Asteroidi, un pericolo per la Terra?
di Albino Carbognani
La caduta di piccoli corpi celesti sui pianeti, con la formazione dei relativi crateri da impatto, è uno dei principali processi di rimodellamento delle superfici planetarie. La crosta lunare è un buon esempio di superficie craterizzata. Nell’emisfero visibile dalla Terra si contano ben 300 000 crateri con un diametro superiore al km. Sulla Terra, il numero di crateri noti è molto inferiore (circa 200), ma solo perché la crosta terrestre è continuamente alterata da processi tettonici e atmosferici (assenti sulla Luna), che distrugge la maggior parte delle strutture esistenti. Il cratere terrestre più famoso è senz’altro il Barringer (o Meteor) Crater, situato in Arizona (USA), del diametro di 1,2 km con un’età di circa 49 000 anni. Gli studi della superficie lunare indicano che il tasso di craterizzazione era molto più intenso nelle prime fasi di vita del Sistema Solare: oggi si è ridotto in modo considerevole ma non è zero.
Un enorme numero di comete ed asteroidi orbitano attorno al Sole ed è interessante esaminarne, anche brevemente, la distribuzione all’interno del Sistema Solare. I primi ad essere scoperti sono stati gli asteroidi rocciosi, con orbite comprese fra quella di Marte e Giove, fra 2 e4 UA (1UA è la distanza media Terra-Sole, circa 150 milioni di km). La zona in cui si collocano questi corpi è nota come la Fascia Principale degli Asteroidi. La popolazione conosciuta è di oltre 22 000 membri. L’asteroide maggiore della Fascia Principale è Cerere che, con un diametro di 933 km, possiede il 25% della massa di tutta la Fascia. Cerere è stato anche il primo asteroide ad essere scoperto (Giuseppe Piazzi, 1801). Gli asteroidi con diametro maggiore di 200 km sono solo 26, gli altri (decine di migliaia), hanno dimensioni inferiori, fino ad arrivare a pochi metri di diametro.
La Fascia di Edgeworth-Kuiper invece, è costituita da piccoli corpi ghiacciati (prevalentemente si tratta di ghiaccio d’acqua e ammoniaca), con orbite comprese fra quella di Nettuno (a 30 UA) e le 50 UA. La fascia di Kuiper è la sorgente delle comete a breve periodo (minore di 200 anni), e a bassa inclinazione sull’eclittica. I membri di questa fascia sono chiamati anche TNOs (Trans Neptunian Objects) o KBOs (Kuiper Belt Objects): al momento ne sono noti 786 (le scoperte sono iniziate nel 1992), ma si stima una popolazione di 200 milioni di nuclei cometari. Fra i corpi maggiori attualmente noti in questa fascia si può ricordare Varuna (900 km di diametro), scoperto il 28 novembre 2000 e Quaoar (diametro di 1250 km), scoperto il 4 giugno 2002. Plutone, con i suoi 2200 km di diametro, può essere considerato come il membro maggiore della Fascia di Kuiper, così come lo è Cerere per la Fascia Principale. Sotto questo punto di vista quindi, Plutone non può essere considerato un pianeta vero e proprio, ma spesso rimane tale per motivi storici. Con la scoperta dei KBOs si è evoluta la definizione di pianeta: ogni oggetto in orbita attorno al Sole può essere unico o appartenere ad una popolazione di corpi simili. I primi sono pianeti, i secondi non lo sono.
Esiste anche una popolazione composta di 149 asteroidi, con orbite comprese fra quella di Giove e Nettuno, che intersecano quelle dei pianeti più esterni del Sistema Solare (Giove, Saturno, Urano e Nettuno). Il primo membro ad essere scoperto è stato Chirone, del diametro di 200 km, che si muove fra le orbite di Saturno ed Urano. Questi corpi sono conosciuti come Centauri e probabilmente sono in transizione dalla Fascia di Kuiper al Sistema Solare interno. Oltre la Fascia di Kuiper ci sono indizi sulla presenza della Nube di Oort, altra riserva di nuclei cometari, estesa fino a 100 000 UA dal Sole e sorgente delle comete a lungo periodo. La popolazione stimata è di 200 miliardi di nuclei cometari. Probabilmente un membro della nube di Oort interna è già noto. Si tratta dell’asteroide Sedna (1800 km di diametro), scoperto il 14 novembre 2003 da Mike Brown (Caltech), Chad Trujillo (Gemini Observatory) e David Rabinowitz (Yale). Sedna è l’oggetto più distante dal Sole scoperto fino ad ora (si trova a 90 UA), ha un’orbita molto ellittica che percorre in un periodo di 10500 anni. Non può essere un KBO perché non scende mai sotto alle 75 UA dal Sole. Nei prossimi anni arriveranno altre scoperte di corpi appartenenti a questa remota zona del Sistema Solare.
Non è superfluo osservare che il confine fra asteroide e cometa può essere molto labile. Un KBO è designato come un asteroide perché non mostra una chioma. Alla distanza dal Sole cui si muove, oltre le 30 UA, ciò non avverrà mai (la temperatura è troppo bassa), salvo che non sia perturbato su un’orbita che lo porti verso il Sole (diventando un Centauro). Questo è proprio il caso di Chirone che, ritenuto inizialmente un asteroide, ora è considerato una cometa perché, nel 1988 durante il passaggio al perielio, ha sviluppato una chioma di gas e polveri. Viceversa, una cometa del Sistema Solare interno, sviluppa coma e coda solo per un certo periodo di tempo. Una volta esauriti i ghiacci torna ad essere un corpo inerte, indistinguibile da un comune asteroide.
I Near Earth Objects
A causa delle reciproche collisioni dei membri della Fascia Principale, delle perturbazioni gravitazionali dei pianeti maggiori e di effetti non gravitazionali (come l’Effetto Yarkovsky), una piccola frazione di corpi segue orbite che possono portare in prossimità della Terra. Gli oggetti che transitano ad una distanza minima inferiore alle 0,3 UA dall'orbita terrestre sono chiamati NEOs (Near Earth Objects). I NEOs possono essere sia di origine asteroidale sia cometaria e si dividono principalmente nelle popolazioni degli Atens, Apollos e Amors, secondo il tipo di orbita percorsa attorno al Sole.
Gli Aten sono 217, hanno semiasse maggiore inferiore a 1 UA e afelio superiore a 0,983 UA. Gli Apollo sono 1330, hanno il semiasse maggiore superiore a 1 UA e perielio inferiore a 1,017 UA. Infine, gli Amor sono 1227, e hanno una distanza al perielio compresa fra 1,017 e 1,3 UA. I nomi delle popolazioni derivano da quelli degli asteroidi membri scoperti per primi.
Un NEO diventa un PHO (Potentially Hazardous Object), quando la minima distanza con l'orbita terrestre scende sotto le 0,05 UA (7,48 milioni di km, 19,4 volte la distanza media Terra-Luna), e il diametro del corpo è di almeno 150 m. I PHOs attualmente noti sono circa 560 ma il loro numero aumenta continuamente, a mano a mano che si scoprono nuovi oggetti.
Nel corso degli anni la Terra ha subito centinaia di incontri ravvicinati con piccoli asteroidi. Ad esempio, nella notte fra il 30 e il 31 ottobre 1937 l’asteroide Hermes, di 900 metri di diametro, è passato a 733 000 km dalla Terra (0,0049 UA), mentre fra il 9 e il 10 dicembre del 1994 l’asteroide 1994 XM1, del diametro di soli 9 metri, è passato a 104 700 km (0,00069 UA). Spesso un PHO è scoperto quando è già in fase di allontanamento dalla Terra, come è avvenuto per 2002 MN, che è passato a 120 000 km dal nostro pianeta il 14 giugno 2002 ed è stato scoperto tre giorni dopo. Il prossimo incontro ravvicinato (fra quelli prevedibili), sarà con l’asteroide Toutatis che il 29 settembre 2004 alle 14 UT passerà a 0,01036 UA dalla Terra.
Nonostante le piccole dimensioni dei NEOs se confrontate con il diametro terrestre (12756 km), l’impatto con un piccolo corpo che si muove ad alta velocità (decine di km al secondo), può portare alla formazione di un grande cratere con effetti devastanti anche per l’intero pianeta.
Un corpo che si muova verso la Terra con un’incertezza sull’orbita avente un raggio di 100 000 km, ha una probabilità dell’1,5% di cadere al suolo. Per questo motivo è necessaria un’osservazione assidua delle posizioni degli asteroidi: calcolando orbite sempre più precise si può distinguere fra i corpi davvero pericolosi e quelli innocui. Il continuo miglioramento della conoscenza delle orbite spiega perché all’annuncio della scoperta di un asteroide potenzialmente pericoloso (riportata comunemente anche da stampa e TV), segua qualche giorno dopo la puntuale smentita (ma non riportata dai media perché non fa più “notizia”).
In ogni caso l'atmosfera terrestre ci protegge dai NEO più piccoli, per intenderci quelli con un diametro dell'ordine di una decina di metri. Questi corpi, durante l’attraversamento dell’atmosfera, raggiungono temperature talmente elevate che sublimano prima di raggiungere il suolo. Nella fase di disintegrazione si generano superbolidi molto luminosi (visibili anche in pieno giorno), come quello di Lugo di Romagna del 19 gennaio 1993, dello Yukon del 18 gennaio 2000 o quello, un po’ più piccolo, del 6 aprile 2002 su Innsbruck (Austria). I superbolidi, a parte gli effetti elettromagnetici al suolo, sono relativamente innocui.
NEO sui 50 metri di diametro possono dare luogo ad eventi tipo quello di Tunguska (Siberia, 30 giugno 1908), o a quello avvenuto in Brasile nel 1930. Se cadono su regioni abitate il numero di vittime può arrivare a 5000, ma la catastrofe è regionale senza effetti sul larga scala. Per asteroidi di diametro superiore ai 1500 m l’effetto di devastazione è su larga scala (per via delle polveri immesse in atmosfera), e il numero di vittime potenziali è stimabile in 1,5 miliardi di persone. Con NEO dai 10 km in su, come quello responsabile dell’estinzione dei dinosauri 65 milioni di anni fa (evento K/T), si rischia l’estinzione della specie umana.
Il numero dei NEO diminuisce a mano a mano che si sale con le dimensioni, tuttavia la probabilità che, alla fine, un NEO di dimensioni chilometriche o decimetriche impatti la Terra non è zero. Da qui l’importanza di un monitoraggio continuo della volta celeste per scoprire e catalogare tutti i PHOs. Sfortunatamente le risorse investite nella ricerca dei PHOs non sono esuberanti ed esiste la probabilità di scoprirne uno pochi giorni prima della collisione con la Terra. In questo caso sarebbe molto difficile cambiarne l’orbita nella misura sufficiente ad evitare l’impatto: solo se il corpo è scoperto con grande anticipo si può avere una minima probabilità di successo nel difficile compito di deviazione orbitale.
Il caso “Tunguska”
Quando si parla del pericolo di collisioni con asteroidi o comete il miglior esempio conosciuto è, senza dubbio, l’evento di Tunguska. Tuttavia, nonostante la sua fama, quest’evento è ancora un mistero perché non sono state trovate prove certe a favore dell’ipotesi asteroidale o cometaria. Un passo avanti verso la soluzione è stato fatto recentemente con la pubblicazione del lavoro di P. Farinella, L. Foschini, Ch. Froeschlé, R. Gonczi, T.J. Jopek, G. Longo, and P. Michel: Probable asteroidal origin of the Tunguska Cosmic Body. Astronomy and Astrophysics, Vol.377 (2001) 1081-1097.
Come è noto l’evento di Tunguska si riferisce ad un’esplosione di potenza stimabile in 10-15 Mton avvenuta il mattino del 30 giugno 1908 al di sopra del fiume Podkamennaya Tunguska, con l’abbattimento di 2150 km2 di taigà siberiana. Nel 1930 Shapley fu il primo a suggerire che l’evento di Tunguska potesse essere provocato dall’impatto di una cometa, successivamente Leonid Kulik propose, nel 1940, l’ipotesi asteroidale (di tipo ferroso), seguito da Fesenkov che suggerì una meteorite pietrosa. Infine, sempre Fesenkov, sviluppò (nel 1961), un dettagliato modello dell’evento con un corpo di origine cometaria e dal quel momento la maggior parte degli scienziati russi seguì questa ipotesi, mentre molti scienziati occidentali preferirono il modello asteroidale. Solo nel 1996 gli scienziati delle due parti si incontrarono a Bologna, durante la prima conferenza internazionale su Tunguska. Tuttavia, nonostante un secolo di grandi sforzi, il problema principale, cioè la natura del corpo cosmico di Tunguska (Tunguska Cosmic Body, TCB), causa dell’esplosione, è ancora aperto.
Nel luglio del 1999 una spedizione scientifica italiana organizzata da Giuseppe Longo dell’Università di Bologna, con la collaborazione dei ricercatori dell’Osservatorio Astronomico di Torino e dell’Istituto di Geologia Marina del CNR, andarono in Siberia per raccogliere dati e campioni la cui analisi è tuttora in corso. Nel gruppo era presente un piccolo team di ricercatori teorici e il lavoro di Farinella et al., recentemente pubblicato, contiene i risultati di più di due anni di studi teorici e calcoli numerici.
Nell’articolo si assume che l’esplosione di Tunguska sia causata da un unico corpo in moto su un’orbita chiusa attorno al Sole. In questo modo è possibile descriverne la traiettoria come se si trattasse di una comune meteorite, utilizzando la data, l’ora, la velocità geocentrica e le coordinate del radiante. I valori di questi parametri devono corrispondere al punto in cui il TCB è entrato nell’atmosfera terrestre. Per trovare questi parametri gli Autori propongono una nuova analisi accurata dei dati oggettivi (registrazioni sismiche e barometriche, devastazione delle foreste), e delle testimonianze dell’evento di Tunguska, integrate con un nuovo modello per la frammentazione di un corpo in atmosfera. In questo modo si può selezionare un range di traiettorie atmosferiche da cui estrarre un set di possibili orbite. L’analisi del set di orbite finali, usando il metodo di Bottke et al. (2000, 2001), indica che la probabilità più alta è per l’origine asteroidale. Più in dettaglio, dalle 886 orbite che possono dare origine ad una collisione con la Terra, l’83% appartengono ad oggetti di origine asteroidale, mentre il 17% appartiene ad oggetti di origine cometaria.
I risultati della dinamica interplanetaria sono in accordo con quelli di Andreev, che conclude che il TCB era un asteroide, e anche con quelli di Bronshten che considerava plausibile la bassa percentuale di corpi cometari unicamente per la mancanza di un cratere. Tuttavia, ora la statistica è molto più accurata (le orbite prese in esame sono ben 886), rispetto a questi lavori precedenti.
Ora il principale problema è spiegare come un asteroide si possa frammentare completamente in atmosfera. Possono esserci due possibili spiegazioni:
1. L’osservazione di bolidi molto luminosi dimostra che i grandi meteoroidi o piccoli asteroidi si disintegrano con una pressione dinamica inferiore alla loro resistenza meccanica. Fra il 1999 e il 2001 Foschini ha sviluppato un nuovo modello per studiare il flusso ipersonico attorno ai piccoli asteroidi che entrano nell’atmosfera terrestre. Questo modello è compatibile con i dati sulla frammentazione dei superbolidi. Con questa nuova teoria della frammentazione, è possibile calcolare quale resistenza meccanica doveva avere il TCB per disintegrarsi ad una certa quota. Il risultato è che la natura asteroidale è ancora quella più probabile.
2. Il TCB poteva essere un corpo poroso, con cavità interne, come suggerito da Doug ReVelle alla conferenza internazionale Meteoroids 2001, un corpo simile all’asteroide Matilde, che ha una densità media molto bassa e vicina a quella dell’acqua (1,3 g/cm3). In questo caso, le cavità interne, possono aumentare l’efficienza della frammentazione esplosiva, rendendo possibile la completa distruzione dell’asteroide.
L’articolo di Farinella et al. (2001) è un lavoro teorico, estremamente dettagliato, che potrebbe dire l’ultima parola su Tunguska. Tuttavia, per quanto riguarda le prove definitive, sarà necessario aspettare l’analisi dei campioni raccolti durante la spedizione del luglio 1999: i lavori sono in corso, ma alcuni risultati preliminari sono già stati presentati al recente meeting delle Svalbard.
La scoperta e il passaggio ravvicinato di 2002 NY40
Come abbiamo detto, spesso in prossimità della Terra, transitano piccoli asteroidi che ne intersecano l’orbita. Questi corpi sono di piccole dimensioni con una bassa albedo superficiale e sono scoperti solo pochi giorni prima del passaggio ravvicinato. Un’ottima occasione per l’osservazione di un PHO, l’ho avuta nella notte fra il 17 e il 18 agosto 2002, quando l’asteroide 2002 NY40 è transitato a soli 530 000 km dalla Terra (1,38 volte la distanza Terra-Luna). L’asteroide è stato scoperto il 14 luglio 2002 dal telescopio LINEAR, da 1 m di diametro, posto nel New Mexico (USA). All’epoca l’asteroide appariva come una pallida stellina di magnitudine 19 poco a sud-ovest di b Aqr, a 0,445 UA dalla Terra e in fase di avvicinamento. L’orbita descritta è di tipo Apollo a bassa inclinazione. L’afelio è all’interno della fascia principale degli asteroidi, mentre il perielio è compreso fra le orbite di Mercurio e Venere. Il 2002 NY40 ha un diametro stimato di circa 800 metri. Tutte queste caratteristiche hanno reso il passaggio di 2002 NY40 piuttosto simile a quello di Hermes del 1937. Negli anni a venire saranno possibili altri incontri ravvicinati con la Terra: nelle date attorno al 18 agosto quando l’asteroide si avvicina al Sole, e attorno al 14 febbraio quando se ne allontana. Le agenzie di stampa si sono focalizzate sul futuro passaggio del 18 agosto 2022 che, al momento, a causa delle incertezze sull’orbita, ha una probabilità di impatto con la Terra di 1/500 000. Movendosi verso il Sole, durante questo passaggio ravvicinato, l’asteroide era visibile il 17 agosto, in prima serata, nella costellazione del Delfino. Grazie al veloce moto proprio ha attraversato le costellazioni della Freccia, Volpetta e Lyra, perdendosi nel chiarore dell’alba del 18. Nella fase di allontanamento, si è verificato un brusco calo della magnitudine apparente perché l’asteroide mostrava al nostro pianeta l’emisfero non illuminato dal Sole.
Rapporto sui Near Earth Objects, http://www.nearearthobjects.co.uk
Lista PHOs, http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/Dangerous.html
Date dei futuri incontri ravvicinati, http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/PHACloseApp.html
Posizioni degli asteroidi noti, http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/InnerPlot2.html
Sedna, http://www.gps.caltech.edu/~mbrown/sedna/
Minor Planet Center, http://cfa-www.harvard.edu/iau/mpc.html
Spaceguard Foundation, http://spaceguard.ias.rm.cnr.it/SGF/
Programma NEOs della NASA, http://neo.jpl.nasa.gov
Evento di Tunguska, http://www-th.bo.infn.it/tunguska/tu99public.htm
Farinella, Paolicchi, Zappalà, Gli asteroidi, Il Castello, 1983.
Fred L. Wipple, Il mistero delle comete, Jaca Book, 1989.
Albino Carbognani, Luigi Foschini, Meteore – Dalle stelle cadenti a Tunguska, CUEN, 1999
Nanni Riccobono, Tunguska, Rizzoli, 2000
Nanni Riccobono, 2028 Il pericolo viene dal cielo, Piemme, 2001