El lugar donde golpees un asteroide puede importar tanto como la fuerza con la que lo golpees, al menos en la computadora. Nuevas simulaciones por computadora de los Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, Nuevo México, encontraron que para un asteroide modelado, el cambio en su giro después de una explosión de rayos X variaba en un factor de 17 dependiendo de qué lado fue golpeado.
Para otro asteroide simulado, el alejamiento de su trayectoria fue de 3,9 milímetros por segundo cuando se irradiaba desde una dirección y sólo 0,8 milímetros por segundo desde otra, una diferencia de casi cinco veces. El estudio aparece en la revista Icarus.
“Esperábamos que el objetivo importara”, dijo el autor principal Nathan Moore, físico de Sandia, según ScienceDaily. “Lo que nos sorprendió fue cuánto.”
El hallazgo es importante para la planificación de la defensa planetaria. Si alguna vez se encontrara una amenaza real, una desviación que haga girar una roca espacial de manera impredecible o la empuje mucho menos de lo previsto podría hacer perder un valioso tiempo de advertencia. El trabajo sugiere que un conocimiento detallado de la forma de un asteroide sería esencial antes de cualquier misión de este tipo.
Roca vaporizada como motor de cohete
El concepto que se está modelando utiliza una explosión de rayos X, como los liberados por un dispositivo nuclear detonado cerca de un asteroide en lugar de sobre él. En el vacío del espacio no hay ondas de choque ni bolas de fuego. En cambio, los rayos X calientan instantáneamente una delgada capa de roca superficial, que se vaporiza y explota, empujando al asteroide en la dirección opuesta como un breve motor de cohete.
El equipo de Moore demostró el principio en 2024. En la máquina Z de Sandia, una potente instalación de energía pulsada, utilizaron rayos X para empujar asteroides simulados de cuarzo y sílice fundida que flotaban libremente del ancho de la yema de un dedo, informó Sandia. Esos resultados, publicados en Nature Physics, fueron la primera confirmación experimental de que los rayos X podrían desviar material de asteroides.
Ampliar eso a un asteroide real fue el problema más difícil. La mayoría de los modelos anteriores trataban a los asteroides como esferas lisas, lo que facilitaba las matemáticas pero ignoraban las crestas, depresiones y formas torcidas que los asteroides reales muestran en las imágenes de las naves espaciales.
Números que oscilan con el ángulo
El nuevo modelo combina dos códigos informáticos Sandia. ALEGRA se utiliza normalmente para eventos rápidos y de alta energía, mientras que SPARTA es un código Monte Carlo de simulación directa que generalmente se aplica a fuerzas débiles que evolucionan lentamente, como los flujos de gas. Juntos pueden rastrear cómo el vapor sale de una superficie irregular.
El modelo toma datos de formas 3D de sobrevuelos de naves espaciales y luego permite a los investigadores ajustar la fuerza, distancia y dirección de la explosión. Genera un mapa de calor del material de la superficie vaporizado, el empuje resultante y el cambio en la rotación, y la extensión del daño a la superficie.
La velocidad hizo posible el estudio. “Nuestro nuevo algoritmo es 1.600 veces más rápido, lo cual fue fundamental para este avance”, dijo Moore, según Newswise.
Los resultados muestran por qué la forma es importante. Una explosión que golpea una cara ancha y plana puede enviar vapor en una dirección fuerte, mientras que golpear una cresta o un hueco puede dispersar el empuje, cambiar la cantidad de roca que se vaporiza y agregar un torque que altera el giro. Moore resumió la lección sin rodeos, diciendo que elegir el lado correcto gana, mientras que adivinar mal podría significar un mal día.
Dar forma a los datos antes de cualquier misión
La conclusión práctica es que el reconocimiento es lo primero. Las predicciones precisas requieren información de forma razonablemente detallada desde todas las direcciones, dijeron los investigadores. Esto podría ser un problema grave para un asteroide descubierto tarde, cuando tal vez no haya tiempo para enviar una nave espacial de exploración para observarlo de cerca.
Esto vincula el estudio con las misiones que ya están en marcha. La nave espacial DART de la NASA chocó contra la pequeña luna asteroide Dimorphos en 2022 para probar el enfoque cinético del impactador, y la misión Hera de la Agencia Espacial Europea ahora está llegando para medir las consecuencias. Esas misiones muestran cuánto se puede aprender cuando se mapea en detalle un objetivo, que es exactamente la información que necesita el modelo de Sandia.
La investigación fue financiada por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Sandia. Sandia es un laboratorio nacional del Departamento de Energía y los coautores del estudio incluyen a Michael Gallis, Gregory Tipton y otros siete investigadores de Sandia.
El enfoque también pretende complementar, no reemplazar, otras opciones. Un impactador cinético como DART funciona mejor con años de advertencia, mientras que una ráfaga de rayos X podría generar un impulso mayor en un solo evento. En ambos casos, los planificadores querrían saber cómo reaccionaría un asteroide específico antes de comprometerse con un solo intento.
Límites del modelo
El estudio es un esfuerzo de modelado por computadora revisado por pares, no una prueba en un asteroide real. Su mayor límite es que sólo tiene en cuenta la rotura de la roca superficial. Moore dijo que el modelo actualmente considera sólo la ruptura de rocas en la superficie, lo que significa que aún no puede predecir si una explosión fracturaría todo el asteroide. Esto es importante porque se cree que muchos asteroides son montones de escombros sueltos que se mantienen unidos por una gravedad débil, que podría responder de manera muy diferente a una sacudida repentina.
Otras incertidumbres son grandes y algunas no son computacionales en absoluto. Una ráfaga de rayos X desencadenaría muchos efectos interactivos que harían difícil predecir el comportamiento en el mundo real, y entregar y posicionar un dispositivo con la precisión requerida sería extremadamente difícil. Los resultados se aplican a las formas modeladas y otros asteroides podrían responder de manera diferente.
No se conoce ningún asteroide en camino a chocar contra la Tierra, y nada en este estudio cambia eso. Para el público, el resultado es un recordatorio de que la defensa planetaria depende de encontrar temprano objetos peligrosos y estudiarlos de cerca, de modo que cualquier respuesta pueda elegirse con buena información en lugar de conjeturas.
La conclusión es que el objetivo puede hacer variar la desviación de un asteroide varias veces y su giro cambiar 17 veces en estas simulaciones. Mejores datos de forma y modelos que capturen la desintegración de todo el cuerpo son los siguientes pasos antes de que el enfoque pueda informar una misión real.
Lo que los lectores quieren saber
¿Qué encontró el estudio de Sandia?
Las simulaciones mostraron que la dirección de una explosión de rayos X cambió el empuje de un asteroide casi cinco veces y el cambio de giro de otro en un factor de 17.
¿Cómo moverían los rayos X un asteroide?
Vaporizarían una fina capa de roca superficial y el vapor que escaparía empujaría al asteroide en la dirección opuesta.
¿Hay algún asteroide que amenace actualmente a la Tierra?
No. No se conoce ningún asteroide en camino de chocar contra la Tierra. El estudio es una preparación para una posible amenaza futura.
¿Cuáles son los límites del modelo?
Sólo cubre la ruptura de la roca superficial, no todo el asteroide, y requiere datos detallados de la forma desde todas las direcciones.
¿Por qué son tan importantes los datos de forma?
Las crestas, los huecos y las formas torcidas cambian la forma en que se escapa el vapor, lo que cambia tanto el empuje como el giro.
¿Cómo se relaciona esto con la misión DART de la NASA?
DART probó un método diferente, estrellando una nave espacial contra un asteroide. Ambos enfoques dependen de conocer en detalle la forma y la composición del objetivo.
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