科學家研究核爆炸所釋放中子能量對小行星偏轉的影響
據外媒報導,由勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)和美空軍技術學院(AFIT)聯合開展了一項有關核裝置爆炸產生的中子能量究竟是如何影響小行星偏轉的研究。科學家們比較了兩種不同的中子能量來源(代表裂變和聚變中子)造成的小行星偏轉,並進行了並排比較。
據悉,該項研究的目的是了解核爆炸釋放的哪些中子能量更有利於小行星偏轉及其中的原因,從而為優化偏轉性能鋪平道路。
相關研究報告已發表在《Acta Astronautica》上,該研究由Lansing Horan IV領導。另外論文的合著者還有Megan Bruck Syal、Joseph Wasem及Darren Holland、Maj. James Bevins等人。
Horan指出,由於中子比X射線更有穿透力,所以研究小組將專注點放在了核爆炸的中子輻射上。“這意味著,中子產生的熱量可能會加熱小行星表面更多的物質,因此,跟X射線產生的熱量相比,中子產生的熱量更能有效地使小行星偏離軌道。”
不同能量的中子可以通過不同的相互作用機制跟同一物質相互作用。通過改變沉積能量的分佈和強度,由此產生的小行星偏轉也會受到影響。
研究表明,能量沉積剖面–映射了小行星曲面上和下面的空間位置,能量在那里以不同的分佈沉積–在這項工作中比較的兩種中子其能量之間可能有著很大的不同。當沉積能量在小行星上的分佈不同時,這意味著熔化/蒸發的吹離碎片的數量和速度會發生變化,而這最終決定了小行星最終的速度變化。
Horan表示,對付小行星有兩個基本選擇:破壞或偏轉。
破壞是一種將相當多的能量傳遞給小行星的方法,後者會被猛烈地粉碎成許多以極端速度移動的碎片。“過去的研究發現,超99.5%的原始小行星質量將跟地球擦肩而過。如果小行星撞擊前的預警時間很短,或小行星相對較小則可能會考慮這種破壞路徑,”Horan說道。
偏轉則是較為溫和的方法,它包括給予小行星更少的能量、保持天體的完整性並以稍微改變的速度將其推到稍微不同的軌道上。“隨著時間的推移,在撞擊發生前的許多年裡,即使是極小的速度變化也會增加跟地球的距離。如果我們有足夠的預警時間來實施這種反應,那麼偏轉通常可能會是更安全、更’優雅’的選擇。這就是為什麼我們的工作重點是偏轉,”Horan說道。
據了解,這項工作分兩個主要階段進行,包括中子能量沉積和小行星偏轉響應。
對於能量沉積這塊,研究人員通過使用洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Monte Carlo N-Particle (MCNP) 輻射輸運程序模擬了本研究中比較的所有不同案例研究。MCNP模擬出了中子向300米SiO2球形小行星輻射的對峙爆炸。這顆小行星被數百個同心球體和封裝的圓錐體分割從而形成數十萬個單元,另外還對每個單胞的能量沉積進行了統計和跟踪以生成整個小行星的能量沉積剖面或空間分佈。
對於小行星偏轉,研究人員則利用了LLNL的2D and 3D Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE3D)程序以模擬小行星物質對考慮的能量沉積的響應。MCNP生成的能量沉積剖面被導入並映射到ALE3D小行星上從而實現初始化模擬。對於中子產額和中子能量的不同配置則可以獲得偏轉速度變化,這能量化中子能量對產生偏轉的影響。
Horan表示這項工作是核偏轉模擬的一小步。
另外他還指出,研究表明,能量沉積數據的精度和準確性非常重要。“如果能量沉積輸入不正確,我們就不應該對小行星偏轉輸出擁有太多的信心。我們現在知道,能量沉積剖面對於巨大的產量是最重要的,它將被用來使大型小行星偏轉。 ”
他表示,如果有一個計劃來減緩一個大的小行星來襲,那麼應該考慮能量沉積的空間剖面以正確模擬出預期的小行星速度變化。
為規劃小行星緩減任務,科研人員必須將這些能量參數考慮在內,這樣才能進行正確的模擬和預期。
Horan說道:“重要的是,我們要進一步研究和了解所有小行星減緩技術以便最大限度地利用我們的工具包。在某些情況下,使用核裝置使小行星偏轉比非核裝置有擁有幾個優勢。事實上,如果預警時間很短,而且(發生事故的小行星很大,那麼核爆炸可能是我們唯一可行的偏轉和破壞選擇。”