Njeni hiperrealistični računalniški modeli nas varujejo pred asteroidi

Sabina Radučan ima službo, za katero bi pričakovali, da jo bo imel glavni junak v filmu Michaela Baya iz devetdesetih. notri Skala, Dr. Stanley Goodspeed Nicolasa Cagea je FBI-jev specialist za kemično orožje, ki pomaga rešiti dan. notri Armagedon, Harry Stamper Brucea Willisa je veteran pri vrtanju nafte, ki pomaga rešiti dan. In na Univerzi v Bernu, eni največjih univerz v Švici, Sabina Raducan gradi hiperrealistične modele trkov asteroidov. Kar bi lahko nekega dne pomagalo rešiti naš ves planet.

Da bo jasno, Raducan ne gradi modelov, kaj bi se zgodilo, če bi asteroid trčil v Zemljo. Namesto tega kot podoktorska raziskovalka gradi numerične simulacije, kaj bi se zgodilo, če bi (kar pomeni Zemlja) je poskušal odvrniti uničujoč asteroid tako, da je poslal človeško izdelano napravo "impactor", da bi ga pozdravil. Namesto da bi ga uničili, bi to lahko uporabili za odrivanje asteroida s tečaja, tako da pluje mimo našega planeta.

Za zdaj je ideja o čem takem kot preventivni ukrep še v prihodnosti. Ko pa se zgodi (in verjetno je "kdaj" in ne "če"), se lahko Raducanovo delo izkaže za neprecenljivo. In vsaj za zdaj ji njene raziskave dajejo zavist za zabave: "Delam v sektorju planetarne obrambe."

Zlata doba asteroidov

Raducanova se je navdušila nad temo nastajanja udarnih kraterjev, ko je zaključevala magisterij iz astronomije, vesoljskih znanosti in astrofizike na britanski univerzi v Kentu. »Vsi so se zanimali za Mars in Luno,« je povedala za Digital Trends. »Tu gredo vse raziskave. Želel sem narediti nekaj, kar ni prenaseljeno z znanstveniki in je [veliko] manj raziskano.«

Znanstveniki se že več kot pol stoletja sprašujejo o možnosti zaščite Zemlje pred morebitnimi ubijalskimi asteroidi. Sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja je bilo veliko ljudi zaskrbljenih zaradi možnosti, da bi asteroid 1566 Icarus trčil v Zemljo, kljub temu da so bili strokovnjaki prepričani, da bo prešla le okrog štiri milijone milje. "Velik asteroid se usmerja proti Zemlji," je zavpil en časopis. “Hipiji bežijo v Kolorado, ko se Ikar približuje Zemlji,” je zapisal nič manj avtoriteta kot New York Times.

Na MIT so raziskovalci izdelali načrte za razstrelitev Ikarja s šestimi raketami Saturn V, oboroženimi z ločenimi 100-megatonskimi jedrskimi bojnimi glavami. Kot je bilo pričakovano, je Icarus končal z manjkajočo Zemljo - čeprav je delo MIT podrobneje opisano v knjigi Ogenj na nebu, ni povzročil pomanjkanja novinarske pokritosti.

Čeprav je od takrat prišlo do občasnih valov poročanja o tej temi in ni manjkalo hollywoodskih filmov (nazadnje Ne glej gor), Radučan je prepričan, da je na igrišče stopila ob pravem času.

Asteroidni supermodeli

Eden od razlogov za to je količina vesoljskih misij in posledični podatki. "Pred petnajstimi leti so bili tako omejeni podatki [o asteroidih]," je dejala. »Zdaj imamo več vesoljskih misij, ki gredo na asteroide, in veliko podatkov, ki prihajajo. Tu sta DART in Hera. Tukaj je misija Lucy. Obstajajo OSIRIS-REx in Hayabusa misije. Tukaj je misija Psyche. Vse to so podatki, ki jih ne bi mogli dobiti z Zemlje."

Zanimivo je, da vsi podatki, uporabljeni za izdelavo Raducanovih modelov, ne morejo izhajati iz resničnih asteroidov. Pred kratkim je nekaj njenih kolegov odpotovalo v Španijo, kjer so s pištolo na stisnjen plin izstrelili plastične izstrelke na nadomestni model asteroida Ryugu, narejen iz peska in kamenja. Ti rezultati pridejo tudi v njene računalniške modele.

Drugi, dopolnilni razlog, da je zdaj najboljši čas za preučevanje asteroidov, je pohod tehnološkega napredka, ki ga vodi Moorov zakon. Simulacija trka asteroida, ki bi ob uporabi iste 15-letne primerjave, omenjene prej, leta 2007 potrebovala en teden za obdelavo, zdaj traja približno pol ure. In simulacije, ki trenutno trajajo teden dni, so daleč, daleč boljše v svoji kompleksnosti.

TL; DR verzija? O asteroidih vemo več in po besedah Človek s šestimi milijoni dolarjev intro, jih lahko obnovimo. Ali pa jih vsaj modelirajte v osupljivo visoki ločljivosti na superračunalniku.

Vprašanje sile

Trenutno ni asteroidov, za katere znanstveniki skrbijo, da bi predstavljali neposredno grožnjo življenju na Zemlji. Za izgradnjo planetarnega obrambnega sistema ni takojšnje tekme z časom. Toda modeli, kot je Raducan, nam bodo pomagali bolje razumeti, kako ravnati z asteroidi, če bomo nekega dne morali. Pomagali nam bodo tudi pri boljšem modeliranju teh groženj, ne glede na to, ali se izkaže, da so zadevni asteroidi veliki, gosti vesoljski kamni ali kopičenje manjših kamnov, ki jih skupaj drži gravitacija. Vsaka od teh bi zahtevala različne strategije, zato je računalniško modeliranje tako pomembno.

Zlahka je misliti, da bi jih morali, ko gre za morebitne morilske asteroide, preprosto udariti čim močneje. Konec koncev, koncept pretiranega ubijanja, preseganja količine uničujoče sposobnosti, potrebne za rešitev problema, se ne zdi prevelika težava, ko imate opravka z morebitnim dogodkom na stopnji izumrtja, ki drvi proti Zemlja.

Toda v resnici temu ni tako. Zadetek asteroida z nezadostno silo, da bi ga odvrnili, bi bila očitno slaba novica. Vendar pa bi tudi udaril s preveliko silo – kot vsakdo, ki je kdaj igral igro Atari Asteroidi bo vedel.

"Težava je v tem, da če ga udariš premočno, ga samo razbiješ," je dejal Raducan. »Potem se namesto z enim predmetom ukvarjate z več manjšimi predmeti, ki jih je veliko težje nadzorovati. Namesto enega samega vpliva imate vrsto vplivov. Temu se zagotovo želite izogniti.”

Dokazovanje napovedi

Seveda je veliko vprašanje o Raducanovih modelih enako kot pri vseh napovednih modelih: kako natančni so? Veliko pametnih računalniških modelov, opremljenih z veliko večjimi količinami podatkov, je odpovedalo. Znano je, da je Google Spremljanje razširjenosti gripe – ki je uporabljal Googlova iskanja za poizvedbe, povezane z gripo – bil široko od oznake ko je šlo za natančno napovedovanje širjenja virusa gripe v sezoni gripe.

Kako je lahko Raducan prepričana, da so njeni modeli točni? Konec koncev, v primeru ubijalskega asteroida, bi bila napačna ocena lahko katastrofalna. Za zdaj je odgovor … ne vemo. Ampak prav kmalu bi lahko.

Novembra lani je NASA izstrelila svoj Misija DART (Double Asteroid Redirection Test).. DART, ki ga pozdravljajo kot prvi obsežni preizkus planetarne obrambe pred možnostjo trčenja asteroidov, bo septembra letos trčil v cilj asteroida Dimorphos.

Kot del svojega dela je Raducan pomagala modelirati verjeten vpliv, ki ga bo imel DART na svojo tarčo. Njene napovedi kažejo, da bo zelo malo verjetno, da bo misija DART razbila asteroid, čeprav ga bo močno deformirala. Da bi ga razbili, bi potrebovali 10x več udarne energije. Z analizo podatkov iz misije DART – in Misija Hera Evropske vesoljske agencije raziskati posledice trka sonde DART – mogoče bo dobiti občutek, kako dobro so Raducanovi modeli napovedali udar.

Ne glede na rezultat bodo dobljeni podatki uporabljeni za izdelavo prihodnjih modelov še natančnejše.

Izgradnja planetarnega obrambnega sistema

Navsezadnje upamo, da bi lahko Raducanovi napovedni modeli trkov asteroidov tvorili ključni del planetarnega obrambnega sistema, ki bi Zemljo lahko zaščitil pred grožnjami prihodnjih trkov asteroidov.

Ker se je zadnji udar asteroida na ravni izumrtja zgodil pred približno 66 milijoni let, je verjetnost takšnega trka asteroida na srečo majhna. (Čeprav, kot ugotavlja NASA, asteroid velikosti avtomobila vstopi v Zemljino atmosfero približno enkrat na leto, vendar zgori, preden povzroči kakršno koli škodo.)

Ne glede na to, glede na potencialno škodo, ki bi jo lahko povzročil ubijalski asteroid, Raducan meni, da gre za vredna naložba za ustvarjanje potrebnih zaščitnih ukrepov – vsaj kar zadeva misije, kot je DART zaskrbljen.

"Vesoljska ladja DART je zelo poceni misija v primerjavi z običajnimi vesoljskimi misijami, ker je tehnološka predstavitvena misija in ne znanstvena misija," je dejala. "Na krovu ima le nekaj instrumentov, kot sta kamera in navigacijski sistem, trajanje misije pa je zelo kratko, manj kot eno leto v vesolju."

Na koncu dneva se vse vrne k Michaelu Bayu. »Če postavimo stroške misije DART v kontekst, približno toliko stane produkcija filma, kot je Armagedon, saj stane pošiljanje dejanske odklonske misije v vesolje,« je dejal Raducan. "Če je bolj pomembno posneti hollywoodski film o odklonu asteroida kot dejansko pošiljanje vesoljskega plovila [da bi nam morda pomagalo storiti isto stvar], moramo pravilno postaviti svoje prioritete."

Priporočila urednikov

• Številni pionirji v računalništvu so bile temnopolte ženske. Tukaj je 5, ki bi jih morali prepoznati