Нейните хиперреалистични компютърни модели ни защитават от астероиди

Сабина Радукан има работата, която бихте очаквали да изпълнява главният герой във филм на Майкъл Бей от 90-те години. в Скалата, д-р Стенли Гудспийд на Никълъс Кейдж е специалист по химически оръжия от ФБР, който помага да се спаси положението. в Армагедон, Хари Стампър на Брус Уилис е ветеран сондаж за нефт, който помага да се спаси положението. А в университета в Берн, един от най-големите университети в Швейцария, Сабина Радукан изгражда хиперреалистични модели на сблъсъци с астероиди. Което един ден може да помогне за спасяването на цялата ни планета.

За да бъде ясно, Raducan не изгражда модели на това какво би се случило в случай, че астероид се сблъска със Земята. Вместо това, като постдокторантски изследовател, тя изгражда числени симулации на това какво би се случило, ако ние (което означава Земята) се опитаха да отклонят разрушителен астероид, като изпратиха направено от човека „ударно“ устройство, за да го посрещнат. Вместо да го унищожи, това може да се използва, за да избута астероида извън курса, така че да премине покрай нашата планета.

Засега идеята да има нещо подобно като предпазна мярка е все още в бъдещето. Когато обаче това се случи (и вероятно е „кога“, а не „ако“), работата на Радукан може да се окаже безценна. И поне засега нейните изследвания й дават ледоразбивач за партита, предизвикващ завист: „Работя в сектора на планетарната отбрана.“

Златният век на астероидите

Радукан се увлича от темата за кратерите при удар, когато завършва магистърска степен по астрономия, космически науки и астрофизика в университета на Кент в Обединеното кралство. „Всички се интересуваха от Марс и Луната“, каза тя пред Digital Trends. „Там отиват всички изследвания. Исках да направя нещо, което не е пренаселено с учени и е [много] по-малко изучавано.“

Учените се чудят за възможността за защита на Земята от възможни астероиди убийци повече от половин век. В средата на 60-те години много хора се притесняваха от възможността астероид 1566 Икар да се сблъска с Земята, въпреки факта, че експертите бяха уверени, че ще премине само в рамките на около четири милиона мили. „Голям астероид се насочва към Земята“, изкрещя един вестник. “Хипитата бягат в Колорадо, докато Икар се приближава до Земята,”, пише не по-малко авторитет от Ню Йорк Таймс.

В Масачузетския технологичен институт изследователите изготвиха планове да взривят Икар с помощта на шест ракети Сатурн V, въоръжени с отделни 100-мегатонови ядрени бойни глави. Както се очакваше, Икар изчезна от Земята – въпреки че работата на MIT е описана по-подробно в книгата Огън в небето, не доведе до липса на отразяване в пресата.

Но въпреки че оттогава има периодични вълни в отразяването на тази тема и не липсват холивудски филми (най-скоро Не гледай нагоре), Радукан е уверена, че е влязла на терена в правилния момент.

Астероидни супермодели

Една от причините за това е количеството космически мисии и произтичащите от тях данни. „Преди петнадесет години имаше толкова ограничени данни [за астероидите]“, каза тя. „Сега имаме множество космически мисии, които отиват до астероиди и много данни, които идват. Има DART и Hera. Това е мисията Луси. Има ОЗИРИС-РЕкс и Хаябуса мисии. Това е мисията Psyche. Всичко това са данни, които не можете да получите от Земята.

Интересното е, че не всички данни, използвани за изграждане на моделите на Raducan, могат да дойдат от астероиди в реалния живот. Наскоро някои от нейните колеги пътуваха до Испания, където стреляха с пластмасови снаряди по заместващ умален модел на астероида Рюгу, направен от пясък и камъни, с помощта на пистолет със сгъстен газ. Тези резултати влизат и в нейните компютърни модели.

Втората, допълваща причина, че сега е най-доброто време за изучаване на астероиди, е движението на технологичния прогрес, водено от закона на Мур. Симулация на сблъсък с астероид, която, ако се използва същото 15-годишно сравнение, споменато по-рано, щеше да отнеме седмица за обработка през 2007 г., сега отнема около половин час. А симулациите, които в момента отнемат една седмица, са много, много по-добри по своята сложност.

TL; DR версия? Ние знаем повече за астероидите и, по думите на Човекът за шест милиона долара въведение, можем да ги възстановим. Или поне да ги моделират във впечатляващо висока резолюция на суперкомпютър.

Въпрос на сила

Понастоящем няма астероиди, за които учените се притесняват, че представляват непосредствена заплаха за живота на Земята. Няма незабавна надпревара с времето за изграждане на планетарна защитна система. Но модели като този на Raducan ще ни помогнат да разберем по-добре как да се справим с астероидите, в случай че един ден се наложи. Те също ще ни помогнат да моделираме по-добре тези заплахи, независимо дали въпросните астероиди се окажат големи, плътни космически скали или натрупвания от по-малки скали, държани заедно от гравитацията. Всяко от тях би изисквало различни стратегии, поради което работата по компютърно моделиране като тази е толкова важна.

Лесно е да се мисли, че когато става въпрос за възможни астероиди-убийци, трябва просто да ги ударим възможно най-силно. В края на краищата концепцията за свръхубиване, превишаване на количеството разрушителен капацитет, необходим за решаване на проблема, не изглежда твърде голям проблем, когато се занимавате с потенциално ниво на изчезване, което се движи към Земята.

Но всъщност това не е така. Удрянето на астероид с недостатъчна сила, за да го отклони, очевидно би било лоша новина. Същото обаче би било и да го ударите с твърде много сила – както всеки, който някога е играл играта Atari Астероиди ще знае.

„Проблемът е, че ако го ударите твърде силно, просто го разбивате“, каза Радукан. „Тогава вместо да се занимавате с един обект, вие се занимавате с множество по-малки обекти, които са много по-трудни за контрол. Вместо едно въздействие, вие имате набор от въздействия. Това е нещо, което определено искате да избегнете.

Доказване на прогнозите

Разбира се, големият въпрос относно моделите на Raducan е същият като при всеки предсказуем модел: колко точни са те? Много интелигентни компютърни модели, оборудвани с много по-големи количества данни, се провалиха. Известно е, че Google Flu Trends – който използва търсения в Google за запитвания, свързани с грипа – беше широк от знака когато става дума за точно прогнозиране на разпространението на грипния вирус по време на грипния сезон.

Как Raducan може да бъде уверена, че нейните модели са точни? В края на краищата, в случай на астероид убиец, погрешно изчисление може да бъде катастрофално. Засега отговорът е... не знаем. Но много добре бихме могли скоро.

Миналия ноември НАСА пусна своя Мисия DART (Double Asteroid Redirection Test).. Приветстван като първият в света пълномащабен тест за планетарна защита срещу възможността от сблъсъци с астероиди, DART ще се сблъска с астероидна цел Dimorphos някъде през септември.

Като част от работата си Raducan помогна да се моделира вероятното въздействие, което DART ще окаже върху целта си. Нейните прогнози показват, че мисията DART ще бъде изключително малко вероятно да разруши астероида, въпреки че ще го деформира значително. Разбиването му ще отнеме 10 пъти повече енергия на удара. Чрез анализиране на данните от мисията DART – и Мисията Hera на Европейската космическа агенция за изследване на последствията от удара на сондата DART – ще бъде възможно да добиете представа колко добре моделите на Raducan са предвидили удара.

Какъвто и да е резултатът, получените данни ще бъдат използвани, за да направят бъдещите модели още по-точни.

Изграждане на планетарна защитна система

В крайна сметка, надеждата е, че предсказуемите модели на въздействието на астероиди на Raducan могат да формират една ключова част от планетарна отбранителна система, способна да предпази Земята от заплахата от бъдещи сблъсъци с астероиди.

Тъй като последният сблъсък с астероид на ниво на изчезване се е случил преди приблизително 66 милиона години, вероятността за такова сблъсък с астероид е за щастие ниска. (Макар че, както отбелязва НАСА, астероид с размерите на кола навлиза в земната атмосфера приблизително веднъж годишно, но изгаря, преди да причини щети.)

Независимо от това, предвид потенциалните щети, които един астероид убиец може да причини, Радукан вярва, че това е струваща си инвестиция за създаване на необходимите предпазни мерки – поне що се отнася до мисии като DART обезпокоен.

„Космическият кораб DART е много евтина мисия в сравнение с обичайните космически мисии, защото това е технологична демонстрационна мисия, а не научна мисия“, каза тя. „Има само няколко инструмента на борда, като камера и навигационна система, а продължителността на мисията е много кратка, [е] по-малко от година в космоса.“

В края на деня всичко се връща към Майкъл Бей. „За да поставим цената на мисията DART в контекст, струва приблизително същата сума, за да създадем подобен филм Армагедон, тъй като струва изпращането на действителна мисия за отклонение в космоса“, каза Радукан. „Ако е по-важно да заснемем холивудски филм за отклонение на астероид, отколкото действителното изпращане на космически кораб [да ни помогне потенциално да направим същото нещо], трябва да си поставим правилните приоритети.“

Препоръки на редакторите

• Много пионери в компютрите бяха цветнокожи жени. Ето 5, които трябва да разпознаете