Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса провели трёхмерное моделирование ядерного воздействия на опасные астероиды. В одном из сценариев удалось разрушить около 98% материала объекта, а почти 97% его массы получила скорость выше скорости убегания с поверхности астероида.

Исследование посвящено двум вариантам защиты Земли от потенциально опасных планетоидов: изменению их траектории и полному разрушению. Результаты опубликованы в научном журнале The Planetary Science Journal.

Учёные использовали программное обеспечение Spheral, чтобы изучить реакцию астероида на рентгеновское излучение от ядерного взрыва, произведённого рядом с его поверхностью. Это излучение быстро нагревает и испаряет материал объекта, передавая ему энергию.

При раннем обнаружении угрозы астероид можно слегка ускорить или замедлить, чтобы он прошёл мимо Земли, не разрушаясь. Эффективность такого кинетического подхода NASA продемонстрировала в 2022 году в рамках миссии Double Asteroid Redirection Test (DART), намеренно столкнув аппарат с спутником Диморфоса.

Ядерный заряд рассматривается как резервный вариант для более крупных объектов или ситуаций, когда времени на подготовку почти не осталось. Он способен передать астероиду значительно больше энергии, чем столкновение с космическим аппаратом.

Второй подход предполагает дисрупцию — намеренное разрушение планетоида на небольшие фрагменты и их рассеивание. Цель состоит в том, чтобы ни один из оставшихся обломков не представлял угрозы для Земли.

Точность модели Spheral проверили с помощью более 1,5 тыс. одномерных симуляций. Их результаты сравнили с расчётами, выполненными с использованием признанного кода Ares. После этого исследователи провели более сложные трёхмерные расчёты для астероида неправильной формы диаметром около 160 метров.

Учёные рассмотрели три сценария, варьируя расстояние до точки подрыва и предполагаемую склонность материала к разрушению. «Эти симуляции дают нам гораздо более подробное представление о том, как астероид может отреагировать на попытку ядерной защиты», — сказал руководитель исследования доктор Айзая Сантистиван. По его словам, возможность моделировать повреждения, разрушение и движение вещества в трёх измерениях важна для оценки вариантов планетарной защиты.

Два сценария показали высокую эффективность разрушения объекта. В самом продолжительном расчёте около 98% материала астероида было полностью раздроблено, что означало почти полную потерю структурной целостности. Около 97% его массы двигалось со скоростью, превышающей скорость убегания из гравитационного поля астероида. Большинство фрагментов разлетелось в противоположных направлениях, что указывало на распад объекта.

«Обнадёживает то, что мы видим масштабные повреждения астероида, а материал движется достаточно быстро, чтобы преодолеть его гравитационное притяжение», — отметил Сантистиван. Он добавил, что это важные признаки разрушения объекта, а трёхмерные модели позволяют изучать процесс с большей точностью.

Результаты также показали, насколько важным является место передачи энергии оболочке астероида. В одном из сценариев взрыв на большем расстоянии от поверхности передал объекту меньше общей энергии, но вызвал более обширные повреждения, поскольку воздействию подверглась большая площадь.

Оптимальная точка подрыва зависит от размера, формы и состава астероида, а также от поставленной задачи — изменить его курс или полностью разрушить объект.

Моделирование полного распада крупных тел требует огромных вычислительных ресурсов. Самый продолжительный расчёт задействовал 1680 процессоров в течение 59 дней и позволил воспроизвести лишь 145 миллисекунд происходящего в реальном времени.

Для полноценной оценки эффективности планетарной защиты необходимо отслеживать фрагменты значительно дольше, чтобы определить их окончательные размеры и траектории. Авторы отмечают, что моделирование таких быстрых и сложных процессов в масштабах крупных астероидов — от нескольких метров до 1000 километров в диаметре — пока практически недостижимо для современных компьютеров.

Исследователям также важно установить, не превышает ли размер какого-либо фрагмента 10 метров и разлетятся ли обломки, а не начнут повторно объединяться под действием гравитации. Проведённые расчёты длились недостаточно долго для однозначного ответа, однако масштаб разрушений и скорость движения материала указывают на возможную эффективность метода.

В дальнейшем команда планирует ускорить вычисления, повысить разрешение моделей и изучить более реалистичные структуры, включая астероиды, представляющие собой рыхлые скопления обломков. Кроме того, результаты компьютерных симуляций хотят сопоставить с данными лабораторных экспериментов в уменьшенном масштабе.

Исследование выполнено при участии Lawrence Livermore National Laboratory. Работа Nuclear Mitigation of Hypothetical Asteroid Threats in Smoothed Particle Hydrodynamics опубликована в The Planetary Science Journal в 2026 году, DOI: 10.3847/PSJ/ae8a49.