Simulations explore nuclear mitigation of asteroid threats

ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の研究チームは、地球に接近する小惑星に対して核爆発を使う対処法を、3次元のシミュレーションで検討した。核爆発で放たれるX線が小惑星の表面を急速に加熱し、物質を蒸発させる過程を従来より詳細に再現することが狙いだ。成果は『The Planetary Science Journal』に掲載された。

小惑星の衝突を防ぐ方法は大きく二つある。一つは小さな速度変化を与えて軌道をずらし、天体を形を保ったまま地球から外す方法だ。2022年にNASAのDART計画は、探査機を小惑星の衛星ディモルフォスに衝突させて、この手法を実際に示した。もう一つは天体を意図的に砕き、残る破片を地球にとって脅威にならない程度まで散らす方法である。核爆発を使う案は、探査機の衝突よりはるかに大きなエネルギーを小惑星に与えられるため、大型の天体や警告時間が短い場合の非常手段と位置づけられている。

研究チームはまず、LLNLが従来使ってきたAresという計算コードと、新たに用いたSpheralの結果を比べた。1500件を超える一次元の計算で両者がよく一致したことから、より複雑な三次元の破砕計算にSpheralを使える見通しを得た。Spheralは材料の損傷や破壊、分裂を扱うのに適しているという。解析対象は約160メートルの不規則な形をした小惑星で、爆発位置と材料の割れやすさを変えた三つの破砕シナリオが設定された。

結果では、最も長く走らせた計算で小惑星の物質の約98%が大きく損傷し、約97%が脱出速度を上回って動いた。多くの物質が互いに逆向きに動いていたことから、天体が分裂の途中にあると研究者は見ている。また、爆発位置を遠くにすると投入されるエネルギーは減るが、損傷は広い範囲に及ぶ例も示された。最適な手段は、天体の大きさや形、組成に加え、目的が軌道変更か破砕かによっても変わると考えられる。ただし計算は物理的に145ミリ秒分しか進んでおらず、破片の最終的な大きさや軌道は確定していない。最大の破片が約10メートル以下になり、再び集まらないことを示す必要がある。

製造業の視点では、今回の研究は計算需要の大きさを示す事例としても読める。1680個のプロセッサを59日間使っても進められたのは物理時間で145ミリ秒分にとどまった。計算を速め、解像度を上げ、rubble-pile（瓦礫の集合体）と呼ばれる緩く結合した小惑星をモデル化する計画もあり、高性能計算機や、それを支える冷却・電源機器への需要が増える可能性はある。研究チームは小規模な実験室の試験との比較も予定しており、材料の破壊挙動を測る試験装置や計測機器に関わる余地も生まれうる。ただし記事は導入や調達に触れておらず、現時点では研究段階である点は押さえておくべきだ。

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