小惑星のミニチュアを作り宇宙の仕組みを知る

・物理学者が小惑星の精密な複製を作り、強力なレーザー光線で吹き飛ばしました。

・幅10ミリの複製を爆破するのに、500ジュールのエネルギーが必要でした。

もし、地球に大きな小惑星が衝突したら、その影響は大地震や火山の噴火など、他の自然災害とは比較にならないほど大きなものになります。今日、人類は本格的に、小惑星の危険を軽減したり防止することができる技術を発展させる段階にきています。

通常、地球の大気圏に突入する天体（1m以上）は、すべて小惑星に分類されます。小惑星は、主にシリコン、炭素、金属、氷でできています。小惑星の大きさは900kmにもなり、時速20kmで移動すると、地球上の生物は簡単に全滅してしまいます。

今のところ、小惑星の衝突から地球を守るには、小惑星をそらすか、吹き飛ばし地上に到達する前に大気圏で燃え尽くすかの2つの方法があります。

近年、モスクワ物理工科大学の研究者たちは、人工的な小型小惑星を作り、レーザーで爆破して、2つ目の選択肢を研究しました。そして、小惑星の表面で核爆発が起こったときの衝撃波をモデル化しました。

小惑星を破壊する実験では、現実の事件で予測される圧力や熱の分布と同じような壊滅的な影響が発生したのです。

小惑星の精密なレプリカ

物理学者たちは、人工小惑星の形状、剛性、密度を実物と同じにするようにしました。小惑星の物質の構造と成分は、小惑星落下量の約86％を占める最も一般的な隕石であるコンドライト（非金属、石質）隕石のものと一致します。

レプリカの製作には、2013年にロシアのチェバルクル湖から回収されたコンドライト隕石のデータを使用しました。人工小惑星の材料は、沈殿、圧縮、加熱と、自然の形成過程を模倣して作られました。立方体、球体、楕円体など、さまざまな形状のレプリカが作られました。

小惑星を破壊するのに必要なエネルギー

そして、そのレプリカを破壊するのに必要なエネルギー量を計算しました。幅10ミリの模型を爆破するのに500ジュールのエネルギーが必要であると分かった後、200メートルの小惑星を破壊するのにどれだけのエネルギーが必要かを調べたところ、レーザーはトリニトロトルエン（TNT）の3000キロトン相当のエネルギーが必要であることが分かりました。

ちなみに、これまでで最も強力な爆弾である1961年のツァーリ・ボンバは、約58,600キロトンのエネルギーを発生させました。実験用の小惑星は、宇宙のプロトタイプに比べて15倍も質量が小さく、完全に破壊するためには質量に対して2倍のエネルギーが必要です。

実験には3つのレーザー装置（Saturn、Luch、Iskra-5）を使用しました。真空容器内の人工小惑星にレーザーを照射する前に、レーザーの出力を所定のレベルまで増やしました。レーザービームは最大30ナノ秒の間、小惑星に影響を与え、破壊の全ダイナミクスが解析のために記録されました。

提供: Elena Khavina / MIPT

計算では、200mの小惑星を直径10倍、質量1,000倍の大きさに砕かなければいけません。これらの破片は、地上に到達する前に大気圏で燃え尽きます。

また、複数の弱いパルスを照射しても、1本のビームに対して何のメリットもないことも発見しました。連続して照射しても、同時に弱いパルスを当てても、あまり効果的ではありませんでした。しかし、人工小惑星に意図的に作られた空洞を狙うことで、多くのエネルギーを節約することができました。1グラムあたり150ジュール近くもエネルギーを節約できました。

近い将来、ニッケルや鉄など、異なる成分で作られたレプリカの実験が行われる予定です。また、小惑星の形状や空洞が破壊の基準にどのように影響するかも研究する予定です。