Tema hüperrealistlikud arvutimudelid kaitsevad meid asteroidide eest

Sabina Raducan tal on selline töö, mida võiks 1990. aastate Michael Bay filmi peategelaselt oodata. sisse Kivi, Nicolas Cage’i dr Stanley Goodspeed on FBI keemiarelvade spetsialist, kes aitab päeva päästa. sisse Armageddon, Bruce Willise Harry Stamper on veteran naftapuurija, kes aitab päeva päästa. Ja Berni ülikoolis, mis on üks Šveitsi suurimaid ülikoole, ehitab Sabina Raducan asteroidide kokkupõrke kohta hüperrealistlikke mudeleid. Mis võib ühel päeval päästa kogu meie planeedi.

Et olla selge, Raducan ei ehita mudeleid selle kohta, mis juhtuks asteroidi Maaga kokkupõrkes. Selle asemel loob ta järeldoktorandina arvulisi simulatsioone selle kohta, mis juhtuks, kui me (st Maa) püüdis hävitavat asteroidi kõrvale suunata, saates inimese loodud löökseadme seda tervitama. Selle hävitamise asemel võiks seda kasutada asteroidi kursilt kõrvale tõrjumiseks, nii et see meie planeedist mööda sõidaks.

Praegu on mõte ettevaatusabinõuna midagi sellist teha alles tulevikus. Kui see siiski juhtub (ja see on tõenäoliselt pigem "millal" kui "kui"), võib Raducani töö osutuda hindamatuks. Ja vähemalt praegu annavad tema uurimused talle kadedust tekitava jäälõhkuja pidude jaoks: "Ma töötan planeedikaitsesektoris."

Asteroidide kuldaeg

Raducanit paelus löögikraatrite teema, kui ta lõpetas Ühendkuningriigi Kenti ülikoolis magistrikraadi astronoomias, kosmoseteaduses ja astrofüüsikas. "Kõik olid huvitatud Marsist ja Kuust," rääkis ta Digital Trendsile. "Sinna lähevad kõik uuringud. Tahtsin teha midagi, mis pole teadlastega ülerahvastatud ja mida on [palju] vähem uuritud.

Teadlased on juba rohkem kui pool sajandit mõelnud võimalusele kaitsta Maad võimalike tapjaasteroidide eest. 1960. aastate keskel olid paljud inimesed mures võimaluse pärast, et asteroid 1566 Icarus põrkab kokku vaatamata sellele, et eksperdid olid kindlad, et see möödub vaid umbes nelja miljoniga miili. "Suur asteroid on teel Maa poole," karjus üks ajaleht. “Hipid põgenevad Coloradosse, kui Icarus läheneb Maale,” kirjutas mitte vähem autoriteet kui New York Times.

MIT-is koostasid teadlased plaani Icaruse õhkimiseks kuue Saturn V raketiga, mis olid relvastatud eraldi 100-megatoniliste tuumalõhkepeadega. Ootuspäraselt lõpetas Icarus Maa kadumise – kuigi MIT-i töö, mida on raamatus üksikasjalikumalt kirjeldatud Tuli taevas, ei tekitanud ajakirjanduses puudujääki.

Kuid kuigi sellest ajast alates on seda teemat kajastatud perioodiliselt ja Hollywoodi filmidest pole puudust (viimati Ära vaata üles), on Raducan kindel, et astus väljakule õigel ajal.

Asteroidide supermudelid

Selle üheks põhjuseks on kosmosemissioonide hulk ja sellest tulenevad andmed. "Viisteist aastat tagasi oli [asteroidide kohta] nii vähe andmeid," ütles ta. "Nüüd on meil mitu kosmosemissiooni, mis lähevad asteroididele, ja palju andmeid, mis tuleb sisse. Seal on DART ja Hera. Seal on Lucy missioon. Seal on OSIRIS-REx ja Hayabusa missioonid. Seal on Psyche missioon. Kõik see on andmed, mida te Maalt ei saanud."

Huvitaval kombel ei saa kõik Raducani mudelite ehitamiseks kasutatud andmed pärineda päriselu asteroididelt. Hiljuti rändasid mõned tema kolleegid Hispaaniasse, kus nad tulistasid surugaasipüstolist plastmürskudega asteroidi Ryugu asendusmudelit, mis oli valmistatud liivast ja kividest. Need tulemused jõuavad ka tema arvutimudelitesse.

Teine täiendav põhjus, miks praegu on parim aeg asteroidide uurimiseks, on Moore'i seadusest juhitud tehnoloogilise progressi marss. Asteroidi kokkupõrke simulatsioonile, mille töötlemiseks 2007. aastal kulunuks sama 15-aastase võrdluse põhjal 2007. aastal, kulub nüüd umbes pool tundi. Ja simulatsioonid, mis praegu võtavad aega nädala, on oma keerukusest palju paremad.

TL; DR versioon? Me teame rohkem asteroididest ja sõnadega Kuue miljoni dollari mees intro, saame need uuesti üles ehitada. Või vähemalt modelleerida neid superarvutis muljetavaldavalt kõrge eraldusvõimega.

Jõu küsimus

Praegu pole ühtegi asteroidi, mille kohta teadlased muretsevad, et need kujutaksid otsest ohtu elule Maal. Planeedi kaitsesüsteemi ehitamisel ei ole otsest võidujooksu kella vastu. Kuid sellised mudelid nagu Raducan aitavad meil paremini mõista, kuidas asteroididega toime tulla, kui seda ühel päeval vaja läheb. Need aitavad meil ka neid ohte paremini modelleerida, olenemata sellest, kas kõnealused asteroidid osutuvad suurteks, tihedateks kosmosekivideks või väiksemate kivimite kogumiks, mida hoiab koos gravitatsioon. Kõik need nõuavad erinevaid strateegiaid, mistõttu on selline arvutimodelleerimistöö nii oluline.

Lihtne on arvata, et kui rääkida võimalikest tapjaasteroididest, peaksime neile lihtsalt nii kõvasti pihta kui võimalik. Lõppude lõpuks on ülekoormamise kontseptsioon, mis ületab probleemi lahendamiseks vajaliku hävitava võime, ei tundu olevat liiga suur probleem, kui tegemist on potentsiaalse väljasuremistaseme sündmusega, mis tormab Maa.

Kuid tegelikult see nii ei ole. Asteroidi tabamine ebapiisava jõuga, et see kõrvale kalduda, oleks ilmselgelt halb uudis. Kuid ka seda lööks liiga suure jõuga – nagu igaüks, kes on kunagi Atari mängu mänginud Asteroidid saab teada.

"Probleem on selles, et kui lööte seda liiga kõvasti, siis lõhute selle lihtsalt laiali," ütles Raducan. "Siis tegelete ühe objektiga tegelemise asemel mitme väiksema objektiga, mida on palju raskem juhtida. Ühe mõju asemel on teil terve rida mõjusid. See on midagi, mida soovite kindlasti vältida."

Ennustuste tõestamine

Muidugi on Raducani mudelite suur küsimus sama, mis mis tahes ennustava mudeli puhul: kui täpsed need on? Paljud nutikad arvutimudelid, mis on varustatud palju suuremate andmemahtudega, on ebaõnnestunud. Kuulsalt oli Google'i gripitrendid, mis kasutasid Google'i otsinguid gripiga seotud päringute jaoks märgist lai kui tuli täpselt ennustada gripiviiruse levikut gripihooajal.

Kuidas saab Raducan olla kindel, et tema mudelid on täpsed? Lõppude lõpuks võib tapjaasteroidi korral valearvestus olla hukatuslik. Praegu on vastus … me ei tea. Aga varsti saame väga hästi hakkama.

Eelmise aasta novembris käivitas NASA selle DART (Double Asteroid Redirection Test) missioon. DART, mis on maailma esimene täismahus planeetide kaitsekatsetus asteroidi kokkupõrgete vastu, põrkab selle aasta septembris kokku asteroidi sihtmärgiga Dimorphos.

Osana oma tööst on Raducan aidanud modelleerida tõenäolist mõju, mida DART oma sihtmärgile avaldab. Tema ennustused viitavad sellele, et DART-missioon on äärmiselt ebatõenäoline, et see asteroidi purustaks, kuigi see deformeerib seda oluliselt. Selle purustamiseks kuluks 10 korda rohkem löögienergiat. Analüüsides DART-missiooni andmeid – ja Euroopa Kosmoseagentuuri Hera missioon DART-sondi mõju tagajärgede uurimiseks on võimalik saada aimu, kui hästi Raducani mudelid mõju ennustasid.

Olenemata tulemusest kasutatakse saadud andmeid tulevaste mudelite veelgi täpsemaks muutmiseks.

Planeedi kaitsesüsteemi ehitamine

Lõppkokkuvõttes on lootus, et Raducani ennustavad asteroidide kokkupõrke mudelid võivad moodustada planeedi kaitsesüsteemi olulise osa, mis suudab hoida Maa tulevaste asteroidide kokkupõrgete eest kaitstuna.

Kuna viimane väljasuremistaseme asteroidi kokkupõrge leidis aset ligikaudu 66 miljonit aastat tagasi, on sellise asteroidi kokkupõrke tõenäosus õnneks väike. (Kuigi, nagu NASA märgib, auto suurune asteroid siseneb Maa atmosfääri ligikaudu kord aastas, kuid põleb enne kahju tekitamist ära.)

Arvestades võimalikku kahju, mida tapjaasteroid võib põhjustada, usub Raducan siiski, et see on a väärt investeering vajalike kaitsemeetmete loomiseks – vähemalt niivõrd missioonide nagu DART puhul mures.

"DART-kosmoselaev on tavapäraste kosmosemissioonidega võrreldes väga odav missioon, sest see on tehnoloogia tutvustusmissioon, mitte teadusmissioon," ütles ta. "Selle pardal on vaid mõned instrumendid, nagu kaamera ja navigatsioonisüsteem, ning missiooni kestus on väga lühike, [olemas] kosmoses vähem kui aasta."

Päeva lõpuks jõuab see kõik tagasi Michael Bay juurde. "Kui panna DART-missiooni kulud konteksti, kulub umbes sama palju sellise filmi tootmine Armageddon, kuna tegeliku läbipaindemissiooni saatmine kosmosesse maksab,” ütles Raducan. "Kui on olulisem filmida Hollywoodi filmi asteroidi kõrvalekaldumise kohta kui tegelikult kosmoselaeva saatmine [et aidata meil potentsiaalselt sama asja teha], peame oma prioriteedid paika panema."

Toimetajate soovitused

• Paljud andmetöötluse pioneerid olid värvilised naised. Siin on 5, mida peaksite ära tundma