تکنیک رمزگشایی داخلی سیارک می تواند برای هدایت ماموریت های انحراف سیارک استفاده شود

با DART، آزمایش تغییر مسیر دوگانه سیارک، ناسا با موفقیت یک فضاپیما را مستقیماً به مرکز یک سیارک نزدیک در اواخر سپتامبر پرواز داد. این سنگ فضایی به اندازه استادیوم مورد اصابت یک ماموریت کامیکازه یک طرفه قرار گرفت که با موفقیت مدار سیارک را تنظیم مجدد کرد. DART اولین تلاش برای یک سیستم دفاعی سیاره ای بود که نشان داد کارشناسان ممکن است بتوانند سیارکی را که به سمت زمین حرکت می کند منحرف کنند.

دانشمندان MIT اکنون دستگاهی دارند که می‌تواند به ماموریت‌های آینده هدف‌گیری سیارک‌ها کمک کند تا کارآمدتر شوند. بر اساس چگونگی تغییر چرخش سیارک در هنگام برخورد نزدیک با اجرام بزرگتر مانند زمین، تیم روشی برای ترسیم ساختار داخلی یا توزیع چگالی ایجاد کرد.

دانشمندان می توانند با درک چگونگی پراکندگی چگالی در سیارک مؤثرترین دفاع ها را ایجاد کنند. برخلاف انحراف یک سیارک با فضای داخلی متراکم تر و متعادل تر، فضاپیمایی مانند DART می تواند به طور متفاوتی هدایت شود اگر فضای داخلی جسم نسبتاً سبک و یکنواخت باشد.

جک دینزمور ’22، که تکنیک جدید نقشه برداری سیارک ها را به عنوان یک رشته فیزیک در مقطع کارشناسی در MIT توسعه داد، می گوید: “اگر توزیع چگالی سیارک را بدانید، می توانید در جای مناسب به آن ضربه بزنید تا واقعاً دور شود.”

این تیم مشتاق است که این روش را برای آپوفیس، سیارکی نزدیک به زمین که تصور می‌شود در صورت برخورد با آن، خطر قابل توجهی را به همراه خواهد داشت، اعمال کند. دانشمندان احتمال برخورد در طول پروازهای بعدی آپوفیس را برای حداقل یک قرن رد کرده اند. همچنین پیش بینی های آنها مبهم می شود.

دینزمور که اکنون دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه استنفورد است، می‌گوید: «آپوفیس در سال 2029 زمین را از دست خواهد داد، و دانشمندان آن را برای چند برخورد بعدی پاک کرده‌اند، اما ما نمی‌توانیم آن را برای همیشه پاک کنیم. بنابراین درک ماهیت این سیارک خاص خوب است، زیرا اگر زمانی نیاز به تغییر جهت آن داشته باشیم، مهم است که بفهمیم از چه چیزی ساخته شده است.

Dinsmore و Julien de Wit، استادیار دپارتمان علوم زمین، جو و سیاره‌شناسی MIT (EAPS)، روش جدید خود را در مطالعه‌ای که امروز در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر شد، شرح می‌دهند.

چرخاندن پخته شده در مقابل خام

بذر روش تیم برای نقشه‌برداری سیارک‌ها از کلاس MIT که Dinsmore سال گذشته توسط د ویت آموزش داده بود، رشد کرد. کلاس 12.401 (مبانی علوم سیاره ای) اصول و مکانیسم های اساسی برای تشکیل سیارات، سیارک ها و سایر اجرام در منظومه شمسی را معرفی می کند. به عنوان یک پروژه نهایی، دینزمور در حال بررسی نحوه رفتار یک سیارک در هنگام برخورد نزدیک است.

در کلاس، او کدی برای شبیه‌سازی اشکال و اندازه‌های مختلف سیارک‌ها نوشت و اینکه چگونه دینامیک مداری و چرخشی آن‌ها وقتی تحت تأثیر کشش گرانشی یک جرم بزرگ‌تر مانند زمین قرار می‌گیرد، تغییر می‌کند.

دینزمور به یاد می آورد: “در ابتدا فقط سعی کردم بپرسم وقتی یک سیارک از کنار زمین می گذرد چه اتفاقی می افتد؟ آیا اصلاً واکنش نشان می دهد؟ زیرا مطمئن نبودم.” و پاسخ این است که این کار را به گونه ای انجام می دهد که به شدت به شکل و ویژگی های فیزیکی سیارک بستگی دارد.

این درک اولیه سؤال دیگری را ایجاد کرد: آیا می توان از دینامیک برخورد نزدیک یک سیارک برای پیش بینی نه تنها شکل و اندازه آن، بلکه همچنین ترکیب داخلی آن استفاده کرد؟ برای دریافت پاسخ، Dinsmore این پروژه را با د ویت از طریق برنامه فرصت های تحقیقاتی در مقطع کارشناسی MIT (UROP) دنبال کرد، که به دانشجویان اجازه می دهد تحقیقات اصلی را با یکی از اعضای هیئت علمی انجام دهند.

او و دی ویت عمیق‌تر به پویایی یک رویارویی نزدیک رفتند و کد پیچیده‌تری نوشتند که از آن برای شبیه‌سازی باغ‌وحشی از سیارک‌های مختلف استفاده کردند که هر کدام اندازه، شکل و ترکیب داخلی یا توزیع چگالی متفاوتی داشتند. سپس شبیه‌سازی را به جلو اجرا کردند تا ببینند که چرخش هر سیارک چگونه باید در حین عبور از نزدیکی جسمی با جرم و کشش گرانشی خاص، تکان بخورد یا جابجا شود.

دی ویت پیشنهاد می کند: «این شبیه به این است که چگونه می توانید بین تخم مرغ خام و آب پز تفاوت قائل شوید. “اگر تخم مرغ را بچرخانید، بسته به ویژگی های داخلی آن واکنش نشان می دهد و می چرخد. همین امر در مورد یک سیارک در طول یک برخورد نزدیک صادق است: شما می توانید متوجه شوید که در داخل چه اتفاقی می افتد فقط با نگاه کردن به واکنش آن به نیروهای گرانشی قوی که در طول پرواز تجربه می کند.”

یک مسابقه نزدیک

این تیم نتایج خود را در نرم‌افزار جدیدی ارائه می‌کند که آن را AIME می‌نامند، برای نقشه‌برداری داخلی سیارک‌ها از Encounters (مخفف به فرانسوی نیز به «عشق» ترجمه می‌شود). این نرم افزار را می توان برای بازسازی توزیع چگالی داخلی یک سیارک، از مشاهدات تغییر چرخش آن در طول یک برخورد نزدیک، استفاده کرد.

محققان می‌گویند که اگر دانشمندان بتوانند اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری از سیارک‌ها و دینامیک چرخش آن‌ها در طول برخوردهای نزدیک انجام دهند، این اندازه‌گیری‌ها می‌تواند برای بهبود بازسازی AIME از داخل سیارک استفاده شود.

آنها می گویند که بهترین شانس آنها ممکن است با آپوفیس باشد. در طول برخوردهای نزدیک آتی، دو ویت و دینمور امیدوارند اخترشناسان تلسکوپ های خود را به سمت صخره فضایی نشانه بگیرند تا اندازه، شکل و تکامل چرخش آن را در حین عبور اندازه گیری کنند. آنها سپس می‌توانند این اندازه‌گیری‌ها را به AIME برای یافتن یک مسابقه – یک سیارک شبیه‌سازی شده با همان اندازه، شکل و پویایی چرخش آپوفیس که با توزیع چگالی داخلی خاص نیز مرتبط است، وارد کنند.

دینزمور می‌گوید: «سپس با AIME، می‌توانید یک نقشه چگالی منتشر کنید که به احتمال زیاد نمایانگر فضای داخلی آپوفیس است.

دی ویت می افزاید: “درک ویژگی های داخلی سیارک ها به ما کمک می کند تا متوجه شویم که برخوردهای نزدیک تا چه حد می تواند نگران کننده باشد و چگونه با آنها برخورد کنیم، همچنین کجا شکل گرفته اند و چگونه به آنجا رسیده اند.” اکنون با این چارچوب، روش جدیدی برای مشاهده درون یک سیارک وجود دارد.