Haar hyperrealistische computermodellen beschermen ons tegen asteroïden

Sabina Raducan heeft het soort baan dat je zou verwachten van de hoofdpersoon in een Michael Bay-film uit de jaren negentig. In De steenDr. Stanley Goodspeed van Nicolas Cage is een chemische wapenspecialist van de FBI die de boel helpt redden. In ArmageddonHarry Stamper van Bruce Willis is een ervaren olieboorder die de boel helpt redden. En aan de Universiteit van Bern, een van de grootste universiteiten in Zwitserland, bouwt Sabina Raducan hyperrealistische modellen van asteroïde-inslagen. Wat op een dag zou kunnen helpen onze hele planeet te redden.

Voor alle duidelijkheid: Raducan bouwt geen modellen van wat er zou gebeuren als een asteroïde in botsing zou komen met de aarde. In plaats daarvan bouwt ze als postdoctoraal onderzoeker numerieke simulaties van wat er zou gebeuren als we (dat wil zeggen Earth) probeerde een destructieve asteroïde af te buigen door een door mensen gemaakt ‘impactor’-apparaat naar boven te sturen om hem te begroeten. In plaats van hem te vernietigen, zou dit kunnen worden gebruikt om de asteroïde uit zijn koers te duwen, zodat hij langs onze planeet vaart.

Voorlopig ligt het idee om zoiets als voorzorgsmaatregel te hebben nog in de toekomst. Wanneer het echter gebeurt (en het is waarschijnlijk een ‘wanneer’ in plaats van een ‘als’), kan het werk van Raducan van onschatbare waarde blijken. En haar onderzoek levert haar, althans voorlopig, een ijsbreker op die partijen jaloers maakt: ‘Ik werk in de planetaire defensiesector.’

De gouden eeuw van asteroïden

Raducan raakte gefascineerd door het onderwerp inslagkraters toen ze een masterdiploma in astronomie, ruimtewetenschappen en astrofysica behaalde aan de Britse Universiteit van Kent. “Iedereen was geïnteresseerd in Mars en de maan”, vertelde ze aan Digital Trends. “Daar gaat al het onderzoek naartoe. Ik wilde iets doen dat niet overbevolkt was met wetenschappers, en [veel] minder bestudeerd is.”

Wetenschappers vragen zich al meer dan een halve eeuw af of het mogelijk is de aarde te beschermen tegen mogelijke dodelijke asteroïden. Halverwege de jaren zestig maakten veel mensen zich zorgen over de mogelijkheid dat planetoïde 1566 Icarus in botsing zou komen met de aarde, ondanks het feit dat experts ervan overtuigd waren dat deze slechts binnen een straal van ongeveer vier miljoen zou passeren mijlen. “Grote asteroïde is op weg naar de aarde”, schreeuwde een krant. “Hippies vluchten naar Colorado terwijl Icarus de aarde nadertschreef niemand minder autoriteit dan de New York Times.

Bij MIT maakten onderzoekers plannen om Icarus op te blazen met behulp van zes Saturn V-raketten, bewapend met afzonderlijke kernkoppen van 100 megaton. Zoals verwacht raakte Icarus de aarde kwijt – hoewel het MIT-werk in meer detail in het boek wordt beschreven Vuur in de lucht, genereerde geen gebrek aan berichtgeving in de pers.

Maar hoewel er sindsdien periodieke pieken in de berichtgeving over dit onderwerp zijn geweest, en er geen tekort is aan Hollywood-films (meest recent Kijk niet omhoog), heeft Raducan er vertrouwen in dat ze op het juiste moment het veld heeft betreden.

Asteroïde supermodellen

Eén reden hiervoor is de hoeveelheid ruimtemissies en de daaruit voortvloeiende gegevens. ‘Vijftien jaar geleden waren er zulke beperkte gegevens [over asteroïden]’, zei ze. “Nu hebben we meerdere ruimtemissies die naar asteroïden gaan en er komt veel data binnen. Er zijn DART en Hera. Daar is de Lucy-missie. Er zijn de OSIRIS-REx En Hayabusa missies. Er is de Psyche-missie. Dit zijn allemaal gegevens die je niet van de aarde kunt krijgen.’

Interessant is dat niet alle gegevens die worden gebruikt voor het bouwen van Raducans modellen afkomstig kunnen zijn van echte asteroïden. Onlangs trokken een aantal van haar collega's naar Spanje, waar ze plastic projectielen afvuurden op een vervangend schaalmodel van de asteroïde Ryugu, gemaakt van zand en rotsen, met behulp van een gecomprimeerd gaspistool. Deze resultaten vinden ook hun weg naar haar computermodellen.

De tweede, aanvullende reden dat dit de beste tijd ooit is om asteroïden te bestuderen, is de door de Wet van Moore gedreven technologische vooruitgang. Een asteroïde-impactsimulatie die, om dezelfde vijftienjarige vergelijking te gebruiken die eerder werd genoemd, in 2007 een week zou hebben geduurd om te verwerken, duurt nu ongeveer een half uur. En de simulaties die momenteel een week duren, zijn veel superieur in hun complexiteit.

De TL; DR-versie? We weten meer over asteroïden en, in de woorden van De man van zes miljoen dollar intro, we kunnen ze opnieuw opbouwen. Of modelleer ze in ieder geval in indrukwekkend hoge resolutie op een supercomputer.

Een kwestie van kracht

Er zijn momenteel geen asteroïden waarvan wetenschappers zich zorgen maken dat ze een onmiddellijke bedreiging vormen voor het leven op aarde. Er is geen directe race tegen de klok om een ​​planetair verdedigingssysteem op te bouwen. Maar modellen zoals die van Raducan zullen ons helpen beter te begrijpen hoe we met asteroïden moeten omgaan, mocht dat ooit nodig zijn. Ze zullen ons ook helpen deze bedreigingen beter te modelleren, of de asteroïden in kwestie grote, dichte ruimterotsen blijken te zijn of opeenhopingen van kleinere rotsen die door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden. Elk van deze zou verschillende strategieën vereisen, en daarom is dit soort computermodelleringswerk zo belangrijk.

Het is gemakkelijk om te denken dat we, als het om mogelijke dodelijke asteroïden gaat, ze gewoon zo hard mogelijk moeten raken. Het concept van overkill, het overschrijden van de hoeveelheid destructief vermogen die nodig is om het probleem op te lossen, lijkt niet zo'n groot probleem als je te maken hebt met een potentiële gebeurtenis op uitstervingsniveau die snel dichterbij komt Aarde.

Maar in feite is dit niet het geval. Het raken van een asteroïde met onvoldoende kracht om hem af te buigen zou uiteraard slecht nieuws zijn. Maar dat geldt ook voor als je er met te veel kracht op slaat, zoals iedereen die ooit het Atari-spel heeft gespeeld Asteroïden zal het weten.

"Het probleem is dat als je er te hard op slaat, je het gewoon uit elkaar haalt", zei Raducan. “Dan heb je in plaats van met één object te maken, te maken met meerdere kleinere objecten die veel moeilijker te controleren zijn. In plaats van een enkele impact, heb je een reeks impacts. Dat wil je absoluut vermijden.”

Het bewijzen van de voorspellingen

De grote vraag over de modellen van Raducan is natuurlijk dezelfde als bij elk voorspellend model: hoe nauwkeurig zijn ze? Tal van slimme computermodellen, uitgerust met veel grotere hoeveelheden gegevens, hebben gefaald. Bekend is dat Google Flu Trends – dat Google-zoekopdrachten gebruikte voor griepgerelateerde zoekopdrachten – dat wel was breed van het merkteken als het ging om het nauwkeurig voorspellen van de verspreiding van het influenzavirus tijdens het griepseizoen.

Hoe kan Raducan er zeker van zijn dat haar modellen accuraat zijn? In het geval van een dodelijke asteroïde kan een misrekening immers rampzalig zijn. Voorlopig is het antwoord … we weten het niet. Maar dat zouden we binnenkort wel eens kunnen doen.

Afgelopen november lanceerde NASA zijn DART-missie (Double Asteroid Redirection Test).. Geprezen als 's werelds eerste grootschalige planetaire verdedigingstest tegen de mogelijkheid van asteroïde-inslagen, zal DART ergens in september in botsing komen met asteroïde-doelwit Dimorphos.

Als onderdeel van haar werk heeft Raducan geholpen bij het modelleren van de waarschijnlijke impact die DART op zijn doelwit zal hebben. Haar voorspellingen suggereren dat het uiterst onwaarschijnlijk is dat de DART-missie de asteroïde zal opbreken, hoewel deze aanzienlijk zal vervormen. Om het op te breken zou 10x meer impactenergie nodig zijn. Door de gegevens van de DART-missie te analyseren – en de Hera-missie van het European Space Agency om de nasleep van de impact van de DART-sonde te onderzoeken – zal het mogelijk zijn om een ​​idee te krijgen van hoe goed de modellen van Raducan de impact voorspelden.

Wat de uitkomst ook zal zijn, de resulterende gegevens zullen worden gebruikt om toekomstige modellen nog nauwkeuriger te maken.

Het bouwen van een planetair verdedigingssysteem

Uiteindelijk is de hoop dat de voorspellende asteroïde-impactmodellen van Raducan een belangrijk onderdeel kunnen vormen van een planetair verdedigingssysteem dat de aarde kan beschermen tegen de dreiging van toekomstige asteroïde-botsingen.

Aangezien de laatste asteroïde-inslag op uitstervingsniveau ongeveer 66 miljoen jaar geleden plaatsvond, is de kans op een dergelijke asteroïde-inslag gelukkig laag. (Hoewel, zoals NASA opmerktkomt een asteroïde ter grootte van een auto ongeveer één keer per jaar de atmosfeer van de aarde binnen, maar verbrandt voordat hij enige schade veroorzaakt.)

Niettemin denkt Raducan, gezien de potentiële schade die een dodelijke asteroïde zou kunnen aanrichten, dat het een... waardevolle investering om de noodzakelijke waarborgen te creëren – tenminste voor zover het missies als DART betreft bezorgd.

“Het DART-ruimtevaartuig is een zeer goedkope missie vergeleken met gebruikelijke ruimtemissies, omdat het een technologiedemonstratiemissie is en geen wetenschappelijke missie”, zei ze. “Er zijn maar een paar instrumenten aan boord, zoals een camera en een navigatiesysteem, en de duur van de missie is erg kort: minder dan een jaar in de ruimte.”

Uiteindelijk komt het allemaal terug op Michael Bay. “Om de kosten van de DART-missie in context te plaatsen: het kost ongeveer hetzelfde bedrag om een ​​film als deze te produceren Armageddon, omdat het kost om een ​​daadwerkelijke afbuigingsmissie de ruimte in te sturen,’ zei Raducan. “Als het belangrijker is om een ​​Hollywood-film te filmen over de afbuiging van een asteroïde dan het daadwerkelijk sturen van een ruimtevaartuig [om ons te helpen mogelijk hetzelfde te doen] moeten we onze prioriteiten goed stellen.”

Aanbevelingen van de redactie

• Veel pioniers op het gebied van computers waren gekleurde vrouwen. Hier zijn er 5 die je moet herkennen