Presentazione standard di PowerPoint · comete verso le regioni interne del Sistema Solare. Nemesis...

Asteroidi

Near-EarthMauro 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…

Fascia

principale

Fascia di

Kuiper

(Nube di

Oort)

Il contenuto del Sistema Solare

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

Mp , Rp

vi = 0vf = ?

Relazione base (punto inizialmente fermo a distanza infinita):

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝒇

𝟐 −𝑮𝑴𝒑𝒎

𝑹𝒑= 𝟎 𝒗𝒇 =

𝟐𝑮𝑴𝒑

𝑹𝒑

vf = 4.25 km/s per Mercurio ; vf = 11.1 km/s per la Terra

La «sfera di influenza gravitazionale»

Mp

Fp = FSole

𝑮𝑴𝒎

(𝒅𝒑 + 𝒙𝒑)𝟐 <

𝑮𝑴𝒑𝒎

𝒙𝒑𝟐 𝒙𝒑 <

𝑴𝒑 + 𝑴𝒑𝑴

𝑴−𝑴𝒑𝒅𝒑

xp = 24000 km per Mercurio ; xp = 260000 km per la Terra

dp

M

xp


Mp , Rp

vi 0vf = ?

Relazione «vera» (punto in moto a distanza finita):

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝒇


𝑹𝒑=𝟏

𝟐𝒎𝒗𝒊


𝒙𝒑

xp

𝒗𝒊 =𝟐𝑮𝑴

𝒙𝒑con


Mp , Rp

vi 0vf = ?

Relazione «vera» (punto in moto a distanza finita):

𝒗𝒇𝟐 =

𝟐𝑮𝑴

𝒅𝒑 + 𝒙𝒑+ 𝑮𝑴𝒑

𝟏

𝑹𝒑−𝟏

𝒙𝒑

xp

vf(vera) = 113 km/s per Mercurio !!!

vf(vera) = 43 km/s per la Terra !!


𝑬 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝒇

𝟐 =𝟏

𝟔𝝅𝝆𝝓𝟑𝒗𝒇

𝟐

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 ?

𝑬 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝒇

𝟐 =𝟏

𝟔𝝅𝝆𝝓𝟑𝒗𝒇

𝟐

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)

𝒗𝒑(𝟏)

=𝟏 + 𝜺𝟐𝟏 − 𝜺𝟐

∙𝟏 − 𝜺𝟏𝟏 + 𝜺𝟏

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 – I SATELLITI DI GIOVE

BACINO VALHALLA

(Callisto)

Diametro 600 km

Anelli circolari fino a

3000 km di diametro

BACINO VALHALLA

(Callisto)

Diametro 600 km

Anelli circolari fino a

3000 km di 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

… 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 (!)

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


Il più famoso: BARRINGER CRATER (Arizona, USA)

Diametro: 1186 m

Profondità: circa 300 m

Età: 49000 anni

Altri crateri: ACRAMAN (Australia)

Diametro: 90 km


Altri crateri: ARAGUAINHA (Brasile)

Diametro: 40 km


Altri crateri: KARA-KUL (Tajikistan)

Diametro: 45 km

Età: < 10 milioni di anniDiametro: 45 km

Età: < 10 milioni di 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)

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 + sy

2 )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,t0) X(Pi,t0+t)

X(Pi+ 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 !

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