GIORNATE DI PLANETOLOGIA, ROMA, 3 Giugno Monitoraggio degli impatti di NEO e implicazioni per la ricerca sulla fascia asteroidale

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1 GIORNATE DI PLANETOLOGIA, ROMA, 3 Giugno 2014 Monitoraggio degli impatti di NEO e implicazioni per la ricerca sulla fascia asteroidale Andrea Milani C. Dipartimento di Matematica, Università di Pisa NEO TEAM UNIPI: Andrea Milani C., Giovanni F. Gronchi, Giacomo Tommei, Giulio Baù, Federica Spoto SpaceDyS srl: Fabrizio Bernardi, Germano D Abramo, Andrea Chessa IAPS-INAF: Giovanni B. Valsecchi Deimos Space: Ettore Perozzi JPL: Steve Chesley, Davide Farnocchia 1

2 1 Un problema e la sua soluzione Gli asteroidi vengono (quasi tutti) da una fascia principale tra Marte e Giove (MBA), ma 1/1000 è immigrato nella regione vicina a noi (NEA). Gli oggetti vicini allla Terra (NEA + NEC= NEO) hanno la possibilità di impattare sul nostro pianeta. Per capire le conseguenze che gli impatti di piccoli corpi sulla Terra hanno sulla nostra ricerca è bene rovesciare il punto di vista: che cosa possiamo fare noi scienziati per il pianeta? Siamo capaci di risolvere il problema degli impatti di NEO? Questo programma in 6 passi è stato enunciato da G.B. Valsecchi e me nel 2002: 1. Scoperta e Osservazioni astrometriche degli asteroidi (e comete) 2. Determinazione dell orbita di ogni scoperta 3. Monitoraggio degli impatti possibili per calcolo probabilità di impatto (IP) 4. Inseguimento astrometrico e miglioramento dell orbita 5. Inseguimento fisico e valutazione delle proprietà 6. Deflessione o Evacuazione, solo quando la IP è vicina a 1. 2

3 2 Il passo che mancava: inventato il monitoraggio degli impatti Il piano in sei passi è stato proposto solo nel 2002 perché prima mancava la capacità di eseguire il passo numero 3. Nel 1999 un gruppo italo-americano (Milani, Chesley, Valsecchi) ha risolto il problema del monitoraggio degli impatti con un metodo matematico per la predizione del caos che assomiglia alla Manifold Dynamics. Dal 1999 è in funzione il sito web NEODyS con la lista di asteroidi che possono impattare la Terra (entro 100 anni). Malgrado il riconoscimento internazionale per il nostro contributo, non è successo molto fino al 2008, quando l ESA ha iniziato il programma Space Situation Awareness (SSA). All inizio doveva riguardare soltanto il debris spaziale (segmento SST, Valsecchi). Poi sono stati aggiunti un segmento Space Weather (SWE, Berilli) e per ultimo un segmento NEO. Nel 2009 ESA non aveva idea di come contribuire alla mitigazione del rischio di impatto da NEO, senza copiare in ritardo la NASA. Nel 2010 noi (AM, GBV, FB, EP) abbiamo proposto all ESA il nostro piano in sei passi come segmento NEO. Nei passi matematici 2 e 3 avevamo già un servizio di avanguardia che abbiamo offerto all ESA di rilevare, ma senza la parte osservativa un contributo solo software non avrebbe giustificato l impegno dell ESA. 3

4 3 Progetto per il segmento SSA-NEO Perciò noi abbiamo usato un altro studio dell industria CGS (con gli specialisti di disegno dei telescopi dell INAF e noi), che prevedeva la possibilità di realizzare un telescopio innovativo con campo di vista di 45 gradi quadrati, basato sulla tecnica dell occhio di mosca, cioè con tanti (16) piani focali e telecamere separate. Questo strumento, con un primario di diametro efficace 1 metro, potrebbe coprire tre volte per notte un area di > gradi quadrati con magnitudine limite Con un sistema di 5 o 6 telescopi sparsi nel mondo diventa possibile realizzare un Wide Survey, che copre tutto il cielo buio ogni notte. Questo contribuirebbe con la scoperta di una parte dei possibili impattori poco coperta dalla NASA: asteroidi con < 140 metri di diametro, alcuni dei quali potrebbero impattare a pochi giorni/settimane dalla scoperta: gli impattori imminenti. Questo progetto è apparso tanto interessante all ESA che, anche approfittando di difficoltà degli altri due segmenti, il segmento NEO nel piano di spesa SSA del 2104 prevede investimenti superiori alla somma degli altri due. 4

5 4 Near Earth Objects Coordination Centre (NEOCC) Il primo telescopio potrebbe essere pronto nel 2016, intanto ESA ha iniziato un centro di coordinamento, con la sala operativa di controllo remoto dei telescopi e il centro dati, in cui si fanno i passi 2 e 3. Una versione ridotta di NEOCC è già in funzione ad ESRIN. Per il momento ci lavorano 3 4 persone, tutti italiani (indipendentemente dalla nazionalità della ditta). Per il momento il sito web ( presenta quasi solo dati presi da NEODyS/AstDyS, cioè calcolati a Pisa ( L evoluzione prevista per il NEOCC: già oggi si fanno esperimenti di osservazioni (passi 4 e 5), presto saranno migrate le funzioni di calcolo (passi 2 e 3). Poi cominceranno le operazioni dei telescopi innovativi (passo 1). Non è facile fare previsioni sui tempi: dipendono da scelte politiche, comprese quelle dell ASI sulla partecipazione italiana (ad un attività basata quasi tutta su tecnologia italiana, sia software che ottica, e che è operata dall Italia). Però il nostro progetto del 2010 prevedeva un totale di circa 30 persone, a livelli molto alti di qualificazione (con telescopi in tutto il mondo ci vogliono dei turni). Quindi un occasione di impiego per i nostri studenti e dottorandi molto importante. 5

6 5 Osservazioni incidentali di asteroidi Non è possibile costruire uno strumento (a terra) che veda solo NEO. Gli MBA sono comunque la stragrande maggioranza degli oggetti in movimento. Il rumore di uno scienziato è il segnale di un altro. La Wide Survey for NEO coprirebbe il cielo tre volte per notte: che cosa comporta questo per la conoscenza dei MBA? Osservabili per almeno 100 giorni ad ogni opposizione, quindi > 300 osservazioni ogni periodo sinodico. Ogni MBA noto diventa numerato, la magnitudine assoluta (che ora è mal nota per quasi tutti) diventa accurata, il numero totale aumenta di un ordine di grandezza. Ma a cosa ci serve avere più MBA noti e con elementi/magnitudine molto più accurati? Si ha accesso a informazioni contenute nella statistica di grandi numeri. E.g.: le familglie di asteroidi sono entità statistiche, definite dal contrasto di densità rispetto al background: non si vedono se il database non è abbastanza ampio. Dati gli elementi alle condizioni iniziali si calcolano gli elementi propri e con questi la classificazione in famiglie; risultati su AstDyS ( 6

7 6 A cosa serve averne tanti, così precisi? Elementi propri a ed e di MBA numerati. Rosso, verde e giallo: membri di famiglie, nero background. Blu risonanti, con e accresciuta da Yarkovsky. 7

8 7 Le famiglie di Vesta e i crateri visti da DAWN red=core; green=added; yellow=step 2; black=backgr.; blue=reson Proper eccentricity Vesta Proper semiamjor axis (au) La famiglia dinamica di Vesta contiene due famiglie collisionali, una con e proprio < (5 324 membri, forma un ovale sotto Vesta), una con gli altri membri che si spinge a valori di a,e maggiori. Età stimate 900 My e 1800 My. 8

9 8 La famiglia mancante di Cerere e la visita di DAWN red=core; green=added; yellow=step 2; black=backgr.; blue=reson Proper eccentricity Ceres Proper sine of inclination Cerere e la famiglia di (93) Minerva nel piano di e,sini propri. I membri della famiglia di Minerva hanno albedo incompatibile con Cerere (solo 9% hanno albedo < 0.1). Se Cerere ha una famiglia, deve avere< 100 membri. Come mai? 9

10 9 Famiglie di asteroidi, missioni spaziali, e survey Cerere ha più sezione d urto di Pallade, Vesta e Hygiea assieme, tutti e tre con famiglie. C è un meccanismo che riduce l efficienza di produzione di membri di famiglie di un fattore> 20. Dopo aver esaminato molte teorie, ne sono restate possibili solo 2: o Cerere ha una crosta sottile, con un mantello che genera pochi asteroidi (forse genera comete), o non può lanciare oggetti di> 2 km di diametro a velocità > 500 m/s. Queste due teorie predicono una superficie di Cerere con aspetto molto diverso. Tutto questo è spiegato in: A. Milani, A. Cellino, Z. Kneẑević, B. Novaković, F. Spoto, P. Paolicchi 2014, Asteroid families classification: exploiting very large data sets, Icarus in press, e sarà presentato ad ACM14. In conclusione: le osservazioni di MBA servono eccome. Si potrebbero fare altri esempi di dati di interesse ottenuti come rumore dal NEO Wide Survey. Quindi anche il pianeta farà qualcosa per noi, cioè per la nostra scienza. Finanziando un survey il cui scopo primario è la protezione dagli impatti, si finanzia anche la produzione di una montagna di dati con cui potremo ampliare di molto la nostra conoscenza dei corpi minori del sistema solare. 10