Difesa Planetaria: come deviare un asteroide in rotta di collisione

Avvertenza: questo articolo è il seguito di “Asteroidi, consapevolezza del pericolo”. Ai lettori che non frequentano abitualmente il sito, si consiglia di leggere i due articoli nel giusto ordine cronologico.

Esistono molte tecniche per deviare, o meglio “deflettere”, un NEO dalla sua traiettoria, e sono raggruppabili in due categorie: quelle a impulso istantaneo, e quelle a impulso prolungato. Le prime consistono sostanzialmente nel colpire il bersaglio con un oggetto massiccio lanciato ad alta velocità: al momento dell’impatto l’intercettore trasferisce la sua “quantità di moto” al bersaglio, modificandone l’orbita (deflessione cinetica). Secondo alcuni, però, con l’attuale tecnologia questo metodo sarebbe inefficace contro oggetti di diametro superiore ai 400 metri. Esiste anche l’ipotesi di far detonare un ordigno nucleare in prossimità del NEO, oppure sulla sua superfice, o perfino al di sotto di essa. La conseguente vaporizzazione istantanea di una parte dell’asteroide creerà un getto di detriti e gas surriscaldati che lo spingerà in direzione opposta. Ma quando si ha a che fare con corpi celesti ancora semisconosciuti non è detto che le maniere forti siano le migliori: infatti, se il NEO dovesse frantumarsi, gli abitanti della Terra potrebbero trovarsi a che fare con uno sciame di grosse meteoriti del tipo “Tunguska”, cioè con un diametro compreso tra i 50 e i 140 metri, capaci di arrecare tutte insieme un danno maggiore.

Questa classe di oggetti desta in realtà una certa preoccupazione. La popolazione totale potrebbe variare tra 300.000 e 1.200.000 unità, di cui attualmente è noto solo l’1% circa. A causa delle loro dimensioni ridotte, questi NEO potrebbero in effetti sfuggire al rilevamento a lungo raggio, e apparire improvvisamente in prossimità della Terra, lasciando alla Difesa Planetaria pochissimo tempo per intervenire. Sull’applicazione delle tecniche di deflessione cinetica contro tali oggetti in condizioni di minimo preavviso, esiste uno studio del dott. Claudio Maccone, fisico-matematico italiano, nuovo Direttore Tecnico dell’IAA (International Academy of Astronautics) per l’esplorazione scientifica dello spazio. Maccone suggerisce di organizzare intorno alla Terra una sorta di perimetro difensivo integrato, costituito da almeno due piattaforme spaziali armate, da schierare in corrispondenza dei punti di librazione del sistema Terra-Luna (vedi punti lagrangiani), escludendo L2 (per non interferire col PAC), e privilegiando invece L1 e L3, i più adatti allo scopo perchè giacciono sull’asse Terra-Luna. Quando il NEO entra nel campo gravitazionale terrestre, da qualsiasi direzione provenga, assume naturalmente una traiettoria iperbolica che ha la Terra come fuoco e giace su uno, ed uno solo, dell’infinito numero di piani che attraversano l’asse Terra-Luna. Ed è su questo unico piano, che contiene a un tempo la Terra, l’intruso, e le batterie missilistiche schierate in L1 e L3, che si combatte la battaglia. Al momento più opportuno, le batterie lanciano i loro intercettori lungo una traiettoria ellittica che condivide un fuoco, la Terra naturalmente, con la traiettoria iperbolica seguita dall’intruso. In questo modo, in base al Teorema delle Coniche Confocali, gli intercettori colpiscono il bersaglio con un’angolatura di 90 gradi, ottimizzando così la deflessione.

Le tecniche di deflessione a impulso prolungato consistono nel sottoporre il bersaglio ad una forza di lieve entità per un lungo periodo di tempo (mesi, o perfino anni), così da poter scegliere con precisione quali dovranno essere le caratteristiche della nuova orbita dell’oggetto, a deflessione ottenuta. Ciò costituisce evidentemente un vantaggio rispetto alle tecniche a impulso istantaneo, largamente imprecise, ma richiede un lungo preavviso che attualmente può essere garantito solo per una minoranza di NEO, quelli individuati dall’ormai concluso programma Spaceguard, per intendersi. Il nuovo Spaceguard è già attivo e mira a portare, entro il 2020 – 2025, nel segmento dei NEO con diametro tra i 140 e i 1.000 metri, la percentuale degli oggetti noti dall’attuale 45% al 90%, e quella relativa al segmento inferiore (50 – 140 metri) dall’attuale 1% al 50%.

Tra le tante tecniche di deflessione a impulso prolungato proposte da scienziati di tutto il mondo, le più sponsorizzate sono due, denominate “Mirror Bees” e “Gravity Tractor”. La prima, ideata dallo Space Advanced Research Team dell’Università di Glasgow, diretto da Massimiliano Vasile, consiste nel provocare la vaporizzazione (ablazione) di una parte del NEO senza ricorrere alle armi nucleari, ma utilizzando uno sciame di piccole navi dotate di specchi per concentrare la luce solare sul territorio asteroidale prescelto, provocando così l’ablazione. Evitare il ricorso alle armi nucleari sarebbe già un bel vantaggio: non ci sarebbe nessun rishio di frantumazione indesiderata dell’asteroide e nessuna violazione del trattato internazionale che bandisce le armi nucleari dallo spazio extra-atmosferico. Inoltre, il numero di navi di cui sarebbe composto lo sciame potrebbe cambiare in funzione delle caratteristiche del bersaglio e dei tempi di preavviso.

Del tutto diversa, ma altrettanto originale, è la proposta che si rifà al concetto di “rimorchiatore gravitazionale” (Gravity Tractor), avanzata dalla B612 Foundation. L’ipotesi è che la pur blanda attrazione gravitazionale esercitata su di un NEO di 140 metri di diametro da una sonda con massa pari a una tonnellata, sia sufficente a imprimere piccole ma significative variazioni nella traiettoria dell’asteroide. Il rimorchiatore comunque non opererà da solo, ma insieme a uno o più intercettori che forniranno, tramite impatto, la maggior parte della spinta necessaria per realizzare la deflessione. Una volta deviato il NEO su una nuova traiettoria, il rimorchiatore metterà in atto le correzioni di rotta utili a evitare che l’asteroide attraversi una delle centinaia di “return keyhole”, piccole porzioni di spazio nelle vicinanze del nostro pianeta che, se attraversate dal NEO, lo condurrebbero su una traiettoria di impatto certo con laTerra in tempi facilmente calcolabili.

La creazione di un sistema di difesa planetaria, nei suoi aspetti politici e organizzativi, è un problema globale che dovrebbe coinvolgere sia i grandi paesi, dotati di una tecnologia spaziale e, sempre più spesso, anche di un arsenale nucleare, sia le nazioni minori: abitiamo lo stesso pianeta e condividiamo gli stessi rischi. Questo potrebbe essere il tema di un prossimo articolo, sollecitiamo i lettori a intervenire.

Fonti:  The Planetary Society,  NASA – JPL, B612 Foundation

Asteroidi, consapevolezza del pericolo

Negli ultimi anni i media hanno prodotto una enorme quantità di informazione sul pericolo rappresentato dagli asteroidi, perciò sono stato a lungo incerto se avesse senso portare anche Il Tredicesimo Cavaliere a far parte del coro… ma il dibattito in corso sulla difesa planetaria è troppo attuale e interessante per non parteciparvi. L’articolo che segue non è stato scritto per spaventare, né per tranquillizzare: ho lasciato parlare i numeri.

Gli asteroidi rappresentano i resti della nube primordiale da cui ebbe origine il Sistema Solare, rimasugli che non sono stati in grado di aggregarsi a un corpo celeste più grande, né concorrere tra loro a formarne uno. Sono generalmente di natura rocciosa, hanno forma irregolare e dimensioni tra i 140 metri e i 1000 km di diametro medio, se sono più piccoli vengono chiamati spesso meteoriti, se più grandi pianeti nani. Dagli astronomi sono stati catalogati in famiglie: la maggior parte di essi si trova nella cosidetta Fascia Principale, situata tra Marte e Giove, ma ci sono anche i “Troìani” di Giove, Marte e Nettuno; i Centauri, che orbitano tra i giganti gassosi, al di là di Giove; e le tre famiglie dei Nettuniani. A tutt’oggi sono stati scoperti 170.000 asteroidi, la gran parte di diametro medio intono al chilometro, ma si suppone che il Sistema Solare ne ospiti un milione circa.

Vengono chiamati NEO (Near Earth Object) gli asteroidi e le comete che si avvicinano all’orbita terrestre, e PHO (Potentially Hazardous Object) quelli che possono avvicinarsi a meno di 8 milioni di km dalla Terra e hanno un diametro medio superiore ai 140 metri. Se un asteroide di grandezza superiore al chilometro colpisse la Terra, oltre alla totale devastazione del luogo dell’impatto, provocherebbe terremoti, piogge acide, incendi su vasta scala, e solleverebbe nell’atmosfera una quantità tale di polvere, cenere e detriti vari da ricoprire per anni l’intera superfice del pianeta, attenuando la luce del sole e provocando così incalcolabili danni all’agricoltura. I morti si conterebbero a miliardi. Le probabilità che una simile catastrofe possa effettivamente accadere sono molto remote, ma è assai inquietante sapere che in realtà l’evento si è già verificato 65 milioni di anni fa: il cratere largo 180 km (altre fonti parlano di 300 km) scavato dall’impatto con un asteroide di una dozzina di chilometri di diametro è stato scoperto nello Yucatan (Messico), segno evidente dell’origine del cataclisma della potenza di 190.000 gigatoni (Hiroshima 15 kilotoni) che provocò la totale estinzione dei dinosauri e di gran parte delle specie animali che a quel tempo popolavano la Terra. Non più remote, anche se ancora molto basse, sono le probabilità che il pianeta venga colpito da asteroidi più piccoli, tra i 140 e i 1.000 metri, che non provocherebbero una catastrofe planetaria, ma di sicuro ampie devastazioni. Apophis, per esempio, un asteroide di circa 300 metri, che passerà vicinissimo alla Terra nel 2036, dovrebbe avere non più di 1 possibilità su 250.000 di colpirci, ma se lo facesse, svilupperebbe una potenza esplosiva intorno ai 500 megatoni.

Esiste invece ampia documentazione della caduta di tre grosse meteoriti in tempi recenti: nel 1908, a Tunguska (Siberia), nel 2006 ln Norvegia, e nel 2008 in Sudan. Nel primo caso, il più eclatante, un oggetto sui 50 metri di diametro esplose ad alta quota svilupppando una potenza di circa 5 megatoni, e distrusse completamente 2.000 kmq di foresta, un’area quasi doppia di quella su cui si estende la città di Roma (1.285 kmq). Tutti gli eventi si verificarono in località quasi disabitate, e quindi non furono registrati morti o feriti, né danni materiali.

Negli anni ’90 la comunità scientifica cominciò a rendersi conto della minaccia costituita dai NEO, e apparve chiaro a tutti che, se si voleva dar vita a un sistema di difesa planetaria efficiente, la prima cosa da fare era censire, catalogare e tracciare i NEO e i PHO di dimensioni superiori al chilometro, i cosidetti “Civilization Killer”. A partire dal 1998, la NASA ha speso 4 milioni di dollari l’anno per finanziare il consorzio Spaceguard, che a tutt’oggi ha catalogato oltre 6500 NEO e 1144 PHO di cui 145 del tipo “Civilization Killer”, che dovrebbero rappresentare il 90% degli oggetti più pericolosi. Dati aggiornati in tempo reale sono rintracciabili su <neo.jpl.nasa.gov/stats/>. Del consorzio fanno parte programmi di ricerca gestiti da grandi e piccoli osservatori astronomici in tutto il mondo. Anche l’Italia vi partecipa con il programma CINEOS (Campo Imperatore Near-Earth Objects Survey) del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Roma “La Sapienza” e con ADAS (Asiago-DLR Asteroid Survey), un progetto in collaborazione tra il Dipartimento di Astronomia dell’Università di Padova e la DLR, l’agenzia spaziale tedesca. Oltre alla NASA, anche le altre grandi agenzie spaziali si stanno muovendo, specialmente l’ESA, con il progetto SSA (Space Situational Awareness), il cui scopo non è solo quello di occuparsi dei NEO, ma anche di tutto ciò che, nell’ambito del campo gravitazionale terrestre, può influire sull’andamento di una missione. In altre parole, si vuole fornire all’Europa la capacità autonoma di racccogliere, catalogare e utilizzare qualsiasi informazione relativa ai NEO, alla meteorologia solare e alla nuvola di pericolosi relitti e detriti spaziali che circonda la Terra, specialmente nelle orbite basse. Il contributo dell’Italia al progetto consiste principalmente nei servizi informatici e nella potenza di calcolo erogati dallo “Small Bodies Data Centre”, situato presso i laboratori ESA/ESRIN di Frascati.

In realtà, l’osservazione a distanza non fornisce dati sufficenti in merito alla esatta composizione geologica, densità e massa degli asteroidi, dati che invece sarebbero utilissimi nel caso si volesse provocare la “deflessione” di un NEO, cioè la sua deviazione da una traiettoria pericolosa per la Terra. Per questo e per altri motivi d’ordine scientifico, fin dagli anni ’90 si incominciò a lanciare missioni verso asteroidi e comete, realizzando molti incontri ravvicinati (fly-bys), oltre a un paio di atterraggi e un impatto programmato, che voglio brevemente ricordare:

NEAR (NASA) Parte nel 1996 allo scopo di raggiungere e studiare da vicino Eros, uno dei NEO più importanti e voluminosi. La missione si rivela un completo successo e alla NASA decidono di spegnere la sonda e abbandonarla nello spazio. Ma lo staff della missione non ci sta, e, prima di girare l’interruttore, gli ingegneri tentano di far fare alla sonda una manovra di atterraggio sull’asteroide. Nonostante NEAR non fosse certo costruita per atterrare, irta com’era di antenne, pannelli solari e quantaltro, la manovra riuscì perfettamente, tanto che la sonda continuò a trasmettere per un po’, dopo il touch-down. Anche la NASA ha i suoi maghi del joystick.

Hayabusa (JAXA). Sembrava un disastro, invece è diventato il trionfo della tecnologia spaziale giapponese. Lanciata nel 2003, raggiunge regolarmente il NEO “Itokawa”, ma il modulo di atterraggio si perde nello spazio e il modulo principale viene gravemente danneggiato. Ciònonostante, quello che rimane di Hayabusa intraprende il viaggio di ritorno, recando con se una capsula che contiene una manciata di materiale raccolto sulla superfice dell’asteroide. Il 13 giugno 2010, la sonda brucia al rientro nell’atmosfera terrestre, non prima, però, di aver espulso la capsula con i preziosi campioni, che viene raccolta, perfettamente integra, nel deserto australiano.

Deep Impact (NASA). Primo test di deflessione di un asteroide per impatto cinetico. Lanciata nel 2005, la sonda esegue un perfetto fly-by con la cometa Temple 1. Poi fa partire un missile intercetttore contro il nucleo cometario e lo colpsce in pieno. L’avvicinamento al bersaglio viene fotografato da una camera posta sul missile stesso, e l’mpatto da una seconda camera situata sul modulo principale. L’animazione combinata dei fotogrammi delle due camere appare nella figura qui sotto. Impressionante!

Inoltre, nella comunità scientifica si comincia a parlare anche di missioni con equipaggio da destinare all’esplorazione dei NEO. Di questo, degli interventi presentati nel corso di un recente congresso organizzato dalla NASA, e dei risultati preliminari di un nuovo studio condotto su di un ristretto numero di NEO, parleremo in un successivo articolo.

Fonti: NASA,, JPL, ESA, Wikipedia, The Planetary Society



Progetto Icarus: pericoli e obiettivi del volo interstellare simulato

Se si vuole creare un’astronave virtuale e poi lanciarla in un volo interstellare simulato, bisogna creare anche l’ambiente in cui si svolgerà l’azione, cioè riprodurre lo spazio interstellare in tutte le sue caratteristiche, sopratutto in quelle potenzialmente pericolose per l’astronave. Gli scienziati del Progetto Icarus (si veda Avverrà nel Ciberspazio il primo volo interstellare) sanno bene che lo spazio profondo in realtà non è completamente vuoto, ma che si può parlare di un vero e proprio medium interstellare, seppure estremamente tenue, composto per il 90% da atomi di idrogeno, con la densità di un atomo per centimetro cubo, l’uno per cento di polvere e per il resto atomi di elio. Il che potrebbe sembrare ben poca cosa, se non fosse che Icarus filerà “virtualmente” tra le stelle alla bella velocità di 45.000 km/sec per decenni, sottoponendo così le parti esposte dello scafo a un processo di surriscaldamento ed erosione. Fortunatamente il Sistema Solare, nel suo moto di rivoluzione attorno al centro della Via Lattea, sta attualmente attraversando la cosidetta “Local Bubble”, una zona larga circa 300 anni luce, dove la densità del medium interstellare risulta drasticamente ridotta, facendo probabilmente rientrare qualsiasi allarme [se non fosse per la perdurante presenza di polveri di varia natura, il vero pericolo nel volo a velocità relativistica – addendum 03/12/10]. C’è infine la minaccia rappresentata dagli onnipresenti raggi cosmici, com’è impropriamente definita quella pericolosa radiazione composta quasi esclusivamente da protoni ad altissima energia, che pervade l’intero universo. I timori non sono tanto per lo scafo dell’Icarus, quanto per i computer e per le altre apparecchiature elettroniche, perchè queste particelle sono responsabli del cosidetto “bit flips”: di tanto in tanto, del tutto a caso, capita che in qualche sistema informatico della nave dei bit cambino di valore, obbligando il sistema a operazioni di salvataggio dati molto estese.

Gli immediati dintorni del Sistema Solare sono mostrati nella figura qui accanto. All’interno della più vasta Local Bubble, il Sistema sta ora attraversando una nuvola interstellare locale di scarsa densità (Courtesy Linda Huff  and Priscilla Frisch). Una delle specifiche di base del Progetto Icarus è che il viaggio dell’astronave non deve durare più di 100 anni, possibilmente molti di meno. La velocità massima prevista, cioè il 15% della velocità della luce, non potrà verosimilmente essere raggiunta e mantenuta che durante la traversata interstellare vera e propria. Tenuto conto di questo, e calcolato il tempo necessario per uscire dal Sistema Solare a velocità crescente e per effettuare una manovra di decelerazione una volta raggiunto il sistema stellare di destinazione, lo staff di Icarus ha fissato in 15 anni luce il raggio dell’area di operazioni dell’astronave. Per la verità, il panorama nei pressi del Sistema Solare appare tristemente privo di obiettivi interessanti, almeno per quanto riguarda la ricerca della vita. Ci sono infatti solo 2 stelle di classe G (come il Sole), cioè Alpha Centauri A e Tau Ceti, nonché 5 stelle di classe K, tra cui Epsilon Eridani. Le altre, escluse Sirio e Procione, sono nane rosse. Epsilon Eridani ha un pianeta gigante tipo Giove, del tutto inabitabile, e si attende conferma di un secondo, dello stesso tipo. La nana rossa GJ674 ha un pianeta roccioso di massa pari a 5 volte quella della Terra, ma orbita troppo vicino al suo sole per poter ospitare la vita come noi la conosciamo. Ma la sonda Kepler, l’ormai famoso telescopio spaziale cercatore di esopianeti, potrebbe rovesciare la situazione: stime ottenute in base alle sue prime, clamorose osservazioni, indicano che almeno il 30% delle stelle sia accompagnato da pianeti, il che porterebbe da 2 a 16 o 17 il totale dei sistemi planetari alla portata di Icarus. Speriamo che la mappatura dei dintorni del Sistema Solare venga completata nei prossimi anni.

Fonte: Project Icarus