Pericoli dal cielo

Pericoli dal cielo
Asteroidi
Comete
Supernovae
Gamma-ray Burst
C. Bartolini, P. Bontempi, S. Dichiara, A. Nastasi, D. Pesolillo, C. Zangelmi, P. Zucca
ESTINZIONI DI MASSA:
POSSIBILI CAUSE EXTRATERRESTRI
Negli ultimi 500 Ma la Terra ha visto 5 grandi estinzioni di massa.
A ciascuna di esse si fa corrispondere l’inizio di un nuovo periodo geologico:
I. Ordoviciano – Siluriano (443.7 Ma fa)
II. Devoniano – Missisipiano (359.2 Ma fa)
III. Permiano – Triassico (251 Ma fa)
IV. Triassico – Jurassico (199.6 Ma fa)
V. Cretaceo – Terziario (65.95 Ma fa)
Estinzioni minori:
Cambriano – Ordoviciano (488 Ma fa)
Pliocene-Pleistocene (1.8 Ma fa)
(Wilson, "The Diversity of Life.“, 1992)
I
II
III IV
V
Cause “extraterrestri”:
•
•
•
•
Asteroidi
Comete
Supernovae (SN)
Gamma Ray Burst (GRB)
Cause “terrestri”:
• Intenso vulcanesimo
• Glaciazioni
Possibili
collegamenti
I) PERICOLO ASTEROIDI
I pianetini orbitano quasi tutti fra Marte e Giove. Solo
l’1%, chiamati Near Earth Asteroids (NEA) passano nei
dintorni della Terra e non è escluso che qualcuno possa
cadervi sopra.
CLASSIFICAZIONE DEI NEA
•
•
•
•
AMOR sempre esterni alla Terra
APOLLO per lo più esterni
ATEN per lo più interni
APOHELE sempre interni
2002 AA29, un esempio di ATEN, chiamato anche Seconda Luna
NASCITA
DELLA
LUNA
4520 Ma fa Theia
colpì la Terra.
2002 AA29 potrebbe
essere un frammento
dell’impatto
Immagini tratte dal libro
di McBride Gilmour:
The Solar System,
Cambridge Un. Press
(2004)
Origine dei Near-Earth Asteroids
eccentricità
Gli asteroidi con periodo = 1/3, 2/5, 3/7 del periodo di Giove vengono
rimossi per effetto di risonanza e avvicinati al Sole (lacune di Kirkwood)
semiasse maggiore (UA)
NEA conosciuti
Totale asteroidi
conosciuti al
31/12/08
~
Start of NASA
NEO Program
400.000
NEO:
• Totale > 5.000
• > 1 km ~ 900
~ 90%
known
POTENTIALLY HAZARDOUS ASTEROIDS
• I NEA che possono avvicinarsi alla Terra meno di 7.5
milioni di km sono chiamati Potentially Hazardous
Asteroids (PHA)
• Fino a giugno 2010 sono stati individuati 1139 PHA
• Molti PHA non rappresentano attualmente un pericolo per
la Terra, ma devono essere tenuti sotto controllo, perché
le loro orbite potrebbero essere alterate dal loro passaggio
radente vicino ad altri oggetti simili o i pianeti stessi.
ASTEROIDI PASSATI RECENTEMENTE VICINI A NOI
DATA
7/10/2008
31/3/2004
2/3/2009
14/6/2002
3/7/2006
18/8/2002
30/6/1908
DISTANZA DAL CENTRO
DELLA TERRA (km)
6370
13000
72450
120300
433500
529500
6370
DIAMETRO
(m)
5
6
20
50
340
430
80
2008 TC3
07 Oct 2008
02:46 UTC, 12.8 km/s
1-2 Kton
D ~ 5 m - M ~ 70 ton
L’EVENTO TUNGUSKA
• La mattina del 30 giugno
1908 un evento catastrofico
ebbe luogo nelle vicinanze del
fiume Tunguska, abbattendo
80 milioni di alberi su 2150
chilometri quadrati.
• Il rumore dell'esplosione fu
udito a 1000 km di distanza.
A 500 km testimoni
affermarono di avere udito
un sordo scoppio e avere
visto sollevarsi una nube di
fumo all'orizzonte.
Rappresentazione pittorica dell’evento e
fotografia degli alberi schiacciati
dall’esplosione
Sopra: mappa della zona colpita dall’esplosione
in cui sono evidenziati l’epicentro e la direzione di
caduta degli alberi
A sinistra: albero bruciato e decorticato vicino
all’epicentro, chiamato “palo del telegrafo”
IPOTESI DI LAVORO
• La causa dell'esplosione,
avvenuta ad una altezza di 8
chilometri, fu un corpo celeste,
con un diametro fra 50 e 100
metri che si muoveva ad una
velocità di almeno 15 chilometri
al secondo.
• La conseguente vaporizzazione
dell'oggetto ad opera
dell’atmosfera ha causato
un'immane onda d'urto che ha
colpito il suolo provocando gli
effetti osservati
Rappresentazione pittorica dell’evento di Tunguska
IL LAGO CHEKO
• Ricerche compiute nell’ultimo decennio dal dipartimento
di fisica dell'Università di Bologna confortano l’ipotesi
che il lago Cheko, situato a circa 8 km a nord-ovest
dall'epicentro dell'esplosione, possa essere un cratere
d’impatto causato da uno dei frammenti del bolide.
• La forma del fondo del
lago è ad imbuto.
• Testimonianze dirette e
mappe della zona mostrano
che il lago non esisteva
prima del 1908.
Veduta aerea del lago Cheko
Il caso Apophis
Scoperto nel 2004, (99942) Apophis misura circa 340 metri di
diametro. A fine dicembre 2004 fu stimato che un impatto con
la Terra si sarebbe potuto verificare il 13 aprile 2029 con un
probabilità di circa il 3%.
L’impatto avrebbe devastato una regione grande come la Francia,
liberando un’energia superiore a 400 Mton (~25.000 volte
l’energia della bomba atomica di Hiroshima).
Le osservazioni radar hanno escluso questa possibilità.
L’asteroide passerà quel giorno alle 23 e 43 (ora Europa
centrale) a 34.770 km dal centro del nostro pianeta. Questo
avvicinamento condizionerà i passaggi futuri in particolare quello
del 13/4/2036.
Si sta valutando l’ipotesi di collocare nel 2012 un
“transponder” attorno all’asteroide, in modo da
permettere un monitoraggio continuo ed accurato
dell’oggetto.
• Poiché il pericolo che Apophis colpisca la Terra il 13 aprile
2036 non è del tutto trascurabile, si sta studiando un progetto
innovativo di un «trattore gravitazionale» per deviare il corpo
ed evitare il possibile impatto con il nostro pianeta; esso
impartisce un’accelerazione continua all’asteroide nella
direzione voluta
SCALA TORINO
Grafico della scala Torino
(Per la spiegazione vedere tabella)
Il cratere di Chicxulub
180 km
Lo strato di Gubbio
•
Estinzione Cretaceo – Terzario (65.5 Ma fa)
La sedimentazione della crosta terrestre mostra una discontinuità in corrispondenza
del passaggio dal Cretaceo al Terzario: transizione K-T.
•
•
•
)
Presenza di Iridio, elemento quasi assente
sulla crosta;
Grani di quarzo compresso (“shocked”) meccanicamente;
Abbondanza di ferro, nichel e silicio, possibilmente creati durante l’impatto.
Inoltre, sono state identificate in India enormi quantità di effusioni laviche risalenti
allo stesso periodo (Trappi del Deccan), testimoni di un’intensa attività vulcanica.
IPOTESI: violenti impatti meteorici possono provocare onde d’urto tali da
innescare una violenta attività vulcanica agli antipodi del pianeta.
(Geological Society of America, 2000)
L’india non era agli antipodi di Chicxulub, ma è possibile che si sia verificato un altro
impatto nel Pacifico le cui tracce sono state ormai cancellate per subduzione.
Frequenza degli impatti
Diametro impattore
Frequenza evento (anni)
10 m
100 m
1 km
10 km
1
10
100
Tunguska
Catastrofe
globale
1000
10000
100000
1 milione
10 milioni
100 milioni
Evento K-T
II) Pericolo Comete
Cometa Neat (C/2001 Q4).
Cometa McNaught, del 2007.
Cometa Hyakutake, del 1996.
La Shoemaker-Levi 9, caduta su Giove, ha dimostrato
che le comete:
- possono essere catturate da pianeti
- si possono spezzare in molti frammenti
- possono cadere sui pianeti stessi o sui loro satelliti
La caduta della Shoemaker-Levy 9 ha fatto riflettere sulla
possibilità che analogamente le numerose "catenelle" di
crateri presenti sui satelliti di Giove e sulla Luna siano il
risultato dell’impatto di una cometa precedentemente
frammentata.
L’Estinzione Permiano – Triassico (251 Myr fa)
Fu la più violenta e devastante. Scomparve il 96% delle specie marine,
e il 70% di quelle terrestri.
La causa di questa estinzione è stata probabilmente la collisione con una
cometa o un asteroide. Sono stati proposti due siti per l’impatto:
Wilkes Land Crater, Antartide
Le anomalie gravitazionali mostrano
un’area depressa, due volte più grande del
cratere di Chicxulub
Cratere Bedout, Australia Nord-Ovest.
L’area dell’impatto è messa in rilievo dalle
anomalie gravitazionali
DIFFERENZE FRA ASTEROIDI E COMETE:
- Le comete sono costituite da materiali
volatili => chioma e coda
- hanno periodo più lungo e maggiore
eccentricità
- sono più pericolose, perché arrivano con un
preavviso di pochi mesi
LE COMETE CHE PASSANO VICINE ALLA TERRA,
FANNO PARTE, ASSIEME AI NEA, DEI NEAR EARTH
OBJECTS (NEO)
III) PERICOLO
SUPERNOVAE
No H / H
I
1941
1964
II
Ia
CCSN
TNSN
1983
Ic
Ib
?
IIb
1973
IIL
1987/93
1997/98
Hypernovae=GRB
IIP
FINE DELLE STELLE
Quelle più piccole
• consumano poco
• vivono a lungo
• terminano come
nane bianche
Quelle più grandi
• consumano molto
• vivono poco
• terminano con una
grande fumata …
le supernovae => stelle di neutroni, pulsar
=> buchi neri
Cortesia di F. Fusi Pecci
Supernovae
È stato calcolato (Steve Thorsett, “Terrestial Implications of Cosmological GammaRay Burst Models”, ApJ 1995) che lo strato di ozono del nostro pianeta subirebbe
una drammatica diminuzione, se la Terra venisse investita da un flusso di radiazione γ
pari a Fγ > 107 erg/ s cm2.
Essendo:
F = L/4πd2  Distanza critica: dcrit = (L/4πFγ)1/2.
Dai valori di luminosità dati in precedenza si può stimare quindi a quale distanza
dovrebbero esplodere le SNe per avere effetti devastanti sulla vita terrestre:
dcrit (SN Ia) = < 40 pc
dcrit (SN II) = < 3 pc
•
Estinzione Pliocene – Pleistocene (1.8 Ma fa)
Una Supernova (Apellaniz, Benitez, 2002) spiegherebbe:
a. Alto contenuto di 60Fe scoperto nel 1999 sul fondale oceanico;
b. “Bolla locale” di plasma con diametro 490 a.l. L’esplosione potrebbe
essere avvenuta quando la SN, 1.8 Ma fa, era a soli 130 a.l. (40 pc)
da noi.
FREQUENZA:
1. Per SNe a d < 8pc si è stimata 1.5 Ga-1,
ovvero ~ 1/670 Ma (Gehrels et al., 2003);
2. Possibile aumento della frequenza con
l’attraversamento dei bracci spirale, ogni 140
Ma. (Shaviv, 2003);
3. La frequenza era più alta nel passato, perché
maggiore era la produzione di stelle.
(Wikipedia)
EFFETTI dei fotoni X/γ emessi dalle Supernovae
Una dettagliata simulazione degli effetti che la radiazione γ di una SN avrebbe
sull’atmosfera terrestre sono stati presentati da Gehrels et al., nel 2003.
Essi hanno trovato che:
1.
I fotoni γ tendono a dissociare l’azoto molecolare N2 nella troposfera;
2.
La presenza di N libero favorirebbe la formazione di ossidi d’azoto (NOn):
N + O2 → NO + O
NO + HO2 → NO2 + OH
3.
L’ozono (O3) inizierebbe a scomparire in quanto dissociato dalle reazioni:
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + O → NO + O2
IV) PERICOLO Gamma-Ray Burst (GRB)
• I GRB sono impulsi di raggi gamma
• con una distribuzione isotropa sulla sfera celeste
• appaiono improvvisamente in qualsiasi regione del cielo
• con una frequenza di un lampo al giorno provenienti dalle
galassie distribuite in tutto l’universo
Distribuzione dei GRB in base alla durata:
lunghi & brevi
short
long
Gamma Ray Burst lunghi
I Gamma Ray Burst di lunga durata sono il risultato del
collasso di stelle di grande massa (M > 30 MSole), in possesso
di un nucleo rapidamente rotante.
I GRB sono eventi simili alle
Supernovae…ma molto più
energetici. Tutti pensano che
siano associati alla formazione
di un Buco Nero
(NASA database)
GRB BREVI
I meccanismi più accreditati per la formazione dei GRB
brevi prevedono la fusione di due oggetti compatti:
• Stelle di Neutroni-Stella di Neutroni
• Stella di Neutroni – Buco Nero
si ritiene che questi eventi possano avere luogo con una
frequenza di circa 1 ogni 10 6 – 10 7 anni per galassia.
Gamma Ray Burst
Per la stima degli effetti che un GRB può avere sulla Terra vengono presi in esame i
GRB di lunga durata.
Oggetti di questo tipo emettono radiazione lungo fasci collimati, con potenza:
LGRB ≈ 5·1050 erg/s
Considerando la potenza si ricava, la distanza
entro cui i GRB diventano pericolosi
Energia quasi totalmente liberata
nella banda 0.3 – 2 MeV
(hard X - γ)
dcrit, GRB = < 2 Kpc
Sebbene più rari delle SNe i GRB posseggono un potenziale distruttivo molto più
alto, e quindi la distanza alla quale risulterebbero pericolosi è molto maggiore.
La frequenza di GRB a d < 2 Kpc è stimato ~ 1 GRB/670 Ma (Mellot, 2003)
 Analogo alla frequenza di SNe.
Gamma Ray Burst
EFFETTI:
Flusso di fotoni emesso da un GRB
a d < 2Kpc: FGRB ≈ 10 FSole
…ma radiazione nelle bande X/γ
anziché nel Visibile!!
Tuttavia, gli effetti nocivi NON sono
diretti (solo lo 0.2% di FGRB raggiunge
la superficie [Smith et al, 2003]).
Effetti sulla chimica dell’atmosfera
 Danni maggiori sul lungo termine.
(NASA database)
EFFETTI DI UN GRB SULL’ATMOSFERA
Reazioni di combinazione dell’N2 con O2
1. Formazione NO2 → oscuramento
radiazione solare → inizio glaciazione;
2. Riduzione O3 → intensa radiazione
UV solare → danni sul DNA e distruzione
fitoplancton.
L’ARRIVO DEI RAGGI GAMMA DISTRUGGE
LA PROTEZIONE DI OZONO
Densità di colonna O3
(Thomas, Mellot, et al. 2005)
Danni sul DNA dopo il burst
Effetti di Raggi Cosmici da GRBs Galattici
(Dar, Laor & Shaviv 1998) e Melott et al. (2004) suggeriscono che un GRB
puntato verso la Terra abbia prodotto un flusso letale di fotoni e muoni
ad alta-energia che ha distrutto lo strato di ozono, ucciso il plancton e
condotto all’estinzione dei trilobiti nel periodo Ordoviciano.
L’evidenza geologica
indica due momenti:
- una estinzione rapida e
- un periodo glaciale di
lunga durata.
Estinzione Ordoviciano – Siluriano (443.7 Ma fa) (Minard 3.4. 2009)
Un Gamma Ray Burst spiegherebbe:
a. La scomparsa improvvisa della fauna marina superficiale, per la
quale la radiazione UV è meno schermata dalle acque;
b. L’“improvvisa” comparsa di una fase di glaciazione alla fine
dell’Ordoviciano, durata circa 500.000 anni (Reid, 1978).
E’ impossibile identificare il “resto” del GRB perché in 443.7 Ma il
sistema solare ha compiuto un giro completo della Galassia
per quasi DUE volte…
Nella costellazione del Sagittario la stella WR 104 distante 8000
anni luce potrebbe diventare un GRB in futuro
CONCLUSIONE:
E’ VERO CHE DAL CIELO POSSONO
CADERE ASTEROIDI O COMETE,
OPPURE ARRIVARE PERICOLOSE
RADIAZIONI,
MA FORSE I PERICOLI MAGGIORI LI
CREA L’UOMO STESSO