Asteroidi Near-Earth. Mauro Dolci INAF-OATe / SAIt. XVII Scuola Estiva di Astronomia della Società Astronomica Italiana Stilo (RC) luglio 2012

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1 Asteroidi Near-Earth Mauro Dolci INAF-OATe / SAIt XVII Scuola Estiva di Astronomia della Società Astronomica Italiana Stilo (RC) luglio 2012

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3 Primi indizi sulla probabilità di impatti catastrofici di corpi celesti con la Terra

4 Il contenuto del Sistema Solare Fascia principale Fascia di Kuiper (Nube di Oort)

5 Un sistema estremamente dinamico

6 Deflessioni dinamiche della traiettoria: la fionda gravitazionale

7 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 Il più grande (1036 Ganymed) ha un diametro stimato intorno a 32 km (!). 2008TC 3 (diametro 4 m) si è dissolto nei cieli del Sudan ( ) DA potrebbe impattare la Terra nel Apophis passerà vicino alla Terra nel 2029 ed ha una remota probabilità di impatto nel 2036.

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10 Masse ed energie di impatto v f =? v i = 0 M p, R p Relazione base (punto inizialmente fermo a distanza infinita): 1 2 mv f 2 GM pm = 0 v f = 2GM p R p R p v f = 4.25 km/s per Mercurio ; v f = 11.1 km/s per la Terra

11 La «sfera di influenza gravitazionale» d p M p x p M F p = F Sole GMm (d p + x p ) 2 < GM pm x 2 x p < M p + M p M d p M M p p x p = km per Mercurio ; x p = km per la Terra

12 Masse ed energie di impatto v f =? x p v i 0 M p, R p Relazione «vera» (punto in moto a distanza finita): 1 2 mv f 2 GM pm R p = 1 2 mv i 2 GM pm x p con v i = 2GM x p

13 Masse ed energie di impatto v f =? x p v i 0 M p, R p Relazione «vera» (punto in moto a distanza finita): v f 2 = 2GM d p + x p + GM p 1 R p 1 x p v f (vera) = 113 km/s per Mercurio!!! v f (vera) = 43 km/s per la Terra!!

14 Masse ed energie di impatto E = 1 2 mv f 2 = 1 6 πρφ3 v f 2 Es. asteroide di 10 km di diametro, densità 10 3 kg/m 3 (acqua), velocità di impatto 40 km/s: E = x J e poiché 1 Kiloton = x J, si ha E = 2.02 x 10 8 Megatoni!!!

15 e rispetto ai fenomeni naturali? E = 1 2 mv f 2 = 1 6 πρφ3 v f 2 Un terremoto di magnitudo Richter 8.0 libera in totale un energia pari a E 8.0EQ = 10 3 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 m I = 10.3!!!

16 Asteroidi e comete L importanza dell eccentricità dell orbita v p (2) v p (1) = 1 + ε 2 1 ε 2 1 ε ε 1 Es. 1 =0.2 (asteroide MB), 2 =0.95 (cometa): v p (cometa) = v p (asteroide) E (cometa) 300 E (asteroide)

17 La spettacolare sequenza di impatti Giove SL9 (1994) E 10 8 volte l arsenale nucleare terrestre!!!

18 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.

19 Una storia travagliata - MERCURIO

20 Una storia travagliata - MERCURIO

21 Una storia travagliata I SATELLITI DI GIOVE BACINO VALHALLA (Callisto) Diametro 600 km Anelli circolari fino a 3000 km di diametro

22 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

23 Una storia travagliata SATELLITI DI SATURNO CRATERE HERSCHEL (Mimas) Diametro 130 km

24 Una storia travagliata LA LUNA

25 Una storia travagliata LA LUNA CRATERE COPERNICUS Diametro 107 km

26 Una storia travagliata del SISTEMA SOLARE

27 Una storia travagliata del SISTEMA SOLARE

28 Una storia travagliata del SISTEMA SOLARE

29 e la «nostra» Terra?

30 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.

31 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: NORD AMERICA: AMERICA CENTRALE: SUD AMERICA: ASIA: EUROPA: OCEANIA/ANTARTIDE: 26 +4

32 Una prima struttura da impatto riconoscibile sull atlante geografico (!)

33 Una prima struttura da impatto riconoscibile sull atlante geografico (!)

34 Una prima struttura da impatto riconoscibile sull atlante geografico (!)

35 Una prima struttura da impatto riconoscibile sull atlante geografico (!)

36 Lago MANICOUAGAN (Quebec, Canada) Diametro del cratere: 100 km Età: 212 milioni di anni

37 Sempre in Quebec, Canada: CLEARWATER LAKES Diametro dei crateri: 32 km e 22 km Età: 290 milioni di anni

38 Il più famoso: BARRINGER CRATER (Arizona, USA) Diametro: 1186 m Profondità: circa 300 m Età: anni

39 Altri crateri: ACRAMAN (Australia) Diametro: 90 km Età: 590 milioni di anni

40 Altri crateri: ARAGUAINHA (Brasile) Diametro: 40 km Età: 245 milioni di anni

41 Altri crateri: KARA-KUL (Tajikistan) Diametro: 45 km Età: < 10 milioni di anni

42 Altri crateri: BOSUMTWI (Ghana) Diametro: 10.5 km Età: 1.3 milioni di anni

43 Altri crateri: AOROUNGA (Ciad) Diametro: 12.6 km Età: < 345 milioni di anni

44 CHICXULUB (Yucatan) e l estinzione K/T Diametro: 170 km ; Età: milioni di anni

45 CHICXULUB (Yucatan) e l estinzione K/T

46 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: milioni di anni Silverpit (Mare del Nord) (da confermare) diametro: 8 km età: 65 milioni di anni

47 Estinzioni di massa vs impatti catastrofici?

48 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 unità astronomiche dal Sole.

49 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.

50 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.

51 Tunguska (30 Giugno 1908)

52 Tunguska (30 Giugno 1908)

53 Tunguska (30 Giugno 1908) Bolide m = 10 6 ton v impatto = Km/s E = 4x x10 17 J Megatoni A devast = Km 2 (spedizioni del 1921, 1927, 1931, 1958)

54 La ricerca dei Near-Earth Asteroids Moto proprio dell oggetto: = ( ) 1/2 Scala del pixel: s = ( s x2 + s y2 ) 1/2 Tempo di spostamento sul pixel: = s / In assenza di tracking dedicato: T exp Es. = 0.3 arcsec/min s x = s y = 2 arcsec s = 2.83 arcsec = T exp,max < 10 min M lim (S/N = 10, dia. 60 cm)

55 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.

56 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.

57 e determinarne i parametri orbitali

58 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 ore, in modo che altri osservatori indipendenti possano confermare la scoperta - predire l orbita dell oggetto su tempi medio-lunghi

59 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(P i,t 0 ) X(P i,t 0 + t) X(P i + P i,t 0 + t) X(P i,t 0 ) X(P i,t 0 + t) X(P i - P i,t 0 + t)

60 Criteri di classificazione della pericolosità dei NEO

61 Ma cosa fare nel caso in cui.?

62 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.

63 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

64 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!

65 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?

66 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

67 Grazie!