Її гіперреалістичні комп’ютерні моделі захищають нас від астероїдів

Сабіна Радукан має роботу, яку ви очікуєте від головного героя фільму Майкла Бея 1990-х. в СкеляДоктор Стенлі Гудспід Ніколаса Кейджа — фахівець ФБР з хімічної зброї, який допомагає врятувати ситуацію. в Армагедон, Гаррі Стемпер із Брюса Вілліса — ветеран нафтового буріння, який допомагає врятувати ситуацію. А в Бернському університеті, одному з найбільших університетів Швейцарії, Сабіна Радукан створює гіперреалістичні моделі зіткнення астероїдів. Що одного разу може допомогти врятувати всю нашу планету.

Щоб було зрозуміло, Raducan не будує моделі того, що станеться в разі зіткнення астероїда з Землею. Замість цього, як докторант, вона будує чисельне моделювання того, що станеться, якщо ми (мається на увазі Земля) спробував відхилити руйнівний астероїд, відправивши створений людиною «ударний» пристрій, щоб привітати його. Замість того, щоб знищити його, це можна використати, щоб зрушити астероїд з курсу, щоб він проплив повз нашу планету.

Наразі ідея мати щось подібне як запобіжний захід ще в майбутньому. Однак коли це станеться (і це, швидше за все, «коли», а не «якщо»), робота Радукана може виявитися неоціненною. І, принаймні на даний момент, її дослідження викликають заздрість для вечірок: «Я працюю в секторі планетарної оборони».

Золотий вік астероїдів

Радукан захопилася темою утворення ударних кратерів, коли вона отримувала ступінь магістра з астрономії, космічних наук і астрофізики в Університеті Кента Великобританії. «Усі були зацікавлені в Марсі та Місяці», — сказала вона Digital Trends. «Саме куди йдуть усі дослідження. Я хотів зробити щось, що не було б перенаселено вченими і [набагато] менш вивчене».

Вчені більше півстоліття задаються питанням про можливість захисту Землі від можливих астероїдів-вбивць. У середині 1960-х багато людей були стурбовані можливістю зіткнення астероїда 1566 Icarus з Землі, незважаючи на те, що експерти були впевнені, що він пройде лише в межах приблизно чотирьох мільйонів миль. «Великий астероїд прямує до Землі», — кричала одна газета. “Хіпі тікають до Колорадо, коли Ікар наближається до Землі,” написав не менший авторитет, ніж Нью-Йорк Таймс.

У Массачусетському технологічному інституті дослідники розробили плани підірвати Ікар за допомогою шести ракет Saturn V, озброєних окремими ядерними боєголовками потужністю 100 мегатонн. Як і очікувалося, Icarus пропав безвісти на Землі – хоча робота Массачусетського технологічного інституту, описана більш детально в книзі Вогонь в небі, не викликав недоліку у висвітленні в пресі.

Але хоча з тих пір періодично спостерігаються сплески висвітлення цієї теми, і не бракує голлівудських фільмів (недавно Не дивіться вгору), Радукан впевнена, що вийшла на поле в потрібний момент.

Астероїдні супермоделі

Однією з причин цього є кількість космічних місій і отримані дані. «П’ятнадцять років тому були такі обмежені дані [про астероїди]», — сказала вона. «Тепер у нас є кілька космічних місій, які відправляються на астероїди, і надходить багато даних. Є DART і Hera. Є місія Люсі. Є ОЗІРІС-РЕкс і Хаябуса місії. Є місія Психея. Усе це дані, які ви не можете отримати із Землі».

Цікаво, що не всі дані, які використовуються для створення моделей Raducan, можуть походити від реальних астероїдів. Нещодавно деякі з її колег побували в Іспанії, де вони стріляли пластиковими снарядами по змінній масштабній моделі астероїда Рюгу, зробленій із піску та каміння, за допомогою гармати зі стисненим газом. Ці результати також потрапляють у її комп’ютерні моделі.

Друга, додаткова причина того, що зараз найкращий час для вивчення астероїдів, — це рух технічного прогресу, керований законом Мура. Симуляція зіткнення з астероїдом, для обробки якої у 2007 році, якщо використовувати те саме 15-річне порівняння, згадане раніше, знадобилося б тиждень, зараз потрібно приблизно півгодини. І моделювання, яке зараз займає тиждень, набагато, набагато перевершує свою складність.

TL; DR версія? Ми знаємо більше про астероїди і, за словами в Людина за шість мільйонів доларів intro, ми можемо їх перебудувати. Або принаймні змоделювати їх у вражаюче високій роздільній здатності на суперкомп’ютері.

Питання сили

На даний момент немає астероїдів, які, на думку вчених, становлять безпосередню загрозу для життя на Землі. Немає негайної гонки з часом, щоб побудувати систему захисту планети. Але такі моделі, як Радукан, допоможуть нам краще зрозуміти, як поводитися з астероїдами, якщо одного разу це знадобиться. Вони також допоможуть нам краще змоделювати ці загрози, незалежно від того, чи виявляться астероїди великими щільними космічними каменями чи скупченнями менших каменів, які утримуються гравітацією. Для кожного з них потрібні різні стратегії, тому така важлива робота з комп’ютерного моделювання.

Легко подумати, що коли йдеться про ймовірні астероїди-вбивці, ми повинні просто вдарити по них якомога сильніше. Зрештою, концепція надмірності, перевищення кількості руйнівних можливостей, необхідних для вирішення проблеми, не здається надто великою проблемою, коли ви маєте справу з потенційною подією рівня вимирання, що мчить до земля.

Але насправді це не так. Вдарити об астероїд із недостатньою силою, щоб відхилити його, було б, очевидно, поганою новиною. Однак це теж було б ударом із занадто великою силою – як будь-хто, хто коли-небудь грав у гру Atari Астероїди буде знати.

«Проблема в тому, що якщо ви вдарите по ньому занадто сильно, ви просто розіб'єте його на частини», — сказав Радукан. «Тоді замість того, щоб мати справу з одним об’єктом, ви маєте справу з кількома меншими об’єктами, якими набагато важче керувати. Замість одного впливу ви маєте цілий ряд впливів. Це те, чого ви точно хочете уникнути».

Доведення передбачень

Звичайно, велике питання щодо моделей Raducan таке ж, як і щодо будь-якої прогнозної моделі: наскільки вони точні? Багато моделей розумних комп’ютерів, оснащених значно більшою кількістю даних, вийшли з ладу. Відомо, що Google Flu Trends, який використовував пошук Google для запитів, пов’язаних із грипом, був таким ширина позначки коли справа дійшла до точного прогнозування поширення вірусу грипу під час сезону грипу.

Як Радукан може бути впевнена, що її моделі точні? Зрештою, у випадку астероїда-вбивці прорахунок може бути катастрофічним. Наразі відповідь... ми не знаємо. Але ми цілком можемо незабаром.

У листопаді минулого року NASA запустило його Місія DART (Double Asteroid Redirection Test).. Вважається першим у світі повномасштабним випробуванням планетарного захисту від можливого зіткнення з астероїдами, DART зіткнеться з астероїдною метою Dimorphos десь у вересні цього року.

У рамках своєї роботи Raducan допомогла змоделювати ймовірний вплив DART на свою ціль. Її прогнози свідчать про те, що місія DART буде вкрай малоймовірною, щоб розбити астероїд, хоча вона значно його деформує. Щоб його розбити, знадобиться в 10 разів більше енергії удару. Аналізуючи дані місії DART – і Місія Гера Європейського космічного агентства щоб дослідити наслідки удару зонда DART – можна буде отримати уявлення про те, наскільки добре моделі Raducan передбачили удар.

Незалежно від результату, отримані дані будуть використані, щоб зробити майбутні моделі ще точнішими.

Побудова системи захисту планети

Зрештою, є надія, що прогнозні моделі зіткнення астероїдів Raducan можуть стати однією з ключових частин системи планетарного захисту, здатної захистити Землю від загрози майбутніх зіткнень астероїдів.

Оскільки останній удар астероїда рівня вимирання стався приблизно 66 мільйонів років тому, ймовірність такого удару астероїда, на щастя, низька. (Хоча, як зазначає NASA, астероїд розміром з автомобіль входить в атмосферу Землі приблизно раз на рік, але згорає, перш ніж завдати шкоди.)

Тим не менш, враховуючи потенційну шкоду, яку може завдати астероїд-вбивця, Радукан вважає, що це Варті інвестиції для створення необхідних гарантій – принаймні, що стосується таких місій, як DART стурбований.

«Космічний корабель DART є дуже дешевою місією порівняно зі звичайними космічними місіями, тому що це технологічна демонстраційна місія, а не наукова», — сказала вона. «На борту є лише кілька інструментів, таких як камера та навігаційна система, і тривалість місії дуже коротка, [перебуваючи] в космосі менше року».

Зрештою, все повертається до Майкла Бея. «Якщо подати вартість місії DART у контексті, приблизно стільки ж коштує створення подібного фільму Армагедон, оскільки це коштує відправка фактичної місії відхилення в космос», – сказав Радукан. «Якщо зняти голлівудський фільм про відхилення астероїда важливіше, ніж фактично відправити космічний корабель [щоб допомогти нам зробити те саме], ми повинні правильно розставити пріоритети».

Рекомендації редакції

• Багато піонерів у інформатиці були кольоровими жінками. Ось 5, які ви повинні впізнати