不同的中子能量會增強小行星的軌道改變

美國勞倫斯·利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）和空軍技術學院以蘭辛·霍蘭四世（Lansing Horan IV）為首團隊，合作研究核裝置爆炸產生的中子能量如何改變小行星的軌道。

科學家比較裂變和聚變中子的兩種不同中子能源產生的改變小行星軌道，目的是了解那稱核爆炸釋放的中子能更適合改變小行星路徑，以及如何能夠優化改變運行路線鋪路。

霍蘭指出，由於中子比X射線更具穿透性，因此研究小組的工作重點是核爆炸產生的中子輻射。他說：「這意味著中子產量可能會加熱更多數量的小行星表面物質，因此比X射線產量更有效地改變小行星的移動方向。」

不同能量的中子可以通過不同的相互作用機制與相同的材料相互作用。通過改變沉積能量（deposited energy）的分佈和強度，也可以影響小行星的移動路徑。

研究顯示，能量沉積分佈圖在研究中比較兩個中子能量之間有很大分別。當沉積能量在小行星中分佈不同時，這意味著熔化/汽化的碎屑會在數量和速度上發生變化，這最終決定小行星的速度變化。

霍蘭表示，改變小行星軌道有兩種基本選擇：炸毀或改變方向。炸毀是向小行星施加很多能量的一種方法，炸到它粉碎成許多以極快速度移動的碎片。

過去的工作發現，原始小行星質量99.5％以上不會撞撃地球。如果小行星撞擊前的警告時間短或者小行星相對較小，則可能會考慮採用這種破壞途徑。

改變軌道是一種較溫和的方法，它涉及向小行星傳遞較少量的能量，保持物體完好無損，並以稍有變化的速度將小行星推到稍為不同的軌道。

霍蘭說：「隨著時間過去，即使是微小的速度變化，也可能導致小行星遠離地球，如果我們有足夠的預警時間來做出這種反應，那麼改變軌道是更安全，更經濟的選擇。這就是為什麼我們的工作集中在改變軌道上。」

這項工作分兩個主要階段進行，包括中子能量沉積和改變小行星軌道的反應。

對於能量沉積階段，研究團隊使用洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）的蒙地卡羅N粒子（Monte Carlo N-Particle）輻射傳輸碼，來模擬今次研究中所有不同案例研究的比較。模擬向一顆三百米氧化矽（SiO2）球形小行星輻射的中子爆炸。小行星用成百上千個同心球和封裝的圓錐體分隔，形成成千上萬個蜂窩，並且對每個單獨的孔進行能量沉積和跟踪，以生成整個小行星的能量沉積曲線（能量的空間分佈）。

對於小行星改變軌道，研究團隊使用平面和立體任意拉格朗日-歐拉（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）流體力學碼來模擬小行星材料對考慮的能量沉積的響應，獲得所產生的改變軌道的速度變化，從而可以量化中子能量對所產生的影響。

研究顯示，能量沉積數據的準確性很重要，如果能量沉積輸入不正確，我們對小行星軌道的改變就不會有太大的信心。能量沉積曲線對於用來改變大型小行星軌道需要多大的能量至關重要。

重要的是，必須進一步研究和了解所有消除小行星對地球產生危害的技術，使到工具包中的工具發揮最大作用。在某些情況下，使用核裝置使小行星改變軌道比其它無核替代方案有多個優勢。實際上，如果預警時間過短或者可能碰撞地球的小行星很大，核爆炸可能是我們唯一可行的選擇。

【圖、文：節譯自美國勞倫斯·利佛摩國家實驗室2021年4月8日新聞公佈】研究全文將會刊登在2021年7月出版的《航天學報》期刊第183卷29頁至42頁