dcsimg

pubblicato il 9 maggio 2013 in spazio

Cacciatori di asteroidi

Rischio asteroidi verso la Terra
Quando pensiamo al rischio di impatto della Terra con qualche asteroide, cometa o meteorite, subito pensiamo all’evento famoso che portò all’estinzione di quasi tutti i dinosauri, avvenuto circa 65 milioni di anni, denominato periodo KT. Un altro evento altrettanto famoso, anche se non su scala mondiale, è certamente l’impatto con un meteorite avvenuto nel giugno 1908 a Tunguska, nella Siberia centrale. L’onda d’urto originatasi dall’esplosione del meteorite in atmosfera portò alla distruzione di una vasta regione ricoperta da foresta.
Più recentemente gli eventi di collisione hanno interessato altri pianeti del Sistema Solare, come  nel caso dell’impatto della cometa Shoemaker-Levy con Giove nel 1994 e le collisione di meteoriti con gli anelli di Saturno riprese dalla sonda Cassini tra il 2009 e il 2012.

La sonda della NASA Cassini ha fornito la prima prova diretta dello schianto di un flusso di detriti spaziali e piccoli meteoroidi contro gli anelli di Saturno avvenuto tra il 2009 e il 2012. I meteoroidi possiedono un diametro compreso tra circa 1 cm fino a decine di metri.  Crediti: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Cornell

La sonda della NASA Cassini ha fornito la prima prova diretta dello schianto di un flusso di detriti spaziali e piccoli meteoroidi contro gli anelli di Saturno avvenuto tra il 2009 e il 2012. I meteoroidi possiedono un diametro compreso tra circa 1 cm fino a decine di metri.
Crediti: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Cornell

In ognuno di questi eventi sono stati rilasciati enormi quantità di energia, che sulla Terra nel passato hanno portato anche all’estinzione di moltissime specie viventi.
Quale informazioni sono disponibili oggi su i corpi che possono colpire la Terra? Esistono misure preventive per scongiurare una possibile collisione con questi?

La popolazione asteroidale
Gli asteroidi, anche detti pianetini, sono frammenti rocciosi di varie dimensioni originatisi durante la formazione del Sistema Solare, circa 4,6 miliardi anni fa.
Il primo asteroide venne scoperto nel 1801 da Padre Giuseppe Piazzi all’Osservatorio di Palermo. Venne battezzato Cerere e per mezzo secolo venne considerato l’ottavo pianeta. Dal 2006 è considerato un pianeta nano alla stregua di Plutone, Eris, Makemake e Haumea.
Da quel lontano 1801 sono stati scoperti e catalogati oltre 300.000 asteroidi e quasi sicuramente altre centinaia di migliaia, forse un milione, sono ancora da scovare.
Il numero di corpi con un diametro superiore ai 200 km è esiguo, appena 26, tra questi il più grande è Cerere con 900-1000 km, seguito da Pallade e Vesta entrambi con un diametro di circa 500 km. Il resto degli asteroidi ha dimensioni inferiori a 200 km fino ad arrivare anche a pochi metri di diametro.

Confronto in scale dei 10 più grandi asteroidi appartenenti alla Fascia Principale. Crediti: Creative Commons

Confronto in scale dei 10 più grandi asteroidi appartenenti alla Fascia Principale. Crediti: Creative Commons

La stragrande maggioranza degli asteroidi orbita intorno al Sole in una regione compresa tra l’orbita di Marte e quella di Giove, denominata Fascia Principale, più precisamente tra 2 e 3,3 u.a (1 u.a. = 150.000.000 km, è la distanza media tra Terra e Sole).
Ben separati dalla Fascia Principale, con un’orbita interna rispetto a quella di Giove, troviamo gli asteroidi di tipo Hilda e Thule. Oltre a questi esistono due grandi raggruppamenti di oggetti che si trovano sull’orbita di Giove,  in due punti di equilibrio (detti punti lagrangiani). Tali raggruppamenti vengono chiamati Troiani e sono molte centinaia di migliaia, un gruppo precede Giove, l’altro lo anticipa. Esiste in fine un ulteriore sotto-popolazione asteroidale convenzionalmente distinta in tre  tipi con il nome di Aten, Apollo e Amor.

Distribuzione delle principali famiglie di asteroidi. Crediti: ESA

Distribuzione delle principali famiglie di asteroidi. Crediti: ESA

Le loro orbite si estendono fino nella zona più interna del Sistema Solare. In particolare gli Aten hanno un semiasse maggiore orbitale inferiore a 1 u.a, ma con distanza all’afelio (massima distanza dal Sole) maggiore della distanza perielica (minima distanza della Terra dal Sole) della Terra (0,983 u.a.). Gli Aten quindi risiedono per la maggior parte del periodo orbitale all’interno dell’orbita terrestre, ma all’afelio possono trovarsi oltre l’orbita della Terra.
Gli Apollo invece hanno un semiasse maggiore più grande di quello terrestre, con una distanza perielica inferiore a quella della Terra (1,017 u.a.). Di conseguenza tali oggetti orbitano per la maggior parte del tempo al di là dell’orbita terrestre e solo per un tratto si trovano all’interno.
Infine, gli Amor possiedono orbite con distanza perielica tra 1,017 e 1,3 u.a, in grado quindi di arrivare al perielio nella zona tra Terra e Marte.
Riassumendo, per convenzione vengono definiti asteroidi i corpi minori del Sistema Solare con dimensioni di almeno qualche decina di metri, le cui orbite non superano mai quella di Giove. Vengono inclusi in tale categoria anche i Troiani.

Gli asteroidi troiani sono un gruppo separato di asteroidi che si trovano al di fuori della fascia principale degli asteroidi e che condividono l'orbita con Giove. Crediti: NASA

Gli asteroidi troiani sono un gruppo separato di asteroidi che si trovano al di fuori della fascia principale degli asteroidi e che condividono l’orbita con Giove. Crediti: NASA

Forma di un asteroide
Quasi tutti gli asteroidi sono di forma irregolare, anche se alcuni sono quasi sferici, e spesso presentano anche numerosi crateri sulla superficie.

951 Gaspra, il primo asteroide ad essere fotografato in modo ravvicinato dalla sonda Galileo nel 1991. Crediti: NASA

951 Gaspra, il primo asteroide ad essere fotografato in modo ravvicinato dalla sonda Galileo nel 1991. Crediti: NASA

Mentre girano attorno al Sole in orbite ellittiche, gli asteroidi ruotano anche intorno a se stessi, talvolta in maniera piuttosto irregolare. Ad oggi sono stati scoperti oltre 150 asteroidi con una piccola luna compagna.

Questa immagine è stata ripresa dalla sonda Galileo circa 14 minuti prima del suo massimo avvicinamento all'asteroide 243 Ida il 28 agosto 1993. Sulla destra è visibile la luna Dactyl, il primo satellite di un asteroide ad essere stato scoperto. Crediti: NASA

Questa immagine è stata ripresa dalla sonda Galileo circa 14 minuti prima del suo massimo avvicinamento all’asteroide 243 Ida il 28 agosto 1993. Sulla destra è visibile la luna Dactyl, il primo satellite di un asteroide ad essere stato scoperto. Crediti: NASA

Ci sono anche sistemi binari e tripli costituiti da due o tre asteroidi.

Composizione degli asteroidi
Per composizione gli asteroidi vengono distinti principalmente in tre classi: C, S ed M. Le diverse composizioni degli asteroidi sono dovute alla distanza dal Sole nella loro fase di formazione. Gli asteroidi di tipo C sono i più comuni e sono ricchi di carbonio. Sono molto scuri e si concentrano nella parte più esterna della Fascia Principale. I tipi S sono costituiti da silicati, nichel e ferro; li ritroviamo soprattutto fra gli oggetti di tipo Apollo e Amor. Mentre i tipi M sono completamente metallici, costituiti da ferro-nichel.

Il gruppo dei NEO (Near-Earth Object)
Tutti gli oggetti in grado di transitare nelle zone dei pianeti terrestri sono comunemente indicati con l’acronimo NEO (Near-Earth Object), vale a dire oggetti vicini alla Terra. Gli asteroidi occupano zone diverse all’interno del Sistema Solare e oltre a ruotare intorno al Sole, sono in grado di spostarsi, a causa di effetti per nulla semplici da prevedere. Uno dei motivi è la collisione con altri asteroidi, che ha come risultato la frantumazione degli oggetti coinvolti. I frammenti prodotti posso assemblarsi nuovamente in un nuovo oggetto oppure finire in traiettorie autonome, dando vita a singoli asteroidi. Questi urti non sono in grado di proiettare l’asteroide lontano dalla zona di collisione e farlo diventare per esempio un NEO.
Affinché la traiettoria venga modificata sostanzialmente devono anche aggiungersi dei processi dinamici in grado di far variare sensibilmente i parametri orbitali.
Le perturbazioni gravitazionali causate da un pianeta gigante sono in grado di variare, in tempi relativamente brevi, i parametri orbitali quali l’eccentricità e l’inclinazione dell’orbita, spostando il perielio di questi oggetti sempre più vicino al Sole. L’asteroide catturato dalla perturbazione sarebbe quindi in grado di attraversare le orbite dei pianeti Marte, Terra, Venere e Mercurio, che prima rimanevano sempre all’interno. Frequentemente capita che questi asteroidi abbiano il perielio talmente allungato da terminare la loro vita con un tremendo impatto sul Sole. Questo processo ci elimina facilmente il fastidio dell’asteroide. L’aumento dell’eccentricità non comporta solo un aumento del perielio ma anche un allontanamento dell’afelio, quindi spesso questi oggetti della fascia principale, che vengono catturati dalle perturbazioni gravitazionali, si spingono fino all’orbita di Giove, con la conseguente espulsione dal Sistema Solare. Fin qui entrambi i fenomeni giocano a nostro favore.
Tuttavia alcuni asteroidi non finiscono la loro vita sul Sole o proiettati nel Sistema Solare esterno, infatti, anche i pianeti interni, sebbene di massa ben inferiore a Giove, possono creare qualche effetto perturbativo su questi corpi, portandoli a contatto con le loro orbite. Ovviamente maggiore è la massa, più efficiente sarà il meccanismo di estrazione dell’asteroide. Tra i candidati più probabili ci sono certamente la Terra e Venere entrambi di massa ben superiore a Marte e Mercurio.
Se si verifica tale condizione, l’asteroide uscito dalla sua orbita iniziale, diventa un oggetto a rischio di impatto con la Terra e viene definito NEA (Near Earth Asteroid). In questa fase l’orbita dell’asteroide si mantiene caotica, poiché è influenzata da continui incontri ravvicinati con i pianeti interni e di conseguenza non è facile prevedere un comportamento su lungo periodo. Non è quindi da escludere la possibilità che uno di questi possa schiantarsi su uno dei pianeti interni, soprattutto sulla Terra e Venere. I NEA sono stati ulteriormente suddivisi, introducendo la classe dei PHA (Potenzially Hazardous Asteroids). I PHA sono NEA che più probabilmente possono entrare in collisione con la Terra, infatti la loro distanza minima dal pianeta è minore di 0,05 u.a e sono più grandi di 150 metri. Ad oggi sono noti almeno un migliaio di questi corpi, tra questi c’è anche il famoso Apophis con il quale abbiamo avuto un incontro ravvicinato a gennaio di quest’anno e che rivedremo nel 2029, quando l’asteroide sfiorerà la Terra a una distanza di 30.000 chilometri, circa 1/10 della distanza Terra-Luna, mantenendosi comunque a distanza di sicurezza. Possiamo stare quindi tranquilli, la Terra non è in pericolo.

Prevedere l’impatto
Prevedere con esattezza come evolverà la traiettoria di un oggetto costretto a muoversi sotto l’influenza di diversi pianeti è praticamente impossibile. Il problema viene comunemente definito problema degli N-corpi, che non ha una soluzione semplice come nel caso delle leggi di Keplero in cui i corpi in questione sono solo due. Scordiamoci quindi l’interpretazione analitica del fenomeno. Esistono metodi di integrazione numerica che consistono nel simulare il movimento dell’asteroide, ricostruendo, ad intervalli di tempo brevi, la posizione di tutti i corpi interessati. La precisione della simulazione aumenta al diminuire dell’intervallo di tempo considerato. Comunque va ribadito che è impossibile prevedere la collisione con un asteroide per intervalli di tempo superiori al secolo. Una curiosità: per determinare in maniera oggettiva un valore di pericolosità di ogni NEO è stata adottata una scala, simile alla scala Mercalli dei terremoti, nota con il nome Scala Torino perché proposta durante un convegno tenutosi a Torino nel 1999.

La Scala Torino fu creata dal Prof. Richard P. Binzel dell'Istituto di Tecnologia del Massachusetts (MIT). La prima versione, si chiamava "A Near-Earth Object Hazard Index" e fu approvata nel 1999 in una conferenza internazionale tenutasi a Torino. Fonte: http://www.themeter.net/torino.htm

La Scala Torino fu creata dal Prof. Richard P. Binzel dell’Istituto di Tecnologia del Massachusetts (MIT). La prima versione, si chiamava “A Near-Earth Object Hazard Index” e fu approvata nel 1999 in una conferenza internazionale tenutasi a Torino. Fonte: http://www.themeter.net/torino.htm

Gli asteroidi: una risorsa futura
I NEA, anche se pericolosi, possiedono indubbiamente delle caratteristiche che li rendono particolarmente interessanti. Prima di tutto, vista la loro natura variegata per composizione e origine, sono oggetti utili per ottenere una più accurata comprensione del meccanismo di formazione del Sistema Solare. Secondo, sono facilmente raggiungibili, poiché, vista la loro massa ridotta, quando questi passano nel Sistema Solare interno è più economico inviare delle sonde e farvi atterrare dei moduli sulla superficie.
Ma il motivo principale dell’enorme interesse che riscontrano è legato alla loro natura: i NEA, infatti, sono delle enormi fonti di materie prime, quali ferro, nichel, cobalto e platino.
Attualmente non è conveniente estrarre questi minerali per poi riportarli sulla Terra. I costi di trasporto sarebbero elevatissimi. Tuttavia, questi materiali possono essere utilizzati per lo sviluppo di strutture spaziali e per generare il combustibile per le future missioni di esplorazione e colonizzazione del Sistema Solare. Un dubbio rimane tutt’ora irrisolto: una volta arrivati a poter estrarre le materie prime dagli asteroidi, di chi sarà la proprietà di tali risorse? Per ora lo spazio rimane un terreno libero da forme di proprietà privata e speculazioni economiche. Il timore è che in futuro la situazione cambierà rapidamente.

Misure d’emergenza
Oggi sappiamo che la Terra è ed è stata colpita a intervalli regolari da corpi provenienti dallo spazio. La prova è rappresentata dai diversi crateri di dimensioni variabili da qualche metro fino a 300 km finora scoperti sulla superficie del nostro pianeta.

Il Meteor Crater in Arizona è stato prodotto dall'impatto con un asteroide di circa 80 metri di diametro tra 20.000 e 50.000 anni fa. Crediti: JPL/NASA

Il Meteor Crater in Arizona è stato prodotto dall’impatto con un asteroide di circa 80 metri di diametro tra 20.000 e 50.000 anni fa. Crediti: JPL/NASA

Il rischio quindi c’è, motivo per cui oggi si sta procedendo al monitoraggio e allo studio dei NEO attraverso una rete di osservatori astronomici americani. Nel contempo si stanno valutando quali tecniche adottare in caso di una possibile collisione con la Terra. Riguardo a quest’ultimo punto i metodi sono sostanzialmente due: la deviazione dell’orbita e la distruzione dell’oggetto. Entrambi i metodi possono utilizzare tecniche nucleari e non nucleari. Infatti, per deflettere un asteroide si può sfruttare l’esplosione di cariche termonucleari, ma anche per distruggerlo.

Impiego di un'esplosione termonucleare per distruggere o anche solo deviare un asteroide. Crediti: NASA

Impiego di un’esplosione termonucleare per distruggere o anche solo deviare un asteroide. Crediti: NASA

La scelta se polverizzare o deviare dipende dalle dimensioni del NEO e anche dal tempo di preavviso dell’evento. Il rischio dell’impiego di tecniche nucleari risiede nel fatto che c’è sempre la possibilità che l’asteroide si frammenti in blocchi in grado di continuare il loro cammino verso la Terra, amplificando così il problema. Oggi si stanno studiando anche tecniche non nucleari per deviare un asteroide o cometa che minacci la Terra. Tra le più interessanti c’è sicuramente quella del “rimorchiatore spaziale”, che, come suggerisce il nome stesso, prevede l’impiego di un rimorchiatore in grado, una volta agganciato all’asteroide, di azionare dei motori a ioni, esercitando una forza di bassa intensità ma prolungata nel tempo. In questo modo si potrebbe variare il periodo di rivoluzione dell’asteroide della quantità sufficiente a evitare l’impatto con la Terra.

Il rimorchiatore sarà in grado di raggiungere un determinato asteroide, agganciarlo e trasportarlo o deviarne il moto. Crediti: NASA

Il rimorchiatore sarà in grado di raggiungere un determinato asteroide, agganciarlo e trasportarlo o deviarne il moto. Crediti: NASA

La funzionalità dei motori a ioni è già stata sperimentata sulla sonda Deep Space, lanciata nel 1988.
Altro metodo prevede l’uso di vele solari che utilizzano la pressione di radiazione solare per effettuare un spinta piccola ma costante sull’asteroide sufficiente a defletterlo.

vele solari, anche chiamate vele fotoniche, utilizzano la luce proveniente dal Sole come mezzo di propulsione e possono essere impiegate per deviare gli asteroidi. Crediti: NASA

Le vele solari, anche chiamate vele fotoniche, utilizzano la luce proveniente dal Sole come mezzo di propulsione e possono essere impiegate per deviare gli asteroidi. Crediti: NASA

La difficoltà di questi metodi consiste nel fatto che entrambi non sono stati ancora sperimentati adeguatamente e sono senz’altro più complicati da attuare rispetto a una operazione nucleare.

A cura di Simona Romaniello
Astrofisica e divulgatrice scientifica, per il Planetario di Torino si occupa di formazione e di sviluppo e allestimenti museali.

Con il patrocinio del Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca
 
Eni S.p.A. - P.IVA 00905811006