Planetario Milano
28 febbraio 2008
Luigi Bignami
CENTO ANNI
DA TUNGUSKA
Un' esplosione da 1 megatone sprigiona un'energia equivalente a quella di un
miliardo di chilogrammi di tritolo.
• L'onda d'urto fece quasi deragliare alcuni convogli della Ferrovia
Transiberiana a 600 km dal punto di impatto.
• A 500 chilometri alcuni testimoni affermarono di avere udito un sordo scoppio
e avere visto sollevarsi una nube di fumo all'orizzonte.
• Fino a 1.000 Km di distanza venne udito il rumore dell’esplosione
NEL 1938 PRIME RIPRESE AEREE…
PRIME RICERCHE: 1927 – 1939 LEONID KULIK
SE FOSSE
CADUTO SU
ROMA…
SI TROVA UN
IPOTETICO
CENTRO
PRIMO RILIEVO
DELLA
DISPOSIZIONE
DELLE PIANTE
VARIE SPEDIZIONI: L’ULTIMA NEL 2002 CUI SI RIFERISCONO LE IMMAGINI
SOLI 20 METRI DI DIAMETRO
“Era come la
Luna, ma non
come il Sole”
Testimoni:
Si trova a 40 km
di quota
2 secondi prima
dell’esplosione
“Era come il
Sole”
Testimoni:
Si sono fusi 30
cm di “corteccia”
Si trova a 26 km
di quota
1 secondo
prima
dell’esplosione
Temperatura
circa 10.000
gradi
La luce è 100
volte più forte
del Sole
La maggior
parte
dell’energia è
rilasciata in 0,2
secondi
Esplosione !
L’energia non
raggiunge il
suolo, ma il
calore che si
produce è tale
da incendiare la
foresta per un
diametro di 120
Km
Si formano raggi
UV che sono
assorbiti
dall’aria
circostante
E’ simile ad
un’esplosione
nucleare.
Gli alberi
vengono
scortecciati e
ridotti a “pali
telefonici”
30 secondi dopo
l’esplosione
l’onda d’urto
raggiunge il
suolo.
QuickTime™ e un
decompressore Codec YUV420
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
INVECE E’ STATO STUDIATO CON SONAR E MICROSISMICA
DA SEMPRE POCO STUDIATO E QUASI SEMPRE SNOBBATO
SI TRATTA DEL LAGO CHEKO
FORSE SI E’ TROVATO UN CRATERE DA IMPATTO DI UN FRAMMENTO
SCOPERTO
L’EPICENTRO
DELL’ESPLOSIONE
ULTIMI DATI
PERU’ - 2007
GUYANA FRANCESE – 1935
BRASILE – 1930
EGITTO – 2300 a.C.
Corpi minori
Fascia
Principale
Pianeti
Oggetti
Trans
nettuniani
Intorno al Sole
Altri
Satelliti
pianeti esterni: giganti gassosi con
complessi sistemi di anelli e satelliti
vicino al Sole (fino a Marte 1,53
AU) pianeti terrestri relativamente
piccoli ma con alte densità
Pianeti
più di 400.000 corpi
di diametro medio
superiore ai 100 km.
(oltre 30AU)
Comete a breve periodo
Fascia di Edgeworth–Kuiper
Comete ~ oggetti trans nettuniani
oggetti molto friabili
rocce e ghiacci di varia natura tra
i quali predomina il ghiaccio
d’acqua.
Comete a lungo periodo
fino a 100.000 AU
Comete ~ Nube di Oort
Gas ionizzati e polveri (≈ 100
milioni di km)
CODA
Vasta nebulosità (≈105 km) di gas
e polveri emessi dal nucleo
CHIOMA
Piccolo corpo solido (≈ alcuni km)
NUCLEO
COMETE
Carbonacea
Silicatica
Metallica ( Fe – Ni)
classe
classe
classe
C
S
M
1,8 – 3,3 AU, tra le orbite di Marte e
Giove. Si conoscono con esattezza
orbite di oltre 100000 di essi mentre
160000 si hanno orbite preliminari
Oggetti
prevalentemente
rocciosi,
composizione superficiale:
di
di
le
di
Asteroidi ~ Fascia Principale
corpi primitivi, ultimi resti di una
popolazione di piccoli oggetti ( i “
planetesimi“) che agli albori del Sistema
Solare si aggregarono per formare gli
attuali pianeti ed i loro satelliti.
Differenze di composizione dovute alle
regioni di formazione delle 2 popolazioni
( distanze diverse dal Sole => Ambiente e
temperature diverse )
Asteroidi e comete
hanno la distanza perieliaca dal Sole
inferiore ai 1,3 AU
un asteroide o una cometa diventano
NEO quando i loro parametri orbitali
vengono modificati in modo da
permettere incontri ravvicinati con la
Terra
Near Earth Objects
4.
Inner Earth Objects ( IEOs)
Orbite completamente interne a quella terrestre
3.
Aten
Orbite che incrociano l’orbita terrestre
a < 1,0 AU e afelio Q > 0,983 AU
2.
Apollo
orbite che incrociano quella terrestre
q < 1 ,017 e semiasse maggiore a > 1 ,0 AU
1.
Amor
orbite esterne alla terrestre
Perielio q tra 1,017 e 1,3 AU
Classificazione NEO
Q = afelio
a=
semiasse
maggiore
q = perielio
NEO
gli IEOs sono presumibilmente meno numerosi.
Di essi si sa poco per la difficoltà di osservazione
da Terra: solo di sera e di mattina
Gli apollo hanno un’orbita più grande di quella
terrestre e il periodo di rivoluzione intorno al Sole >
1 anno.
amor e apollo costituiscono il 90% degli NEOs.
Near Earth Objects
NEO
NEAR mathilde 27.06.2007 - GALILEO gaspra 1991 e ida 1993
I frammenti possono esser trasportati anche da
effetti non gravitazionali
Collisione catastrofica nella cintura asteroidale di
oggetti in risonanza: i frammenti possono essere in
essa inseriti ed immessi in orbite più vicine al Sole
Evoluzione orbitale di un oggetto costretto a
muoversi sotto l’influenza gravitazionale di un
certo numero di oggetti di massa non trascurabile
asteroidi
asteroidi
gaspra 29.10.1991
NEO
NEO
Traiettoria del NEO fino all’uscita dalla sfera assimilabile ad una
iperbole: può cambiare velocità e parametri orbitali
Si annulla l’azione del Sole: il moto del NEO è influenzato dal
pianeta
Il NEO entra nella sfera di influenza del pianeta
mP
dP −Sun × 3
3MSun
Sfera di influenza del pianeta:
Variazioni dell’orbita anche per influenza dei pianeti interni
nel caso di “incontri ravvicinati”
asteroidi
NEO
effetto della radiazione solare
Riemissione della radiazione sotto forma di
fotoni: effetto razzo che spinge il corpo
nella direzione opposta
I frammenti non localizzati nella
risonanza vi possono esser
trasportati
da
effetti
non
gravitazionali ( tipo Yarkovsky )
asteroidi
NEO
γ (t ) = log[v (t ) /v 0 ]
in cui v(t) è la soluzione delle equazioni del moto relativo,
linearizzate intorno alla soluzione in esame con condizione
iniziale v(0)=v0
dove
limt → ∞ γ (t )
MOTO CAOTICO: per condizioni iniziali molto simili si
ottengono orbite con parametri orbitali che divergono
esponenzialmente su tempi scala dell’ordine del coefficiente
di Liapunov:
asteroidi
NEO
Schwassmann-Wachmann 3 14.12.1995
Modifica dell’orbita da parte dei pianeti,
soprattutto quelli di massa maggiore o più distanti
dal Sole
Esaurimento del materiale volatile
comete
Cratere di Mancouagan Canada
Caduta sui pianeti terrestri
Espulsione dal Sistema Solare (per
gli effetti gravitazionali di Giove)
Caduta sul Sole
Pochi milioni di anni:
vita dei NEO
PERICOLOSITA’
la conoscenza della composizione chimica e della struttura di tali
oggetti => condizioni in cui 4.6 miliardi di anni fa si formarono i
pianeti
Comete e asteroidi: resti inalterati del processo di formazione del
sistema solare, formati nelle stesse condizioni in cui si
formarono i pianeti
Perché ci interessano i Neo?
Albedo
dimensioni
Osservazioni radiometriche:
Caratterizzazione della composizione superficiale
Osservazioni spettroscopiche:
Periodo di rotazione
Forma
Struttura a grande scala
utilizzo di strumenti medio – grandi per far luce sulle
proprietà fisiche e sulla composizione.
Osservazioni fotometriche:
Problema: esigue dimensioni e basse luminosità
Caratterizzazione Fisica
composizione degli oggetti osservati
Problema: materiali diversi in proporzioni variabili, che danno
origine a bande complesse spesso in mutua sovrapposizione
Attualmente: nota la composizione superficiale del 10% dei
NEOs conosciuti
Composizione della superficie dei corpi del Sistema solare privi di
atmosfera: i minerali presenti in superficie producono bande di
assorbimento individuabili negli spettri osservati.
Il confronto con gli spettri ottenuti in laboratorio per materiali
meteoritici, terrestri o sintetici noti
Lo studio spettroscopico della luce solare riflessa dalla
superficie in V e NI (spettroscopia di riflettanza)
Determinazione di:
dimensioni
Forma
rotazione
densità
Mappatura della superficie dell’asteroide
Missioni spaziali
Caratterizzazione fisica
si sono sistematicamente mossi in differenti posizioni
su ognuna delle immagini
Esse vengono poi comparate per vedere se alcuni NEO
prese nella stessa regione di cielo.
A distanza di diversi minuti, 3 o più immagini CCD sono
Scoperta
intervallo di tempo, a date potenza e frequenza, dalla
parabola di 70 m di Evpatoria in Ucraina
L’eco viene ricevuto dall’antenna parabolica di 32 m di
Medicina
Un segnale ad onda continua viene trasmesso in un
(EM)
ESEMPIO: radar bistatico Evpatoria – Medicina
RADAR BISTATICO
Riconoscimento a grande distanza di bersagli
mobili nello spazio circumterrestre:
Acquisizione
Analisi dell’eco ricevuta
Scoperta
ACN012 23.03.2001 ADAS
dimensioni
caratteristiche orbitali generali
luminosità
distanza dalla Terra
direzione in cui sembra
stia viaggiando
separazione della posizione
da un’immagine all’altra
Nuovo NEO
Scoperta
Recupero diretto al telescopio all’apparizione
Identificazione dell’oggetto con dati già esistenti
Accidentale riscoperta dell’oggetto
“PRECOVERY” : ricerca di un recupero diretto con
materiale di archivio (foto o CCD)
4 metodi per la raccolta dei dati astrometrici ad una
seconda apparizione:
Osservazioni di recupero
Tale impatto fu provato per identificazione da
satellite del cratere di Chicxulub, nello
Yucatan: datazione radiometrica epoca K – T ~
65x10 6 anni fa
estinzione di massa dei dinosauri (?????!!!!!)
(epoca K-T transizione Cretaceo – Terziario)
risultato dell’impatto sulla Terra di un oggetto
di oltre 10 km di diametro
pericolosità
Meteorite:
è
il
meteoroide
che
giunge al suolo
Se il meteoroide è
sufficientemente
grande
può
dare
origine ad un bolide
Meteora:
emissione
luminosa dovuta a
vaporizzazione
in
atmosfera
del
meteoroide
Meteoroide: corpo nello
spazio interplanetario
Caduta in atmosfera di meteoroidi
quota in cui tutta
l’energia di impatto si
deposita
Altitudine
AIRBUST zb
Scenari in atmosfera
diametro <~4 km,
il collasso del
cratere
intermedio è nel
cratere semplice
altrimenti si ha
un
cratere
complesso
(b)
(c)
170 crateri da impatto
~10m ÷300km
Il
cratere
transiente è un
passo intermedio
nello sviluppo del
cratere
definitivo
(a)
Crateri di impatto
Air blast
Effetti sismici
radiazione termica
effetti
Arizona Crater
air blast
profondità dell’acqua nel sito d’impatto
la profondità dell’oceano sull’intero
all’osservatore
la configurazione della linea di costa…
percorso
dall’impatto
Si generano tsunami, ma la loro stima dipende da molti
parametri:
Però uno strato d’acqua profondo abbastanza può interamente
sopprimere gli effetti sismici
La radiazione termica e gli effetti dell’air blast non cambiano
in presenza di una colonna d’acqua, rispetto ad un impatto sul
suolo della stessa energia.
Impatti in mare
Riduzione della luce e della fotosintesi
produzione di specie di gas climaticamente attive:
riduzione ulteriore della quantità di luce
piogge acide
esaurimento dei livelli di ozono
enormi incendi su vaste aree
polveri, melma e gas nell’atmosfera terrestre
Per energie di impatto 106 Mt (diametro 1,5÷3 km)
Potenziali effetti globali
Probabilità di impatto X energia
dell’oggetto impattatore
Nel 1999 convegno
internazionale “ IMPACT” a
Torino:
Scala di Torino
Collisione ad alta probabilità con un grande oggetto.
Distruzioni su scala globale. Pianificazioni di
interventi per eventi previsti in meno di un secolo,
specialmente per determinare urgentemente e in
modo conclusivo se vi sarà impatto.
Collisione sicura, ma distruzioni su scala locale.
Eventi 1-50 volte per 1000 y
Collisione sicura, ma distruzioni su scala regionale, 1
volta ogni 1000-10 5 y
Collisione sicura, con catastrofe climatica su scala
globale. Eventi < 1 volta ogni 10 5 y
7
8
9
10
Come il 3, ma distruzioni su scala regionale. A
conoscenza delle autorità pubbliche e delle masse se
l’incontro avverrà in meno di un decennio
4
Incontro ravvicinato, probabilità di impatto elevata ma
con distruzioni su scala globale. Pianificazioni di
interventi per incontri previsti in meno di un
trentennio
Incontro sicuramente ravvicinato, probabilità di
Impatto ≥ 1%. Collisione con distruzioni locali.
A conoscenza delle autorità pubbliche e delle masse
se l’incontro avverrà in meno di un decennio.
3
6
Probabilità incontro ravvicinato > media, ma
probabilità collisione molto bassa
2
Incontro ravvicinato, probabilità di impatto elevata e
distruzione su scala regionale. Pianificazioni di
interventi per incontri previsti in meno di un decennio
E’ previsto un passaggio vicino la Terra con
eventualità di collisione estremamente improbabile.
1
5
Probabilità di collisione ≈ 0 . Piccoli oggetti come
meteore e corpi che si bruciano nell’atmosfera
0
Nessun preavviso
Da un mese ad un Ogni possibile
anno
misura:
emergenza
La cometa HYAKUTAKE,
apparsa nel
1996, passò alla minima distanza dalla
Terra
milioni diEvacuazione
km) solo 2 mesi
Da 0 a(~15
30 giorni
della
dopo la sua scopertazona di impatto
Cometa di lungo
periodo /
asteroide mai
individuato
Cometa di lungo
periodo /
asteroide appena
scoperto
Asteroidi /
comete
Pericolo
immediato
Risposta urgente
senza margine di
errore
Anni o decine di
anni
Tipo di oggetto
Orbite incerte
Possibili azioni
Decine o centinaia Missioni spaziali a Asteroidi
di anni
lungo termine
Tempo di
preavviso
Orbite ben
definite
Categoria
Tempo di preavviso
NEAT : Near Earth Asteroid Tracking program
Dal 1995, 2 sistemi automatici collocati nel Sito di
Sorveglianza Spaziale di Maui (Hawaii) e all’Osservatorio di
Monte Palomar (California). Entrambi usano un telescopio di
1,2m.
LINEAR : Lincon Near Earth Asteroid Research program
Dal 1998, Aeronautica Militare USA e NASA. Socorro (New
Mexico). 3 telescopi: 2 GEODSS da 1 m e uno da 0,5 m
LONEOS : Lowell Observatory Near Earth Objects Search
Dal 1998, telescopio da 0,6 m a Flagstaff, Arizona
Spacewatch
Dal 1984, Steward Observatory del complesso Kitt Peak,
Arizona. 2 telescopi: uno da 0,9 m e uno da 1,8 m
Programmi di ricerca dei NEO
Catalina Sky Survey
Dal 1998, segue entrambi gli emisferi con 3 telescopi:
un telescopio di 0,7 m, situato a Monte Bigelow (20 km a nord
di Tucson, Arizona), uno di 0,5 m al Siding Spring Observatory,
Australia e uno di 1,5 m alla stazione Mt. Lemmon dello
Steward Observatory (18 km a nord di Tucson)
The Japanese Spaceguard
Dal 2000 dalla NASDA, dal National Aeronautic Laboratory e
dalla Space and Techonology Agency. A Bisei, Honshu, un
telescopio da 1 m e uno da 0,5 m.
ADAS : Asiago DLR Asteroid Survey
Dal 2001, situato ad Asiago-CimaEkar, Italia. Joint venture tra
il Dipartimento di Astronomia dell’Università di Asiago,
l’Osservatorio Astronomico di Padova e il DLR Institute of
Space Sensor Technology and Planetary Exploration, BerlinAdlershof, Germania. Telescopio di 0,6 m
Programmi di ricerca dei NEO
Lanciata il 24.10.1998, ripreso il nucleo della cometa
Borrelly
Deep Space 1
Lanciata il 17.02.1996, ha esplorato gli asteroidi
Mathilde e 433 Eros, sul quale è atterrata
NEAR (Near-Earth Asteroid Rendez-vous)
Lanciata il 18.10.1989 con missione diretta verso Giove.
Ha esplorato Gaspra e Ida (di cui ha scoperto il
satellite Dactyl) ed ha osservato la caduta della
Shoemaker-Levy 9.
Galileo
Missioni spaziali
Lanciata in dicembre 2004, il 4.07.2005 ha lanciato un
proiettile di 370 kg sul nucleo della cometa Tempel1
ad una velocità di 12 km/s.
il foro sulla crosta ha provocato un’emissione di gas e
polveri che si sono espansi a 700-1000 km/h
Deep Impact
Lanciata il 02.03.2004 è diretta verso la cometa
67P/Churyumov-Gerasimenko (2014)
Rosetta
Lanciata il 09.05.2003 ha campionato l’asteroide Itokawa
Hayabusa (Muses C)
Missioni spaziali
distruzione
Spinta continua
Tecniche nucleari
Tecniche non nucleari
Le tecniche per ridurre e mitigare gli effetti di un
impatto sulla Terra sono raggruppabili in 2 categorie:
impulsiva
Dalla attuale conoscenza è difficile prevedere l’esatta
quantità di energia necessaria a frammentare e
disperdere l’asteroide
La forza da applicare può essere:
deflessione
2 possibili strategie
Tecniche di intervento
La spinta impulsiva viene determinata dal rinculo della
massa espulsa
2.
direttamente sulla superficie dell’asteroide: l’esplosione
provoca
un enorme cratere che espelle materiale
dall’asteroide
Impulso istantaneo che poi si distribuisce sul resto
dell’asteroide: DEFLESSIONE
1. ad una certa distanza dalla superficie: la radiazione
prodotta dall’esplosione vaporizza il lato esposto
dell’asteroide
2 modalità:
Esplosioni nucleari
Esplosioni nucleari
Problemi: enormi costi per notevole massa del
proiettile da portare nello spazio e difficoltà
per la corretta traiettoria di impatto
sparare un proiettile contro l’asteroide in
modo da rilasciare un impulso che ne modifichi
leggermente l’orbita
1. TRASFERIMENTO DI ENERGIA CINETICA:
5 modalità:
Tecniche non nucleari
2.
prima di azionare i motori bisogna cambiare l’orientazione
dell’asse di rotazione dell’asteroide, in modo che esso sia
orientato nella direzione parallela al moto orbitale
PROPULSIONE DI TIPO CHIMICO, ELETTRICO O
NUCLEARE:
attaccare un motore a ioni all’asteroide e accendere la
spinta propulsiva nella direzione desiderata
in questo modo si può variare il periodo di rivoluzione
dell’asteroide.
problema: la rotazione dell’asteroide intorno al proprio asse
cambio continuo della direzione del getto degli ioni del
“rimorchiatore spaziale”
Tecniche non nucleari
Difficoltà: complessità delle manovre nello spazio
necessarie a mantenere la giusta orientazione e, nel caso
dello specchio, la giusta distanza rispetto al bersaglio.
Per le vele vi è la degradazione della superficie
riflettente a causa dei gas e delle polveri provenienti
dalla vaporizzazione della superficie del bersaglio
Gli SPECCHI orbitano intorno l’asteroide raccogliendo la
radiazione solare e focalizzandola sulla superficie.
La concentrazione di energia vaporizza il materiale
presente sulla superficie del corpo creando una corrente
di spinta
Le VELE SOLARI vengono attaccate all’asteroide. La
spinta necessaria per la deflessione viene fornita dalla
pressione della radiazione solare.
4. SPECCHI E VELE SOLARI:
Tecniche non nucleari
3:
2:
1:
Al momento un sistema di difesa contro la minaccia di impatto sulla Terra di
un asteroide o una cometa è ostacolato per i seguenti motivi
probabilità bassa degli eventi di impatto confrontata ai tempi di evoluzione
del genere umano.
altissimi costi di un tale sistema di difesa per un pericolo a così bassa
probabilità
urgenze di tipo sanitario e alimentare e per catastrofi naturali che si
verificano con frequenze ANNUALI!
Problema:
5. FORZE NON GRAVITAZIONALI
si ricopre almeno parzialmente la superficie dell’asteroide con
materiale ad alta riflettività.
Tale materiale amplifica la spinta fornita dalla radiazione solare
sulla superficie dell’oggetto.
Problema: la spinta al momento ricavabile è modesta.
Tecniche non nucleari
scoprire fino al 90% di tutti i NEO di
diametro maggiore di 1 km nei prossimi anni
Importanza dello studio dei NEO
Pericolosità dei NEO
Tempistica dell’intervento
Conclusioni
(*) EPA, Environmental Protection Agency; TCE, tricloroetilene.
Causa della morte
Probabilità
Incidente automobilistico
1 su 100
Assassinio
1 su 300
Incendio
1 su 800
Incidente con armi da fuoco
1 su 2.500
Impatto con asteroide o cometa (limite inferiore)
1 su 3.000
Contatto elettrico
1 su 5.000
IMPATTO CON ASTEROIDE O COMETA
1 su 20.000
Incidente aereo
1 su 20.000
Inondazione
1 su 30.000
Tornado
1 su 60.000
Puntura o morso velenoso
1 su 100.000
Impatto con asteroide o cometa (limite superiore)
1 su 250.000
Incidente con fuochi artificiali
1 su 1 milione
Avvelenamento da cibo con botulino
1 su 3 milioni
Acqua con contenuto di TCE al limite EPA (*)
1 su 10
milioni
