Mô hình mới mô phỏng nhanh hơn 1.600 lần cách làm chệch hướng tiểu hành tinh

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia phát triển phương pháp mô phỏng nhanh và chi tiết hơn cách tia X từ vụ nổ hạt nhân gần tiểu hành tinh làm thay đổi quỹ đạo của nó. Mô hình mới không chỉ giảm đáng kể thời gian tính toán mà còn cho thấy hình dạng và hướng của tiểu hành tinh có thể tác động mạnh đến kết quả.

Kết hợp hai phần mềm mô phỏng

Trước đây, việc tính toán mất nhiều thời gian đến mức các nhà nghiên cứu khó khảo sát nhiều kịch bản, loại tiểu hành tinh hay phương án nhiệm vụ. Để giảm tải, những mô hình trước thường xem tiểu hành tinh như khối cầu hoặc giản lược một số yếu tố vật lý, dù các thiên thể có hình dạng không đều.

Nhóm do nhà vật lý Nathan Moore dẫn dắt đã kết hợp hai phần mềm mô phỏng độ chính xác cao của Sandia: ALEGRA và SPARTA. Mỗi phần mềm xử lý tốt một phần khác nhau của bài toán.

ALEGRA mô phỏng quá trình bức xạ làm nóng vật chất và động lực học của vật liệu ở mức năng lượng cao. Phần mềm này có thể mô phỏng chính xác sự hóa hơi của bề mặt đá, nhưng kém hiệu quả hơn khi xử lý vật chất có mật độ thấp.

Ngược lại, SPARTA hiệu quả hơn khi mô phỏng khí có mật độ thấp, nhưng khó xử lý những vùng có mật độ khí cao. Trong mô hình mới, ALEGRA phụ trách các vùng khí đậm đặc, còn SPARTA xử lý những vùng loãng hơn quanh tiểu hành tinh có hình dạng không đều.

Theo Moore, cách kết hợp này nhanh hơn hơn 1.600 lần so với các phương pháp trước, đồng thời vẫn đủ chính xác để dự đoán mức độ chệch hướng của các tiểu hành tinh không có hình cầu.

Hình dạng và hướng tạo khác biệt lớn

Khi mô phỏng ba tiểu hành tinh đã được nghiên cứu kỹ — Golevka, Bennu và Itokawa — nhóm nhận thấy việc chiếu tia X vào những mặt khác nhau của cùng một thiên thể có thể tạo ra mức thay đổi vận tốc chênh lệch tới năm lần.

Bennu là vật thể đối xứng nhất trong ba mẫu được khảo sát, nhưng mức thay đổi vận tốc do chệch hướng vẫn có thể chênh gần hai lần, tùy mặt nào của nó hướng về phía vụ nổ.

Moore cho biết nhóm đã dự đoán vị trí tác động sẽ quan trọng, nhưng bất ngờ trước mức độ ảnh hưởng lớn đến vậy. Kết quả cho thấy việc xác định chính xác vị trí phát nổ là yếu tố then chốt: nếu chọn sai, lực đẩy tiểu hành tinh nhận được có thể nhỏ hơn nhiều so với dự kiến.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng trong tình huống thực tế, có thể thiếu thông tin về một tiểu hành tinh đang tiến đến Trái Đất, hoặc không đủ thời gian để quan sát rõ nó trước khi tìm cách làm chệch hướng. Dự đoán chính xác còn phụ thuộc vào hướng quay, thành phần và cấu trúc bên trong của thiên thể.

Góc nhìn

Mô hình nhanh hơn giúp các nhóm nghiên cứu khảo sát nhiều hình dạng và kịch bản hơn, thay vì phải dựa chủ yếu vào những giả định đơn giản như tiểu hành tinh hình cầu. Đây là lợi ích trực tiếp của việc ghép các phần mềm chuyên biệt để mỗi phần xử lý đúng thế mạnh của mình.

Tuy nhiên, tốc độ tính toán không loại bỏ được những bất định về hình dạng, hướng và cấu tạo của mục tiêu. Với các nhóm phát triển mô phỏng và hệ thống tính toán, kết quả này nhấn mạnh rằng mô hình có độ chi tiết cao cần đi kèm dữ liệu quan sát đủ tốt để đưa ra dự đoán đáng tin cậy.