Asteroidi Near Earth - Società Astronomica Italiana

Asteroidi
Near-Earth
Mauro Dolci
INAF-OATe / SAIt
XVII Scuola Estiva di Astronomia
della Società Astronomica Italiana
Stilo (RC)
23 – 28 luglio 2012
Primi indizi sulla probabilità di impatti
catastrofici di corpi celesti con la Terra…
Il contenuto del Sistema Solare
Fascia
principale
Fascia di
Kuiper
(Nube di
Oort)
Un sistema estremamente dinamico…
Deflessioni dinamiche della traiettoria: la
fionda gravitazionale
ASTEROIDI NEAR-EARTH
Asteroidi vicini alla Terra, ad una distanza tale da
poter rappresentare un pericolo per il nostro
pianeta perché possono incrociare l’orbita terrestre.
Se ne conoscono attualmente circa 3000.
Il più grande (1036 Ganymed) ha un diametro stimato
intorno a 32 km (!).
2008TC3 (diametro 4 m) si è dissolto nei cieli del Sudan (7.10.2008).
1950 DA potrebbe impattare la Terra nel 2880.
99942 Apophis passerà vicino alla Terra nel 2029 ed ha una remota
probabilità di impatto nel 2036.
Masse ed energie di impatto
vf = ?
vi = 0
Mp , Rp
Relazione base (punto inizialmente fermo a distanza infinita):
𝑮𝑴𝒑 𝒎
𝟏
𝟐
𝒎𝒗𝒇 −
=𝟎
𝟐
𝑹𝒑
vf = 4.25 km/s per Mercurio ;
𝒗𝒇 =
𝟐𝑮𝑴𝒑
𝑹𝒑
vf = 11.1 km/s per la Terra
La «sfera di influenza gravitazionale»
xp
Mp
dp
Fp = FSole
M
𝑮𝑴𝒑 𝒎
𝑮𝑴𝒎
<
(𝒅𝒑 + 𝒙𝒑 )𝟐
𝒙𝒑 𝟐
xp = 24000 km per Mercurio ;
𝒙𝒑 <
𝑴𝒑 + 𝑴𝒑 𝑴
𝑴 − 𝑴𝒑
𝒅𝒑
xp = 260000 km per la Terra
Masse ed energie di impatto
vf = ?
xp
Mp , Rp
Relazione «vera» (punto in moto a distanza finita):
𝑮𝑴𝒑 𝒎 𝟏
𝑮𝑴𝒑 𝒎
𝟏
𝟐
𝟐
𝒎𝒗𝒇 −
= 𝒎𝒗𝒊 −
𝟐
𝑹𝒑
𝟐
𝒙𝒑
con
𝒗𝒊 =
𝟐𝑮𝑴
𝒙𝒑
vi  0
Masse ed energie di impatto
vf = ?
xp
Mp , Rp
Relazione «vera» (punto in moto a distanza finita):
𝒗𝒇
vf
vf
𝟐
𝟐𝑮𝑴
𝟏
𝟏
=
+ 𝑮𝑴𝒑
−
𝒅𝒑 + 𝒙 𝒑
𝑹𝒑 𝒙𝒑
= 113 km/s per Mercurio !!!
(vera) = 43 km/s per la Terra !!
(vera)
vi  0
Masse ed energie di impatto
𝟏
𝟏
𝟐
𝑬 = 𝒎𝒗𝒇 = 𝝅𝝆𝝓𝟑 𝒗𝒇 𝟐
𝟐
𝟔
Es. asteroide di 10 km di diametro, densità
103 kg/m3 (acqua), velocità di impatto 40
km/s:
E = 8.378 x 1023 J
e poiché 1 Kiloton = 4.134 x 1012 J,
si ha
E = 2.02 x 108 Megatoni !!!
…e rispetto ai fenomeni naturali ?
𝟏
𝟏
𝟐
𝑬 = 𝒎𝒗𝒇 = 𝝅𝝆𝝓𝟑 𝒗𝒇 𝟐
𝟐
𝟔
Un terremoto di magnitudo Richter 8.0
libera in totale un’energia pari a
E8.0EQ = 103 Megatoni
e poiché ogni 2 gradi Richter l’energia
aumenta 1000 volte, l’energia
dell’impatto appena visto sarebbe
quella di un terremoto di magnitudo
Richter
mI = 10.3
!!!
Asteroidi e comete – L’importanza
dell’eccentricità dell’orbita
𝒗𝒑 (𝟐) 𝟏 + 𝜺𝟐 𝟏 − 𝜺𝟏
=
∙
(𝟏)
𝟏 − 𝜺 𝟐 𝟏 + 𝜺𝟏
𝒗𝒑
Es. 1=0.2 (asteroide MB), 2=0.95 (cometa):
vp(cometa) = 17.33 vp(asteroide)
E(cometa)  300 E(asteroide)
La spettacolare sequenza di
impatti Giove – SL9 (1994)
E  108 volte l’arsenale
nucleare terrestre…!!!
Una storia travagliata - MERCURIO
MARE CALORIS
Diametro 1300 km
In assoluto il più
grande bacino da
impatto di tutto il
Sistema Solare, se
rapportato al
diametro del pianeta.
Una storia travagliata - MERCURIO
Una storia travagliata - MERCURIO
Una storia travagliata – I SATELLITI DI GIOVE
BACINO
BACINO VALHALLA
VALHALLA
(Callisto)
(Callisto)
Diametro
Diametro 600
600 km
km
Anelli
Anelli circolari
circolari fino
fino a
a
3000
3000 km
km di
di diametro
diametro
Una storia travagliata – I SATELLITI DI GIOVE
CATENA DI CRATERI
«ENKI» su Ganimede
Lunghezza 200 km
Dovuti ad impatto di un
oggetto frammentatosi
poco prima
Una storia travagliata –SATELLITI DI SATURNO
CRATERE HERSCHEL
(Mimas)
Diametro 130 km
Una storia travagliata – LA LUNA
Una storia travagliata – LA LUNA
CRATERE COPERNICUS
Diametro 107 km
Una storia travagliata del SISTEMA SOLARE
Una storia travagliata del SISTEMA SOLARE
Una storia travagliata del SISTEMA SOLARE
… e la «nostra» Terra ?
La storia degli impatti asteroidali sul nostro
pianeta non è diversa da quella degli altri corpi
rocciosi del Sistema Solare.
Sul nostro pianeta, però, a differenza che
altrove, i fenomeni di erosione atmosferica,
l’attività geologica (tettonica e vulcanica) e, in
ultimo, l’azione dovuta alla presenza dell’uomo
hanno cancellato o nascosto gran parte dei
crateri da impatto.
Le strutture finora individuate
parlano di un passato
violento anche per il nostro
pianeta.
Complessivamente, sono oggi identificati in
tutto 175 crateri da impatto sulla superficie
terrestre, ai quali si aggiungono 23 nuovi
candidati crateri da confermare., così
distribuiti:
AFRICA: 20 + 2
NORD AMERICA: 56 + 6
AMERICA CENTRALE: 1 + 2
SUD AMERICA: 8 + 2
ASIA: 17+ 4
EUROPA: 47 + 3
OCEANIA/ANTARTIDE: 26 +4
Una prima struttura da impatto riconoscibile
sull’atlante geografico (!)
Una prima struttura da impatto riconoscibile
sull’atlante geografico (!)
Una prima struttura da impatto riconoscibile
sull’atlante geografico (!)
Una prima struttura da impatto riconoscibile
sull’atlante geografico (!)
Lago MANICOUAGAN (Quebec, Canada)
Diametro del cratere: 100 km
Età: 212 milioni di anni
Sempre in Quebec, Canada: CLEARWATER LAKES
Diametro dei crateri: 32 km e 22 km
Età: 290 milioni di anni
Il più famoso: BARRINGER CRATER (Arizona, USA)
Diametro: 1186 m
Profondità: circa 300 m
Età: 49000 anni
Altri crateri: ACRAMAN (Australia)
Diametro: 90 km
Età: 590 milioni di anni
Altri crateri: ARAGUAINHA (Brasile)
Diametro: 40 km
Età: 245 milioni di anni
Altri crateri: KARA-KUL (Tajikistan)
Diametro:
Diametro: 45
45 km
km
Età:
Età: << 10
10 milioni
milioni di
di anni
anni
Altri crateri: BOSUMTWI (Ghana)
Diametro: 10.5 km
Età: 1.3 milioni di anni
Altri crateri: AOROUNGA (Ciad)
Diametro: 12.6 km
Età: < 345 milioni di anni
CHICXULUB (Yucatan) e l’estinzione K/T
Diametro: 170 km
;
Età: 64.98 milioni di anni
CHICXULUB (Yucatan) e l’estinzione K/T
Altri crateri risalenti al K/T ?
Sikhote-Alin (Russia)
diametro: 26m
età: 65 milioni di anni
Shiva (Oceano Indiano) (da confermare)
diametro: 500 km
età: 65 milioni di anni
Boltysh (Ucraina)
diametro: 24 km
età: 65.17 milioni di anni
Silverpit (Mare del Nord) (da confermare)
diametro: 8 km
età: 65 milioni di anni
Estinzioni di massa vs impatti catastrofici ?
Un «trigger esterno» ?
Secondo alcuni ricercatori, la storia delle estinzioni mostrerebbe
una periodicità di circa 26 milioni di anni.
Da qui la teoria di Nemesis, una piccola stella compagna del
Sole, avente tale periodo di rivoluzione, che con la stessa
periodicità perturberebbe la Nube di Oort inviando sciami di
comete verso le regioni interne del Sistema Solare.
Nemesis dovrebbe trovarsi a
circa 90000 unità
astronomiche dal Sole.
Un «trigger esterno» ?
Secondo altri, invece , sarebbe
ravvisabile una periodicità di
circa 100 milioni di anni per le
estinzioni maggiori ed alcune
minori.
Queste estinzioni potrebbero
essere causate da
drammatiche perturbazioni
dell’ambiente circumsolare
dovute all’attraversamento, da
parte del Sistema Solare, dei
bracci di spirale che
costituiscono zone di maggior
densità stellare e radiativa.
…o un semplice fatto probabilistico ?
La frequenza degli impatti potrebbe essere semplicemente
legata alla distribuzione delle dimensioni tipiche dei corpi
minori vaganti nel Sistema Solare.
Tunguska (30 Giugno 1908)
Tunguska (30 Giugno 1908)
Tunguska (30 Giugno 1908)
Bolide
m = 106 ton
vimpatto = 28 – 40 Km/s
E = 4x1017 – 8x1017 J
 100 – 200 Megatoni
Adevast = 16000 Km2
(spedizioni del 1921, 1927,
1931, 1958)
La ricerca dei Near-Earth Asteroids
Moto proprio dell’oggetto:
 = ( 2 + 2 )1/2
Scala del pixel:
s = ( sx2 + sy2 )1/2
Tempo di spostamento sul pixel:
=s/
In assenza di tracking dedicato:
Texp  
Es.  = 0.3 arcsec/min
sx = sy = 2 arcsec
s = 2.83 arcsec
 = Texp,max < 10 min
Mlim  20 – 21 (S/N = 10, dia. 60 cm)
La ricerca dei Near-Earth Asteroids
I telescopi Schmidt o le
postazioni di primo fuoco dei
primari parabolici di telescopi
classici sono gli strumenti più
adatti all’osservazione.
Essi abbinano infatti una
adeguata scala al piano
focale ad un campo coperto di
notevole apertura (anche
superiore a 1°), ideale per
survey, ed infine ad
un’altissima luminosità del
sistema.
Scoprire un Near-Earth Object…
Striscia luminosa (rispetto alle stelle puntiformi) in una
posa lunga, o sequenza di posizioni allineate ottenuta
sovrapponendo più pose corte successive.
… e determinarne i parametri orbitali
… e determinarne i parametri orbitali…
Numerosi parametri da determinare:
- Inclinazione dell’orbita
- Longitudine del Nodo Ascendente
- Argomento del perielio
- Anomalia media
- Semiasse maggiore
- Distanza dal Sole al perielio
Tutto questo richiede osservazioni numerose ed accurate,
per due motivi principali:
- determinare la posizione del nuovo oggetto scoperto nelle
successive 24-48 ore, in modo che altri osservatori
indipendenti possano confermare la scoperta
- predire l’orbita dell’oggetto su tempi medio-lunghi
… con sufficiente accuratezza
L’accuratezza nella determinazione dei parametri orbitali è
di fondamentale importanza. Gli errori residui si propagano
nelle previsioni delle traiettorie future, che possono
risultare affette da una indeterminazione considerevole.
X(Pi,t0)
X(Pi,t0+t)
X(Pi+ Pi,t0+t)
X(Pi,t0)
X(Pi,t0+t)
X(Pi - Pi,t0+t)
Criteri di classificazione della pericolosità dei NEO
Ma cosa fare nel caso in cui…. ?
Se un asteroide o una cometa fossero in rotta
di collisione con la Terra, le ipotesi di
intervento rientrano in due grandi categorie:
- disintegrazione dell’oggetto, con testate
nucleari inviate nello spazio
- deviazione della sua traiettoria
Ambedue le categorie presentano grossi
problemi.
Disintegrazione dell’oggetto
Grossa probabilità di creazione di numerosi
frammenti di dimensione ancora
considerevole che potrebbero colpire il nostro
pianeta in sequenza
Rischi connessi al lancio delle testate
nucleari
Deviazione dall’orbita
Tramite esplosioni (nucleari) in prossimità
dell’oggetto, con gli stessi rischi connessi
alla disintegrazione esplosiva
Cambiando drasticamente albedo
all’asteroide (ricoprendolo ad esempio di
calce bianca) per sfruttare l’Effetto
Yarkovsky. Ipotesi praticamente
fantascientifica per le difficoltà tecniche
connesse alla sua realizzazione !
NON SOLO: quanto tempo avremmo a
disposizione per intervenire ?
I grossi programmi di survey (LSST, PanSTARSS, etc.)
consentono di prevedere che la quasi totalità degli
oggetti catastrofici (diametro dell’ordine dei 10 km)
possano essere scoperti con numerosi anni di
anticipo, e che buona parte di quelli molto pericolosi
(diametro dell’ordine di 1 km) possano essere
scoperti con qualche anno di anticipo.
Ma ci bastano, ad esempio, 2 anni per:
1. decidere (politicamente) cosa fare,
2. realizzare tecnicamente la soluzione, e
3. metterla in atto ?
NON SOLO: quanto tempo avremmo a
disposizione per intervenire ?
…senza considerare che
gli oggetti di dimensioni
inferiori al km, o anche
dell’ordine delle decine di
metri, possono rimanere
non rivelabili fino a
poche settimane (o
addirittura pochi giorni)
prima dell’impatto !
L’area di devastazione del meteorite di Tunguska
copre interamente la città di Londra…
Grazie !