Текст уведомления здесь

Хондрит не проскочит

Ученые из МФТИ провели учебную ядерную атаку на астероиды

Благодаря серии экспериментов по разрушению искусственных хондритов с помощью лазеров в лабораторных условиях, российские ученые смогли лучше понять, как эффективнее всего разрушать астероиды атомным оружием.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Росатома, Российского федерального ядерного центра и МФТИ создали в лаборатории небольшие копии хондритных астероидов, а затем с помощью лазеров разрушили их. Наносекундный лазерный импульс послужил экспериментальной заменой ядерному взрыву. Опыты показали высокую эффективность ядерной противоастероидной обороны, а также подсказали самые результативные пути ее реализации. Соответствующая статья опубликована в Журнале экспериментальной и теоретической физики.

Удар астероида — практически единственная из глобальных катастроф за последние 200 миллионов лет, которая вызвала массовое вымирание больших масштабов. 66 миллионов лет назад взрыв одного астероида был эквивалентен по мощности 100 миллионам мегатонн, что примерно в 20 000 раз мощнее всего имеющегося ядерного арсенала на Земле. В связи с этим, в отличие от собственно ядерной войны, падение крупного астероида действительно может вызвать вымирание человечества на планете, и вопрос о предупреждении подобного события весьма важен для будущего нашего вида.

В теории астероид можно разрушить ядерной боеголовкой еще в космосе, на подлете к Земле. Но процесс этот надо тщательно рассчитать, чтобы разбить небесное тело на осколки нужного (неопасного) размера. Иначе вместо ликвидации угрозы астероидной бомбардировки можно получить еще более широкое накрытие населенных частей планеты сразу множеством ударов. Но если фрагментация астероида будет тщательно рассчитанной, то на планету упадут осколки небольших размеров, порядка Челябинского метеорита. Благодаря фрагментации они либо сгорят, либо взорвутся высоко в атмосфере, что позволит избежать человеческих жертв.

Иллюстрация пресс-службы МФТИ

Иллюстрация пресс-службы МФТИ

Другой серьезный вопрос — какой именно мощности должен быть заряд, направленный на уничтожение того или иного астероида. Если его мощность окажется недостаточной, чтобы разрушить небесного гостя с первой попытки, времени для второй у землян может и не оказаться.

Ключевой проблемой при расчете фрагментации является то, что процесс разрушения астероида после ядерного удара очень сложно смоделировать. Как отмечают авторы новой работы, «сложность процессов, неопределенность в структуре и форме астероидов делают практически невозможным точное численное моделирование». Чтобы как-то выйти из непростой ситуации, исследователи предлагают научиться «колоть» астероиды экспериментально.

Сделать это в космосе (натурным экспериментом) будет сравнительно дорого. Поэтому ученые создали в лаборатории небольшие точные копии хондритных астероидов (всего 3—6 миллиметров в диаметре). Хондритными называют такие малые небесные тела, которые состоят из округлых частиц-хондр размерами не более миллиметра, главным образом силикатного состава, с включениями углерода.

Для точной имитации действия ядерного заряда авторы работы подвергли «лабораторные астероиды» воздействию лазерных импульсов энергией от 50 до 500 джоулей. Это соответствует действию ядерной боеголовки мощностью до шести мегатонн на астероид хондритного состава диаметром в 200 метров. Лазерное воздействие хорошо тем, что оно воспроизводит ядерный удар в вакууме. Ядерный взрыв в космосе ударной волны создать не может — нет атмосферы. Поэтому почти вся его энергия выделяется в виде излучения, что предельно сближает ситуацию с действием лазерного импульса в лаборатории.

В ходе экспериментов оказалось, что мощности ядерной боевой части, сравнимой с существующими сегодня, вполне достаточно для полного и надежного разрушения астероида умеренных размеров. Боеголовка в три мегатонны превратит в довольно мелкие обломки астероид диаметром в 200 метров. С телами километровых размеров необходимая мощность будет значительно выше, вне пределов существующих зарядов в современных ядерных арсеналах. Однако километровые тела падают на нашу планету заметно реже, чем двухсотметровые.

Интересно, что если перед взрывом в лабораторных «астероидах» делали небольшое углубление, куда и били лазерным импульсом, то удельные энергозатраты на разрушение тела заметно снижались — примерно на 23 процента. Происходило это потому, что при таком подрыве значительно меньшая часть излучения рассеивается в стороны и больше энергии достается самому «астероиду».

Такой сценарий подрыва — в углублении, созданном предварительным ударом небольшой металлической болванки, — может быть крайне актуален в случаях, когда нужно уничтожить небесные тела заметно больше 200 метров, типа астероида Апофиса или древнего Чиксулубского астероида (он имел не менее десяти километров в диаметре). Дело в том, что сегодня на вооружении нет ядерных боеголовок необходимой мощности, а быстро создать их с нуля не получится, поскольку уже десятилетиями их никто не делал, да и ракет-носителей под действительно мощные заряды пока нет.

Авторы работы отдельно отмечают ее ограничения. Хотя хондриты — самые часто встречающиеся среди астероидов, среди них немало и астероидов М-класса. Они состоят из металлов, главным образом железа и никеля. Такие тела намного прочнее хондритных, и для их уничтожения (при равных с хондритными размерах) нужны заметно более мощные средства. Чтобы определить, какие конкретно, нужны дополнительные исследования, с созданием и обстрелом в лаборатории искусственных малоразмерных аналогов астероидов М-класса.

Как уже сообщал «Чердак», исследователи из Томска рассчитали и другой аспект ядерной противоастероидной обороны — в какой именно точке траектории опасного астероида нужно нанести ядерный удар, чтобы свести к нулю возможность падения на Землю его осколков. В теории они могут дать радиоактивное загрязнение, и, хотя оно будет несопоставимо слабее чернобыльского, масштаб даже такого вторичного заражения желательно, по возможности, уменьшить. Согласно выводам томских ученых, для этого лучше всего взорвать астероид (или просто отклонить его с траектории, пересекающейся с земной) ядерной боеголовкой в тот момент, когда он удаляется, а не приближается к Земле.

Такой вариант возможен, так как крупные астероиды крайне редко падают на Землю с первого же сближения с ней. Обычно гравитация нашей планеты постепенно подтягивает малые небесные тела все ближе и ближе, и они за это время множество раз успевают сблизиться с ней и вновь удалиться от нее. При ударе на догонном курсе обломки с нейтронной активацией, как правило, будут выброшены на такие орбиты, с которых не смогут уже вернуться к Земле, тем самым сводя к минимуму ее радиоактивное заражение.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
Фрагмент Королевских ворот в Хаттусу, столицу Хеттской империиStylone / Фотодом / Shutterstock

Бронзовый коллапс, или Куда делись все эти люди

Чем был вызван кризис средиземноморских цивилизаций три тысячи лет назад

В конце второго тысячелетия до нашей эры в Греции и на Ближнем Востоке — в Месопотамии, в Древнем Египте, в Сирии, в Малой Азии — творились очень странные дела. Великие царства бронзового века одно за другим уходили в небытие, из ниоткуда появлялись новые народы, хроники повествовали о нашествиях, голоде и прочих бедствиях. Историки долго предпочитали винить во всем «народы моря», но теперь, благодаря археологическим данным, полученным в последние годы, у нас, кажется, есть основания иначе отвечать на вопрос, кто виноват в коллапсе «бронзовых» цивилизаций.
Добавить в закладки
Комментарии

Как рассказывает профессор Эрик Клайн из Университета Джорджа Вашингтона, директор Капитолийского археологического института, автор книги «1177 BC: The Year Civilization Collapsed», Средиземноморье позднего бронзового века представляло собой мир, очень похожий на современный, — глобализованное пространство с торговыми нитями, опутавшими всю ойкумену, то есть все страны, составлявшие на тот момент европейскую цивилизацию.

Торговые и культурные связи второго тысячелетия до нашей эры обеспечивали единый высокий технологический уровень городов Греции и Ближнего Востока во всем: в кораблестроении, в архитектуре, в обработке металлов. Чтобы показать протяженность и устойчивость торговых путей бронзового века, достаточно сказать, что олово для выплавки бронзовых изделий поступало, скорее всего, из Афганистана, а медь брали на Кипре.  Города были оснащены системами водоснабжения, инженерный уровень которых античным грекам тысячу лет спустя и не снился.

Все это откатилось назад со страшной скоростью в кратчайшие по меркам истории сроки, чтобы сбросить с древнего мира бронзовый век и позволить ему войти в новый век — железный, в ту историю, которую мы изучаем в школе.

За относительно короткое время — в древнеегипетских надписях зафиксирован промежуток от 1207 до 1177 года до нашей эры — весь прекрасный бронзовый мир растворяется. Торговые связи рушатся. Из известных нам царств бронзового века в более-менее нетронутом виде остается Египет, который теряет контроль над Сирией и Палестиной. Вавилон и Ассирия сохраняют разве что локальное значение. Исчезает микенская цивилизация. Разрушена Троя. [ ... ]

Читать полностью

Космическая лихорадка

Насколько реальны планы добывать полезные ископаемые в космосе

Если посмотреть промо-ролики «космошахтерских» компаний Planetary Resources или Deep Space Industries, создается впечатление, что это реклама компьютерной игры: красивая графика и фантастический сюжет про добычу в космосе полезных ископаемых. «Чердак» разбирается, что в проектах извлечения прибыли из разработки недр астероидов пока остается полной фантастикой, а что уже приобретает реальные черты.
Добавить в закладки
Комментарии

Почем астероид?

Рассуждать, сколько всего ценного можно добыть на астероидах, — задача приятная и увлекательная, поскольку цифры получаются астрономические, а подсчеты за нас уже провел Ян Уэбстер, создатель сайта Asterank (ныне принадлежит Planetary Resources). Он уже рассчитал приблизительную ценность недр тысяч астероидов и примерную стоимость их разработки с поправкой на то, насколько доступен тот или иной астероид для миссий с Земли. Самым экономически выгодным, по его расчетам, является астероид Рюгу — тот содержит никеля, кобальта, железа и воды на $ 83 миллиарда, а его разработка может принести до $ 30 миллиардов чистой прибыли. В этом году до него как раз должен долететь японский космический аппарат «Хаябуса-2».

Художественное изображение «Хаябусы-2» и астероида Рюгу / ISAS / JAXA
Художественное изображение «Хаябусы-2» и астероида Рюгу / ISAS / JAXA

Из чего состоят астероиды, с Земли можно установить по спектру света, который они отражают. Особенно интересны с точки зрения содержания воды, редкоземельных элементов и платиноидов астероиды, состоящие из углистых хондритов. Однако спектральный анализ, конечно, не абсолютно точен. [ ... ]

Читать полностью

«В стадии мирной коллаборации»

Один из создателей Российского квантового центра — о перспективах квантовых компьютеров

Громких заголовков про успехи квантовых компьютеров появляется все больше: одни ученые сделали рабочий кубит — элемент квантовой информации, другие — собрали компьютер на десяти кубитах, третьи — показали преимущество квантовых компьютеров над обычными в некоторых частных задачах. Как разглядеть за этим гигантскую историю, меняющую весь мир, рассказывает Сергей Белоусов, генеральный директор компании Acronis и один из основателей Российского квантового центра.
Добавить в закладки
Комментарии

Основа обычных компьютеров — бит — это некоторый объект, который может находиться в двух взаимоисключающих состояниях: либо «0», либо «1». Бит может кодироваться, например, напряжением полупроводникового транзистора: если оно больше некоторого значения, то значения бита — логическая «1», а если меньше — то логический «0». Память компьютера — это массив битов, а все вычисления — определенные операции, изменяющие состояния битов.

Кубиты в отличие от битов могут находиться одновременно сразу в двух логических состояниях. Если бы кубит можно было построить на полупроводником транзисторе, то такой транзистор при попытке измерить его напряжение с определенной вероятностью выдал бы логическую единицу, а с другой, тоже ненулевой вероятностью, — логический ноль. Но получить кубит на транзисторе невозможно, поскольку напряжение на нем всегда определяется однозначно — вместо этого их делают на различных миниатюрных системах, поведение которых описывается законами квантовой физики. Здесь есть два основных направления: одни группы работают с кубитами на основе микроскопических сверхпроводящих колец (логические «0» и «1» кодируют направления тока по кольцу, ток в такой системе может одновременно течь как по часовой, так и против часовой стрелки), а другие — на основе атомов, охлажденных до температуры в несколько кельвин («0» и «1» — это разные энергетические состояния атомов).

В перспективе вычислительная мощность квантовых компьютеров значительно превосходит мощности компьютеров обыкновенных. Если система из двух битов кодирует только два состояния, то система из двух кубитов — сразу четыре (каждый кубит по отдельности одновременно и «0» и «1», а значит два кубита одновременно в четырех состояниях — «00», «01», «10», «11»), а система из 10 кубитов будет кодировать 210, то есть 1024 состояний. При этом вычислительные операции над каждым из этих состояний можно совершать параллельно, и поэтому квантовый компьютер в каком-то смысле — это огромный массив параллельных процессоров

В качестве возможных применений квантовых компьютеров разработчики чаще всего говорят о моделировании различных физических процессов — это очень большие вычислительные задачи, которые не под силу классическим компьютерам. Кроме этого, квантовые компьютеры часто упоминают в контексте кибербезопасности, поскольку многие современные методы шифрования могут быть легко взломаны за счет квантовых вычислений. [ ... ]

Читать полностью