Jej hiperrealistyczne modele komputerowe chronią nas przed asteroidami

Sabina Raducan ma taką pracę, jakiej można się spodziewać po bohaterze filmu Michaela Baya z lat 90. W Skała, Doktor Stanley Goodspeed z Nicolasa Cage’a jest specjalistą FBI od broni chemicznej, który pomaga uratować sytuację. W Armagedon, Harry Stamper grany przez Bruce'a Willisa to doświadczony wiertnik, który pomaga uratować sytuację. Z kolei na Uniwersytecie w Bernie, jednym z największych uniwersytetów w Szwajcarii, Sabina Raducan buduje hiperrealistyczne modele uderzeń asteroid. Które pewnego dnia mogą pomóc ocalić całą naszą planetę.

Żeby było jasne, Raducan nie buduje modeli tego, co by się stało w przypadku zderzenia asteroidy z Ziemią. Zamiast tego, jako badaczka ze stopniem doktora, buduje numeryczne symulacje tego, co by się stało, gdybyśmy (co oznacza Ziemia) próbowała odbić niszczycielską asteroidę, wysyłając na jej powitanie sztuczne urządzenie „uderzające”. Zamiast ją niszczyć, można by to wykorzystać do zepchnięcia asteroidy z kursu, tak aby przeleciała obok naszej planety.

Na razie pomysł wprowadzenia czegoś takiego jako środka zapobiegawczego jest wciąż kwestią przyszłości. Kiedy jednak to nastąpi (i prawdopodobnie będzie to „kiedy”, a nie „jeśli”), praca Raducana może okazać się nieoceniona. I przynajmniej na razie jej badania dają jej powód do zazdrości dla partii: „Pracuję w sektorze obrony planetarnej”.

Złoty wiek asteroid

Raducan zafascynowała się tematem kraterów uderzeniowych, gdy kończyła studia magisterskie z astronomii, nauk o przestrzeni kosmicznej i astrofizyki na brytyjskim Uniwersytecie w Kent. „Wszyscy byli zainteresowani Marsem i Księżycem” – powiedziała Digital Trends. „Tam właśnie idą wszystkie badania. Chciałem zrobić coś, co nie będzie przepełnione naukowcami i będzie [znacznie] mniej zbadane”.

Naukowcy zastanawiają się nad możliwością ochrony Ziemi przed możliwymi zabójczymi asteroidami od ponad pół wieku. W połowie lat sześćdziesiątych wiele osób obawiało się, że asteroida 1566 Ikar zderzy się z Ziemię, mimo że eksperci byli pewni, że przeleci ona zaledwie w promieniu około czterech milionów mile. „Wielka asteroida zmierza w stronę Ziemi” – krzyczała jedna z gazet. “Hipisi uciekają do Kolorado, gdy Ikar zbliża się do Ziemi,” napisał nie mniejszy autorytet niż New York Times.

W MIT badacze opracowali plany wysadzenia Ikara przy użyciu sześciu rakiet Saturn V, uzbrojonych w oddzielne 100-megatonowe głowice nuklearne. Zgodnie z przewidywaniami, Ikar zaginął na Ziemi – chociaż prace MIT opisano bardziej szczegółowo w książce Ogień na niebie, nie brakowało doniesień prasowych.

Ale chociaż od tego czasu pojawiały się okresowe wzrosty zainteresowania tym tematem i nie brakowało hollywoodzkich filmów (ostatnio Nie patrz w górę), Raducan jest pewna, że ​​weszła na boisko w odpowiednim momencie.

Supermodelki z planetoid

Jednym z powodów jest liczba misji kosmicznych i wynikających z nich danych. „Piętnaście lat temu dane [na temat asteroid] były bardzo ograniczone” – powiedziała. „Teraz mamy wiele misji kosmicznych, które docierają do asteroid i otrzymujemy mnóstwo danych. Jest DART i Hera. Jest misja Lucy. Istnieją OSIRIS-REx I Hayabusa misje. Jest misja Psyche. Wszystko to to dane, których nie można uzyskać z Ziemi.

Co ciekawe, nie wszystkie dane użyte do budowy modeli Raducana mogą pochodzić z rzeczywistych asteroid. Niedawno niektórzy z jej kolegów udali się do Hiszpanii, gdzie za pomocą pistoletu na sprężony gaz wystrzelili plastikowe pociski w zastępczy model asteroidy Ryugu, wykonany z piasku i skał, w zmniejszonej skali. Wyniki te trafiają również do jej modeli komputerowych.

Drugim uzupełniającym powodem, dla którego teraz jest najlepszy czas na badanie asteroid, jest postęp technologiczny napędzany prawem Moore’a. Symulacja uderzenia asteroidy, której przetworzenie, biorąc pod uwagę wspomniane wcześniej 15-letnie porównanie, w 2007 r. zajęłoby tydzień, obecnie zajmuje około pół godziny. A symulacje, które obecnie trwają tydzień, są o wiele, wiele lepsze pod względem złożoności.

TL; Wersja DR? Wiemy więcej o asteroidach i, mówiąc słowami Człowiek za sześć milionów dolarów intro, możemy je odbudować. Albo przynajmniej zamodeluj je w imponująco wysokiej rozdzielczości na superkomputerze.

Kwestia siły

Obecnie nie ma asteroid, które zdaniem naukowców stanowiłyby bezpośrednie zagrożenie dla życia na Ziemi. Nie ma natychmiastowego wyścigu z czasem w budowaniu planetarnego systemu obronnego. Jednak modele takie jak Raducan pomogą nam lepiej zrozumieć, jak postępować z asteroidami, jeśli pewnego dnia zajdzie taka potrzeba. Pomogą nam również lepiej modelować te zagrożenia, niezależnie od tego, czy dane asteroidy okażą się dużymi, gęstymi skałami kosmicznymi, czy nagromadzeniem mniejszych skał utrzymywanych razem przez grawitację. Każdy z nich wymagałby innych strategii, dlatego też takie modelowanie komputerowe jest tak ważne.

Łatwo pomyśleć, że jeśli chodzi o potencjalne zabójcze asteroidy, powinniśmy po prostu uderzyć je tak mocno, jak to możliwe. Wszakże koncepcja przesady, przekraczającej ilość mocy niszczącej potrzebnej do rozwiązania problemu, nie wydaje się zbyt wielkim problemem, gdy masz do czynienia z zbliżającym się potencjalnym wydarzeniem na poziomie wyginięcia Ziemia.

Ale w rzeczywistości tak nie jest. Uderzenie w asteroidę z siłą niewystarczającą do jej odbicia byłoby oczywiście złą wiadomością. Jednak podobnie byłoby z uderzeniem go ze zbyt dużą siłą – jak każdy, kto kiedykolwiek grał w grę Atari Asteroidy będzie wiedział.

„Problem polega na tym, że jeśli uderzysz zbyt mocno, po prostu go rozerwiesz” – powiedział Raducan. „Wtedy zamiast zajmować się jednym obiektem, masz do czynienia z wieloma mniejszymi obiektami, które są znacznie trudniejsze do kontrolowania. Zamiast pojedynczego wpływu, masz całą gamę wpływów. To coś, czego zdecydowanie chcesz uniknąć.

Potwierdzenie przewidywań

Oczywiście najważniejsze pytanie dotyczące modeli Raducana jest takie samo, jak w przypadku każdego modelu predykcyjnego: jak dokładne są one? Wiele inteligentnych modeli komputerów, wyposażonych w znacznie większe ilości danych, zawiodło. Słynna była usługa Google Flu Trends, która korzystała z wyszukiwań Google w poszukiwaniu zapytań związanych z grypą daleko od znaku jeśli chodzi o dokładne przewidywanie rozprzestrzeniania się wirusa grypy w sezonie grypowym.

Jak Raducan może mieć pewność, że jej modele są dokładne? Przecież w przypadku zabójczej asteroidy błąd w obliczeniach może mieć katastrofalne skutki. Na razie odpowiedź brzmi… nie wiemy. Ale wkrótce moglibyśmy to zrobić.

W listopadzie ubiegłego roku NASA wystrzeliła swój satelitę Misja DART (Test przekierowania podwójnej asteroidy).. Okrzyknięty pierwszym na świecie pełnoskalowym testem obrony planetarnej przed możliwością uderzenia asteroidy, DART zderzy się z celem asteroidy Dimorphos gdzieś we wrześniu tego roku.

W ramach swojej pracy Raducan pomogła w modelowaniu prawdopodobnego wpływu, jaki DART wywrze na swój cel. Jej przewidywania sugerują, że misja DART z dużym prawdopodobieństwem nie rozbije asteroidy, choć znacząco ją zdeformuje. Rozbicie go wymagałoby 10 razy większej energii uderzenia. Analizując dane z misji DART – i Misja Hera Europejskiej Agencji Kosmicznej zbadanie następstw uderzenia sondy DART – możliwe będzie sprawdzenie, jak dobrze modele Raducana przewidziały to uderzenie.

Niezależnie od wyniku uzyskane dane zostaną wykorzystane do uczynienia przyszłych modeli jeszcze dokładniejszymi.

Budowa planetarnego systemu obronnego

Ostatecznie istnieje nadzieja, że ​​opracowane przez Raducana modele przewidywanego uderzenia asteroid mogą stanowić kluczową część planetarnego systemu obronnego, który będzie w stanie chronić Ziemię przed groźbą przyszłych zderzeń asteroid.

Ponieważ ostatnie uderzenie asteroidy na poziomie wyginięcia miało miejsce około 66 milionów lat temu, prawdopodobieństwo takiego uderzenia asteroidy jest na szczęście niskie. (Chociaż, jak zauważa NASAmniej więcej raz w roku asteroida wielkości samochodu wpada w ziemską atmosferę, ale spala się, zanim wyrządzi jakiekolwiek szkody.)

Niemniej jednak, biorąc pod uwagę potencjalne szkody, jakie może wyrządzić zabójcza asteroida, Raducan uważa, że ​​jest to... opłacalna inwestycja w celu stworzenia niezbędnych zabezpieczeń – przynajmniej w przypadku misji takich jak DART zainteresowany.

„Sonda kosmiczna DART to misja bardzo tania w porównaniu ze zwykłymi misjami kosmicznymi, ponieważ jest to misja demonstracyjna technologii, a nie misja naukowa” – powiedziała. „Ma na pokładzie tylko kilka instrumentów, takich jak kamera i system nawigacji, a czas trwania misji jest bardzo krótki, [wynosi] mniej niż rok w kosmosie”.

Ostatecznie wszystko wraca do Michaela Baya. „Aby umieścić koszt misji DART w kontekście, wyprodukowanie takiego filmu kosztuje mniej więcej tyle samo Armagedonponieważ wysłanie rzeczywistej misji odchylającej w przestrzeń kosmiczną kosztuje” – powiedział Raducan. „Jeśli nakręcenie hollywoodzkiego filmu o odbiciu asteroidy jest ważniejsze niż wysłanie statku kosmicznego [aby pomóc nam potencjalnie zrobić to samo], musimy odpowiednio ustalić nasze priorytety”.

Zalecenia redaktorów

• Wiele pionierek informatyki było kobietami kolorowymi. Oto 5, które powinieneś rozpoznać