воздействии, а частично сохранять целостность, что усложняет предсказание последствий таких действий.
Это имеет значение, например, для:
- миссий по отклонению астероидов — методы, основанные на кинетическом ударе или передаче энергии, должны учитывать повышенную прочность;
- разработки моделей разрушения, используемых для оценки риска при потенциальном столкновении с Землёй;
- интерпретации наблюдений разрушений метеоритов в атмосфере: фрагментация может происходить не только из-за хрупкости.
К примеру, результаты миссии NASA DART, направленной на изменение орбиты астероида Dimorphos, показали значительную роль выбрасываемого материала («эжехта») в изменении движения тела, но детальные механизмы реакции остались предметом изучения. Новые данные по прочности астероидов могут улучшить такие модели.
Фундаментальные выводы для науки о астероидах
Ранее делалось допущение, что прочность астероидов определяется их мелкомасштабным составом и пористостью, что делало их относительно хрупкими при ударных нагрузках. Новое исследование показывает:
- структura материала может перераспределять энергию гораздо эффективнее;
- материалы способны укрепляться под нагрузкой, а не сразу разрушаться;
- для оценки реакций на экстремальные воздействия недостаточно статических лабораторных данных — требуется динамика в реальном времени.
Это открытие также помогает понять различие между поведением реальных астероидов и моделями, основанными на упрощённых представлениях хрупких тел. Такие данные могут быть внедрены в симуляции и модели, применяемые в астрофизике и планетарной защите.
Международное сотрудничество и перспективы практических применений
Проект был реализован международной командой учёных, включающей физиков из Оксфорда и других институтов, при участии партнёрской организации Outer Solar System Company (OuSoCo), которая изучает потенциал энергетических систем на основе высокоэнергетических пучков протонов в космосе.
Дальнейшие исследования могут включать:
- моделирование поведения разных типов астероидных пород (не только железосодержащих);
- анализ влияния высокоскоростных столкновений на состав и выход выбрасываемых материалов;
- интеграцию новых данных в глобальные стратегии защиты Земли от потенциальных ударов.
Заключение
Новое исследование прочности астероидного материала под экстремальным быстрым воздействием подчёркивает, что **реальные космические тела ведут себя иначе, чем это было принято считать по более простым моделям». Астероиды способны поглощать и перераспределять энергию, становясь более устойчивыми к разрушению. Это представляет собой существенное уточнение для научных и практических подходов планетарной защиты и моделирования столкновений в Солнечной системе.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
