Um tema popular nos filmes é o de um asteroide que pode extinguir a vida no planeta, e nossos heróis são lançados ao espaço para explodi-lo. Mas os asteroides que chegam podem ser mais difíceis de quebrar do que os cientistas pensavam anteriormente, diz um estudo da Johns Hopkins que usou uma nova compreensão da fratura de rochas e um novo método de modelagem computacional para simular colisões de asteroides.
Quadro a quadro mostrando como a gravidade faz com que os fragmentos de asteróides se reaimulem nas horas após o impacto. Crédito: Charles El Mir / Universidade Johns Hopkins
Os resultados, a serem publicados na edição impressa de 15 de março da Icarus, podem ajudar na criação de estratégias de impacto e deflexão, aumentar a compreensão da formação do sistema solar e ajudar a projetar esforços de mineração de asteroides.
“Nós costumávamos acreditar que quanto maior o objeto, mais facilmente ele quebraria, porque os objetos maiores são mais propensos a ter falhas. Nossos resultados, no entanto, mostram que os asteroides são mais fortes do que costumávamos pensar e exigem mais energia para ser completamente quebrados “, diz Charles El Mir, um recém-formado Ph.D pelo Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Johns Hopkins e primeiro autor do artigo.
Os pesquisadores entendem materiais físicos como rochas em escala de laboratório (aproximadamente do tamanho de seu punho), mas tem sido difícil traduzir esse entendimento para objetos do tamanho de cidades como asteroides. No início dos anos 2000, uma equipe diferente de pesquisadores criou um modelo computacional o qual eles inseriram vários fatores, como massa, temperatura e fragilidade do material, e simularam um asteroide de cerca de 1 km de diâmetro em um asteroide alvo de 25 quilômetros de diâmetro a uma velocidade de impacto de cinco quilômetros por segundo. Seus resultados sugeriram que o asteroide alvo seria completamente destruído pelo impacto.
No novo estudo, El Mir e seus colegas, K. T. Ramesh, diretor do Hopkins Extreme Materials Institute e Derek Richardson, professor de astronomia na Universidade de Maryland, entraram no mesmo cenário em um novo modelo de computador chamado de modelo Tonge-Ramesh. que representa os processos mais detalhados e de menor escala que ocorrem durante uma colisão de asteroides. Modelos anteriores não explicaram adequadamente a velocidade limitada das rachaduras nos asteroides.
“Nossa pergunta foi quanta energia é necessária para realmente destruir um asteroide e quebrá-lo em pedaços?” diz El Mir. A simulação foi separada em duas fases: uma fase de fragmentação de curta duração e uma fase de acumulação gravitacional de longa duração. A primeira fase considerou os processos que começam imediatamente após um asteroide ser atingido, processos que ocorrem dentro de frações de segundo. A segunda fase, de longa duração, considera o efeito da gravidade nas peças que saem da superfície do asteroide após o impacto, com a acumulação gravitacional ocorrendo ao longo de muitas horas após o impacto.
Na primeira fase, após o asteroide ser atingido, milhões de rachaduras se formaram e ondularam ao longo dele, partes fluíram como areia e uma cratera foi criada. Essa fase do modelo examinou as rachaduras individuais e previu padrões gerais de como essas rachaduras se propagam. O novo modelo mostrou que o asteroide inteiro não é quebrado pelo impacto, ao contrário do que se pensava anteriormente. Em vez disso, o asteroide impactado tinha um grande núcleo danificado que então exercia uma forte atração gravitacional sobre os fragmentos na segunda fase da simulação.
A equipe de pesquisa descobriu que o resultado final do impacto não era apenas uma pilha de entulho – uma coleção de fragmentos frágeis frouxamente unidos pela gravidade. Em vez disso, o asteroide impactado retinha uma força significativa porque não havia rachado completamente, indicando que mais energia seria necessária para destruir os asteroides, enquanto os fragmentos danificados foram agora redistribuídos sobre o grande núcleo, fornecendo orientação para aqueles que poderiam querer extrair asteroides durante futuros empreendimentos espaciais.
“Pode soar como ficção científica, mas uma grande quantidade de pesquisas considera colisões de asteroides. Por exemplo, se há um asteroide vindo para a Terra, é melhor dividi-lo em pequenos pedaços, ou empurrá-lo para seguir uma direção diferente? Com quanta força devemos acertar com isso para removê-lo sem que ele se quebre? Essas são questões reais sob consideração”, acrescenta El Mir.
“Somos afetados com frequência por pequenos asteroides, como no evento de Chelyabinsk há alguns anos”, diz Ramesh. “É apenas uma questão de tempo até que essas questões passem de acadêmicas a definir nossa resposta a uma grande ameaça. Precisamos ter uma boa ideia do que devemos fazer quando chegar a hora – e esforços científicos como esse são fundamentais para nos ajudar a tomar essas decisões.”
Mais informações: Charles El Mir et al, Uma nova estrutura híbrida para a simulação de impactos de asteroides de hipervelocidade e reatamento gravitacional, Ícaro (2018). DOI: 10.1016 / j.icarus.2018.12.032
Fonte: Johns Hopkins University e Phys.org
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