مدل های کامپیوتری فراواقعی او از ما در برابر سیارک ها محافظت می کند

سابینا رادوکان کاری را دارد که انتظار دارید شخصیت اصلی فیلم دهه 90 مایکل بی انجام دهد. که در صخرهدکتر استنلی گودسپید نیکلاس کیج یک متخصص سلاح های شیمیایی FBI است که به نجات روز کمک می کند. که در آخرالزمان، هری استمپر بروس ویلیس یک حفاری نفت کهنه کار است که به نجات روز کمک می کند. و در دانشگاه برن، یکی از بزرگترین دانشگاه‌های سوئیس، سابینا رادوکان در حال ساخت مدل‌های فراواقعی از برخورد سیارک‌ها است. که یک روز می تواند به نجات کل سیاره ما کمک کند.

برای روشن بودن، رادوکان مدل هایی از آنچه در صورت برخورد یک سیارک با زمین اتفاق می افتد نمی سازد. در عوض، به عنوان یک محقق فوق دکترا، او شبیه‌سازی‌های عددی می‌سازد که اگر ما (منظور زمین است) بخواهیم یک سیارک مخرب را با فرستادن یک «ضربه‌کننده» ساخته دست بشر برای برخورد با آن منحرف کنیم، چه اتفاقی می‌افتد. به جای نابود کردن آن، می توان از آن برای بیرون راندن سیارک از مسیر خود استفاده کرد تا از کنار سیاره ما عبور کند.

در حال حاضر، ایده داشتن چنین چیزی به عنوان یک اقدام احتیاطی هنوز در آینده است. با این حال، زمانی که این اتفاق بیفتد (و احتمالاً «وقتی» است، نه «اگر»)، کار رادوکان می‌تواند ارزشمند باشد. و حداقل در حال حاضر، تحقیقات او به او یک یخ شکن مهمانی حسادت می دهد: “من در بخش دفاع سیاره ای کار می کنم.”

عصر طلایی سیارک ها

رادوکان زمانی که در حال تکمیل مدرک کارشناسی ارشد در رشته نجوم، علوم فضایی و اخترفیزیک در دانشگاه کنت انگلستان بود، مجذوب موضوع دهانه برخورد شد. او به دیجیتال تو گفت: «همه به مریخ و ماه علاقه داشتند. «همه تحقیقات به اینجا می‌رود. من می خواستم کاری انجام دهم که پر از دانشمندان نباشد و هست [much] کمتر مطالعه شده است.”

بیش از نیم قرن است که دانشمندان در مورد امکان محافظت از زمین در برابر سیارک های قاتل احتمالی تعجب کرده اند. در اواسط دهه 1960، بسیاری از مردم نگران احتمال برخورد سیارک 1566 ایکاروس با زمین بودند، علیرغم این واقعیت که کارشناسان اطمینان داشتند که این سیارک تنها در حدود چهار میلیون مایل خواهد گذشت. یکی از روزنامه ها فریاد زد: “یک سیارک بزرگ به سمت زمین می رود.” یک مقام معتبر می نویسد: «هنگامی که ایکاروس به زمین نزدیک می شود، هیپی ها به کلرادو می گریزند نیویورک تایمز.

در MIT، محققان طرح‌هایی برای منفجر کردن ایکاروس با استفاده از شش موشک Saturn V مجهز به کلاهک‌های هسته‌ای 100 مگاتنی طراحی کردند. همانطور که انتظار می رفت، ایکاروس از زمین ناپدید شد – اگرچه کار MIT با جزئیات بیشتری در کتاب توضیح داده شده است آتش در آسمانمنجر به عدم پوشش خبری نشد.

اما اگرچه از آن زمان به بعد موج های دوره ای در پرداختن به این موضوع به راه افتاده است و کمبودی در فیلم های هالیوود وجود ندارد (جدیدترین به بالا نگاه نکنرادوکان مطمئن است که در زمان مناسب وارد زمین شده است.

سوپر مدل های سیارکی

یکی از دلایل این امر تعداد ماموریت های فضایی و داده های حاصل از آن است. پانزده سال پیش چنین داده های محدودی وجود داشت [about asteroids]او گفت: “اکنون ما چندین ماموریت فضایی داریم که به سیارک ها می روند و داده های زیادی وارد می شود. DART و Hera هستند. این ماموریت لوسی است. ماموریت OSIRIS-REx و ماموریت هایابوسا. این ماموریت Psyche است. این ماموریت است. همه داده ها، که شما نمی توانید از زمین دریافت کنید.

جالب اینجاست که همه داده‌های مورد استفاده برای ساخت مدل‌های رادوکان نمی‌توانند از سیارک‌های واقعی به دست آیند. اخیراً، برخی از همکاران او به اسپانیا سفر کردند، جایی که با استفاده از یک تفنگ گاز فشرده، پرتابه‌های پلاستیکی را به سمت مدل جایگزینی از سیارک ریوگو که از ماسه و سنگ ساخته شده بود، شلیک کردند. این نتایج به مدل های کامپیوتری او نیز وارد می شود.

دومین دلیل اضافی که اکنون بهترین زمان برای مطالعه سیارک ها است، حرکت پیشرفت تکنولوژیکی است که توسط قانون مور هدایت می شود. شبیه سازی برخورد سیارکی که با استفاده از همان مقایسه 15 ساله ای که قبلا ذکر شد، پردازش آن در سال 2007 یک هفته طول می کشید، اکنون حدود نیم ساعت طول می کشد. و شبیه سازی ها، که در حال حاضر یک هفته طول می کشد، از نظر پیچیدگی بسیار بسیار بهتر هستند.

نسخه TL;DR؟ ما بیشتر در مورد سیارک ها می دانیم و به قولی مرد شش میلیون دلاری مقدمه، ما می توانیم آنها را بازیابی کنیم. یا حداقل آنها را با وضوح بسیار بالا در یک ابر رایانه مدل کنید.

موضوع قدرت

در حال حاضر هیچ سیارکی وجود ندارد که دانشمندان نگران آن باشند که تهدیدی فوری برای حیات روی زمین باشد. هیچ مسابقه فوری با زمان برای ساختن یک سیستم دفاعی سیاره ای وجود ندارد. اما مدل‌هایی مانند مدل رادوکان به ما کمک می‌کنند تا نحوه برخورد با سیارک‌ها را بهتر درک کنیم، اگر روزی مجبور شویم. آنها همچنین به مدل‌سازی بهتر این تهدیدها به ما کمک می‌کنند، چه سیارک‌های مورد بحث صخره‌های فضایی بزرگ و متراکم باشند یا توده‌هایی از سنگ‌های کوچک‌تر که توسط گرانش به هم چسبیده‌اند. هر یک از اینها به استراتژی‌های متفاوتی نیاز دارند، به همین دلیل است که کار مدل‌سازی کامپیوتری مانند این بسیار مهم است.

به راحتی می توان فکر کرد که وقتی صحبت از سیارک های قاتل احتمالی می شود، باید تا حد امکان به آنها ضربه بزنیم. به هر حال، مفهوم تخریب بیش از حد، بیش از مقدار ظرفیت مخرب مورد نیاز برای حل مشکل، زمانی که با سطح احتمالی انقراض به سمت زمین روبرو هستید، مشکل چندانی به نظر نمی رسد.

اما در واقع این چنین نیست. بدیهی است که برخورد یک سیارک با نیروی کافی برای انحراف آن خبر بدی خواهد بود. با این حال، ضربه زدن به آن با قدرت بیش از حد ممکن است – مانند هر کسی که تا به حال بازی Atari را انجام داده است سیارک ها خواهی دانست.

رادوکان گفت: “مشکل این است که اگر خیلی محکم به آن ضربه بزنید، فقط آن را می شکنید.” سپس به جای برخورد با یک شی، با چندین شی کوچکتر سروکار دارید که کنترل آنها بسیار سخت تر است. به جای یک تاثیر واحد، شما مجموعه ای از تاثیرات را دارید. این چیزی است که شما قطعاً می خواهید از آن اجتناب کنید.

اثبات پیش بینی ها

البته، سوال بزرگ در مورد مدل های رادوکان مانند هر مدل پیش بینی است: چقدر دقیق هستند؟ بسیاری از مدل‌های رایانه‌ای هوشمند مجهز به داده‌های بسیار بزرگ‌تر شکست خورده‌اند. Google Flu Trends – که از جستجوهای Google برای جستجوهای مربوط به آنفولانزا استفاده می کند – زمانی که صحبت از پیش بینی دقیق شیوع ویروس آنفولانزا در طول فصل آنفولانزا می شد، بسیار نامطلوب بود.

رادوکان چگونه می تواند از دقیق بودن مدل هایش مطمئن باشد؟ به هر حال، در مورد یک سیارک قاتل، یک محاسبه اشتباه می تواند فاجعه بار باشد. تا اینجا جواب این است… ما نمی دانیم. اما ما به زودی می توانیم.

نوامبر گذشته، ناسا مأموریت آزمایش تغییر جهت دوگانه سیارک (DART) خود را انجام داد. DART که به عنوان اولین آزمایش تمام‌مقیاس دفاع سیاره‌ای در جهان در برابر احتمال برخورد سیارک‌ها مورد استقبال قرار می‌گیرد، در ماه سپتامبر با هدف سیارکی دیمورفوس برخورد خواهد کرد.

رادوکان به عنوان بخشی از کار خود به مدل سازی تأثیر احتمالی DART بر هدف خود کمک کرد. پیش‌بینی‌های او نشان می‌دهد که ماموریت DART برای نابودی سیارک بسیار بعید است، حتی اگر به طور قابل توجهی آن را تغییر شکل دهد. کوبیدن آن 10 برابر انرژی ضربه ای خواهد داشت. با تجزیه و تحلیل داده‌های مأموریت DART – و ماموریت Hera آژانس فضایی اروپا برای بررسی تأثیر برخورد کاوشگر DART – می‌توان ایده‌ای در مورد اینکه مدل‌های رادوکان به خوبی این برخورد را پیش‌بینی کردند، به دست آورد.

نتیجه هر چه که باشد، داده های به دست آمده برای دقیق تر کردن مدل های آینده استفاده خواهد شد.

ساخت سیستم دفاع سیاره ای

در نهایت، امید این است که مدل‌های پیش‌بینی‌کننده برخورد سیارک‌های رادوکان بتواند بخش کلیدی یک سیستم دفاعی سیاره‌ای را تشکیل دهد که قادر به محافظت از زمین در برابر خطر برخورد سیارک‌ها در آینده است.

از آنجایی که آخرین برخورد سیارکی در سطح انقراض تقریباً 66 میلیون سال پیش رخ داده است، خوشبختانه احتمال چنین برخورد سیارکی کم است. (اگرچه، همانطور که ناسا اشاره می کند، یک سیارک به اندازه یک ماشین تقریباً سالی یک بار وارد جو زمین می شود، اما قبل از ایجاد هر گونه آسیبی می سوزد.)

با این حال، با توجه به آسیب احتمالی که یک سیارک قاتل می تواند ایجاد کند، رادوکان معتقد است که ارزش سرمایه گذاری برای ایجاد حفاظت های لازم را دارد – حداقل در مورد ماموریت هایی مانند DART.

او گفت: «سفینه فضایی DART در مقایسه با مأموریت‌های فضایی معمولی یک مأموریت بسیار کم‌هزینه است، زیرا یک مأموریت نمایشی فناوری است، نه یک مأموریت علمی. تنها چند ابزار مانند دوربین و سیستم ناوبری در هواپیما وجود دارد و مدت زمان ماموریت بسیار کوتاه است. [being] کمتر از یک سال در فضا

در پایان روز، همه چیز به مایکل بی باز می گردد. برای در نظر گرفتن هزینه ماموریت DART، تولید یک فیلم مشابه تقریباً به همان میزان هزینه دارد آخرالزمانرادوکان گفت، زیرا ارسال یک ماموریت انحرافی واقعی به فضا هزینه دارد. اگر ساختن یک فیلم هالیوودی درباره انحراف سیارک مهمتر از فرستادن یک فضاپیما باشد. [to help us potentially do the same thing] ما باید اولویت‌هایمان را درست انجام دهیم.»

توصیه های سردبیران