Ποιος δεν έχει αναρωτηθεί πώς εξαφανίστηκαν οι δεινόσαυροι; Προτού υπάρξουν επιστημονικά στοιχεία, υπήρχε ήδη η υποψία ότι η εξαφάνισή τους πρέπει να ήταν συνέπεια ενός κατακλυσμού παγκόσμιου μεγέθους, πιθανώς μιας κοσμικής σύγκρουσης. Και αυτή τη στιγμή, όταν συνειδητοποιούμε την ευθραυστότητά μας απέναντι σε ένα τέτοιο γεγονός, οι άνθρωποι αρχίζουν να φαντασιώνονται τη δυνατότητα να μπορέσουν να αμυνθούν απέναντι σε αυτή τη μεγάλη απειλή.
Οι αστεροειδείς είναι ουράνια σώματα που, αν και μικρά σε μέγεθος, ταξιδεύουν στο διάστημα με τεράστιες ταχύτητες, οπότε η σύγκρουση ενός μεσαίου μεγέθους με τη Γη θα απελευθέρωνε ενέργεια ισοδύναμη με αρκετές χιλιάδες ατομικές βόμβες.
Έχει όμως η ανθρωπότητα τη γνώση και την τεχνολογία για να εκτρέψει ένα ουράνιο σώμα από τη φυσική του τροχιά; Αυτό είναι το ερώτημα που θέλει να απαντήσει η αποστολή DART, η πρώτη δοκιμή πλανητικής άμυνας της Γης, στις 27 Σεπτεμβρίου.
Το πείραμα θα είναι χρήσιμο μπροστά σε μια πραγματική απειλή αντίκτυπου.
Πριν από μια δεκαετία και πλέον, αρκετοί επιστήμονες ονειρεύτηκαν να πραγματοποιήσουν το πρώτο πείραμα σε πλανητική κλίμακα για να δοκιμάσουν αν είναι δυνατόν να τροποποιήσουν την τροχιά ενός αστεροειδούς. Αυτή ήταν η εννοιολογική προέλευση της αποστολής DART της NASA. Απώτερος στόχος αυτής της αποστολής είναι η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας που θα καταστήσει δυνατή στο μέλλον, και σε χρόνο ρεκόρ, την εκτροπή ενός ουράνιου σώματος που είναι δυνητικά επικίνδυνο για τη Γη.
Τον Νοέμβριο του 2021, η NASA εκτόξευσε ένα διαστημόπλοιο, στο μέγεθος ενός μικρού αυτοκινήτου και με βάρος μόλις 500 κιλά, το οποίο έκτοτε ταξιδεύει στο διάστημα με γιγαντιαίες ταχύτητες. Στις 27 Σεπτεμβρίου, θα προσκρούσει στο μικρό φεγγάρι Δήμορφος, δορυφόρο ενός δυαδικού συστήματος αστεροειδών που ονομάζεται Δίδυμος 65803.
Η πρόκληση DART: μετακίνηση ενός βράχου στο διάστημα
Η προσπάθεια μετακίνησης ενός βράχου διαμέτρου 160 μέτρων με τη σύγκρουση ενός μικρού διαστημικού σκάφους βάρους 500 κιλών δεν είναι εύκολη υπόθεση. Αν σε αυτό προστεθεί το γεγονός ότι ο βράχος βρίσκεται 11 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά και κινείται με ταχύτητα 23 χλμ/δευτερόλεπτο, το πράγμα γίνεται ακόμη πιο περίπλοκο. Για να δώσω ένα απλό παράδειγμα, θα ήταν σαν να προσπαθούσατε να πυροβολήσετε από τη Μαδρίτη μια μύγα που πετάει στη μέση της πτήσης στην Αλχεθίρας και να την μετακινήσετε προς τη σωστή κατεύθυνση.
Ο αστεροειδής Dimorphos διαμέτρου 160 μέτρων σε σύγκριση με το Κολοσσαίο της Ρώμης
Η αποστολή δεν είναι απλώς να μετακινήσετε τον Dimorphos, αλλά να τον εκτρέψετε με ελεγχόμενο τρόπο. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι απαραίτητο να αποφασιστεί με ακρίβεια το σημείο πρόσκρουσης που επιτρέπει την πιο αποτελεσματική εκτροπή. Ωστόσο, σε αυτό το στάδιο, ούτε η σύνθεση ούτε το σχήμα του αστεροειδούς είναι γνωστά, οπότε η απόφαση αυτή θα πρέπει να ληφθεί όταν το διαστημικό σκάφος DART βρεθεί αρκετά κοντά στον Dimorphos, λίγες ημέρες πριν από τη σύγκρουση.
Κατά τη διάρκεια όλων αυτών των ετών, η ομάδα ερευνητών που απαρτίζουν την αποστολή DART έχει τελειοποιήσει τα αριθμητικά μοντέλα που θα επιτρέψουν να ληφθεί αυτή η απόφαση όταν έρθει η ώρα.
Αυτή η εικόνα του φωτός από τον αστεροειδή Δίδυμο και το φεγγάρι Dimorphos που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από αυτόν είναι σύνθετη από 243 εικόνες που λήφθηκαν από την κάμερα αναγνώρισης και οπτικής πλοήγησης αστεροειδών Διδύμου (DRACO) στις 27 Ιουλίου 2022
Το DART υπό δοκιμή στο Εργαστήριο Επιπτώσεων του Κέντρου Αστροβιολογίας (CAB)
Φωτογραφία από ένα από τα πειράματα πρόσκρουσης στο Εργαστήριο πρόσκρουσης CAB, η οποία λήφθηκε με κάμερα υψηλής ταχύτητας. Δείχνει πώς οι σφαίρες που είναι ενσωματωμένες στο στόχο κινούνται σε σχέση με τη μήτρα άμμου. Ο κρατήρας έχει πλάτος περίπου 20 εκατοστά.
Τα αριθμητικά μοντέλα μας επιτρέπουν να αναπαράγουμε οποιαδήποτε φυσική διαδικασία που διέπεται από μία ή περισσότερες μαθηματικές εξισώσεις. Έχουν γίνει ένας αποτελεσματικός τρόπος για την εκτέλεση "εικονικών πειραμάτων", εξοικονομώντας έτσι εργαστηριακό κόστος.
Τα αριθμητικά μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη διεργασιών υπό συνθήκες που συχνά δεν μπορούν να επαναληφθούν πειραματικά, όπως στην περίπτωση της πρόσκρουσης του DART, η οποία θα συμβεί σε συνθήκες κενού και μικροβαρύτητας.
Για να αναπτυχθεί ένα μοντέλο και για να είναι τα αποτελέσματα πραγματικά αξιόπιστα, πρέπει να επικυρωθεί συγκρίνοντας τα αριθμητικά αποτελέσματα με πραγματικά πειράματα. Για το λόγο αυτό, το Εργαστήριο Κρούσης CAB (CSIC-INTA) αποτελεί θεμελιώδες μέρος της αποστολής, καθώς εδώ έχουμε πραγματοποιήσει τις δοκιμές επικύρωσης ενός από τα αριθμητικά μοντέλα με τα οποία έχει σχεδιαστεί η αποστολή και βάσει των οποίων θα ληφθούν κρίσιμες αποφάσεις λίγες ημέρες πριν από την πρόσκρουση.
Κανόνι συμπιεσμένου αερίου.
Πειράματα με κανόνι πεπιεσμένου αερίου
Το εργαστήριο κρούσης CAB έχει σχεδιαστεί για πειράματα κρούσης χαμηλής ταχύτητας. Αποτελείται από ένα κανόνι πεπιεσμένου αερίου που μπορεί να εκτοξεύσει βλήματα με ταχύτητες έως και 420 m/s σε υλικά με διαφορετικά χαρακτηριστικά σε διάφορες γωνίες πρόσκρουσης.
Τα πειράματα καταγράφονται με κάμερες υψηλής ταχύτητας και οι κρατήρες που προκύπτουν μπορούν να σαρωθούν τρισδιάστατα.
Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του εργαστηρίου είναι ότι οι δοκιμές μπορούν να πραγματοποιηθούν σε μια διαμόρφωση που επιτρέπει τη λεπτομερή μελέτη του σχηματισμού κρατήρα σε τομή.
Τα πειράματα που πραγματοποιήσαμε στο CAB λαμβάνουν υπόψη την επίδραση της ετερογένειας, του πορώδους, της συνοχής και της τριβής του υλικού που έχει προσκρούσει, παρόμοια με τη Dimorphos. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Earth and Planetary Science Letters, επικυρώνοντας με επιτυχία έναν από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους κώδικες που χρησιμοποιήθηκαν στην αποστολή για την προσομοίωση της σύγκρουσης.
