Categorie: Corpi minori
Tags: asteroidi doppi collisioni forze mareali NEA
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:13
Un altro asteroide doppio **
l fatto che anche il piccolo (circa 600 m) asteroide 2004 BL86 possegga un mini-satellite di 70 metri non deve stupire più di tanto. Nella popolazione dei NEA, ben il 16% degli oggetti osservati mostrano questa caratteristica. Vale la pena cercare di capire il perché di questa particolarità e come funziona la tecnica migliore per scoprirli.
Non può certo essere un caso che un gran numero dei piccoli oggetti a rischio d’impatto con la Terra abbiano uno o anche due satelliti. In qualche modo, essi devono essere favoriti dalle loro stesse caratteristiche fisiche e dinamiche. Processi in grado di “dividere” in due o tre parti un oggetto di questo tipo ve ne sono parecchi.
Innanzitutto, le collisioni mutue che potrebbero essere avvenute prima dell’ingresso dell’asteroide tra quelli che sfiorano i pianeti terrestri. L’origine dei NEA è strettamente legata alle risonanze di moto medio o a quelle di ordine superiore. Per entrare in queste risonanze è necessario che avvenga una frammentazione di un oggetto più grande che scagli i suoi frammenti a una distanza sufficiente per inserirli in una regione dinamicamente caotica che li trascinerà verso i pianeti terrestri aumentandone l’eccentricità.
Ciò vuol dire che il satellite potrebbe nascere fin dall’inizio, ossia nel momento della stessa origine del NEA a seguito di una distruzione catastrofica dell’asteroide “genitore”. In questo caso il problema è quello di mantenerlo durante il viaggio molto travagliato verso zone popolate da pianeti che con le loro perturbazioni cercano in tutti i modi di dividere una coppia nata in condizioni drammatiche e non certe "preparate" con attenzione.
Nella fascia principale, quando gli oggetti relativamente grandi subiscono collisioni e distruzioni catastrofiche possono facilmente ricostruirsi come “ammassi di pietre” governati dalla auto gravitazione. In quel caso, come spesso raccontato, l’asteroide si comporta come un fluido e se urti successivi cambiano il suo momento angolare accelerandone la rotazione può avvenire lo sdoppiamento per fissione. Un qualcosa che segue leggi fisiche ben stabilite e in cui i rapporti tra corpo principale e satellite è stabilito da regole di conservazione del momento angolare e cose del genere. Spesso l’oggetto si separa in due masse quasi uguali e alcuni casi sono stati osservati.
Nel caso di oggetti troppo piccoli, e dominati dalle forze di stato solido, come le schegge che rappresentano i NEA, questi processi non avvengono e l’origine di satelliti è normalmente un fenomeno dovuto a perturbazioni esterne o meccanismi tipici degli oggetti inferiori al chilometro.
Essi, ad esempio, subiscono effetti non gravitazionali dovuti alla radiazione solare che viene riflessa in “ritardo” e che causa sia movimenti orbitali su tempi scala piuttosto lunghi, sia possibili variazioni significative del momento angolare. Anche se non siamo nel caso delle figure di equilibrio gravitazionali, una rotazione veloce può espellere parti esterne del frammento creando mini-satelliti.
Vi è poi un altro processo, che io personalmente “preferisco”, che dipende dai passaggi ravvicinati ai pianeti. Basta pensare a quello che è successo alla cometa Shoemaker-Levy 9 quando si è avvicinata troppo a Giove. Le forze mareali l’hanno praticamente sgretolata… Qualcosa di analogo può capitare a un NEA, sicuramente più resistente di un cometa, ma non abbastanza per non perdere qualche pezzo per strada.
Il problema, quindi, non è tanto creare un piccolo sistema doppio o triplo, ma riuscire a mantenerlo passando indenne tra le forze preponderanti dei pianeti e i loro effetti dinamici. In realtà, le orbite che descrivono i piccoli frammenti dei frammenti sono tutto fuorchè circolari e regolari. Sono spesso molto eccentriche e il piano di rotazione non segue la rotazione dell’oggetto maggiore. Lo stesso meccanismo di Kozai (che abbiamo già trattato) può causare variazioni significative dei parametri orbitali, ma basta anche un passaggio ravvicinato successivo o il prolungarsi di effetti non gravitazionali o il fatto stesso che questi oggetti hanno rotazioni attorno al proprio asse del tutto instabili e variabili.
Il fatto che in queste condizioni critiche non sia facile mantenere a lungo un satellite non ha grande importanza, dato che gli stessi oggetti hanno una vita media molto corta, generalmente di pochi milioni di anni. Poi finiranno sicuramente contro al Sole o contro un pianeta o saranno cacciati dal Sistema Solare. Vere e proprie “meteore” che assomigliano a palline impazzite in un “flipper”.
Vi sono solo due tecniche capaci di scoprire un asteroide binario così piccolo: la curva di luce che dovrebbe mostrare cadute di luce non riconducibili alla normale rotazione di un singolo oggetto (come in QUESTO caso) e la tecnica radar. Nel primo caso bisogna avere un po’ di fortuna, dato che la curva di luce di un oggetto che non ruota attorno a un asse fisso, ma si comporta come una trottola impazzita, rende difficile separare effetti legati a una continua variazione quasi casuale della sua forma apparente, dagli effetti dovuti a un sasso che gli passa davanti producendo una piccola eclissi. Ogni tanto, però, ci si riesce…
La seconda tecnica è decisamente più sicura. Una tecnica veramente geniale, messa a punto da un grande amico e collega, Steve Ostro, scomparso troppo prematuramente. Riuscendo a ottenere tempo ai radiotelescopi di Arecibo e di Goldstone (non senza fatica!) riuscì a dimostrare quanto fosse utile ed efficiente.
Il succo è abbastanza semplice (a livello qualitativo). Si spara un fascio di onde radio o microonde verso l’asteroide e si aspetta che arrivi il segnale di ritorno. Una tecnica tipica dei radar, insomma. L’asteroide è allungato e le onde che toccano le parti più lontane impiegheranno più tempo a tornare indietro. Inviando un segnale continuo o impulsi frequentissimi, è possibile ricostruire la forma dell’oggetto che viene investito dal fascio “sparato” da terra. Inoltre, l’oggetto ruota attorno al proprio asse e quindi alcune parti del corpo celeste si stanno allontanando da noi e altre si avvicinano. In poche parole l’effetto doppler causa una variazione della frequenza di ritorno. Questa variazione unita con il ritardo dovuto alla distanza dà anche informazioni sull’inclinazione dell’asse di rotazione.
Attraverso un formulario piuttosto complesso si risale alla rotazione, alla forma e, appunto, all’angolo di aspetto (ne abbiamo appena parlato). Tutto ciò è facilmente rappresentabile con immagini “visive” (un po’ come si è fatto per Venere). Inoltre, viene anche determinata con estrema accuratezza la posizione dell’asteroide, decisamente migliore di quella deducibile con immagini classiche.
Le osservazioni radar sono essenziali per stabilire la vera orbita di un oggetto a rischio di impatto. Quando i media ci facevano vivere momenti di ansia per la possibile caduta di Apophis, si aspettavano con trepidazione le osservazioni radar per potere ridurre quasi a zero le incertezze orbitali e scongiurare del tutto l’impatto, con grande delusione dei media catastrofistici. La tecnica radar riesce a dare anche informazioni sulla composizione degli oggetti osservati e sulla morfologia fine.
Purtroppo, la tecnica radar può essere usata solo per oggetti molto vicini, in quanto il segnale si deteriora velocemente, diminuendo con la quarta potenza della distanza.
Osservando i crateri da impatto sui vari satelliti del sistema Solare, ma anche sulla Luna e sulla stessa Terra, si notano impatti “doppi” o tripli. Potrebbero proprio essere segni di asteroidi binari o multipli originari e non dovuti a una separazione avvenuta all’ultimo momento nell’attraversamento dell’atmosfera. Celebre è la coppia di laghi Clearwater (25 e 35 km di diametro), nel Canada, di cui diamo un’immagine.
QUI la storia di come è stata teorizzata l'esistenza di asteroidi doppi, molti anni prima che venissero confermati da osservazioni dirette
13 commenti
Enzo e se passando ci scarica addosso il solo satellite? 70metri un po' di danno lo fanno. E se qualche altro il figlioletto ce l'ha di 150 metri e ce lo vuole lasciare un attimino a noi?
Concordo con Mario...
Qualche passaggio ravvicinato di asteroidi multipli potrebbe facilmente strappare alla debole gravità dell'oggetto il suo satellite e attirarlo a noi...
Potrebbe essere successo la stessa cosa per il "sasso" che un paio di anni fa si è "schiantato" in Russia? Uno o due giorni prima abbiamo assistito al passaggio di ben due asteroidi (uno entro i 35000 km). Non è possibile che in passaggi precedenti si sia causata una separazione dei vari componenti tale da far "dilatare" il campo dell'oggetto?
Attenzione ragazzi...
il satellite gira attorno al papà, ma gira anche attorno al Sole come il genitore! E quindi, per strapparlo, bisogna strapparlo proprio dall'orbita eliocentrica e non è cosa facile per niente! Al limite può essere tolto dall'orbita di satellite, ma continuerebbe a rivolvere secondo un'orbita quasi uguale a quella di prima...
Almeno cascassero in testa a chi dico io.....
di gente ... meritevole ce n'è tanta eh ......
Enzo, è quello che dicevo con "dilatare" il campo dell'oggetto...
Per semplificare, invece di un proiettile, si avrebbe una raffica...
Il segmento dell'orbita dell'asteroide che interseca l'orbita planetaria occuperebbe anche decine di migliaia di km, aumentando non poco il rischio di collisioni...
no, le cose non vanno proprio così... Se in un passaggio precedente le orbite si sono solo leggermente mutate, il tempo successivo di passaggio cambierebbe di molto per ciascun singolo oggetto. Insomma, non viaggerebbero sempre in gruppo, ma ognuno per conto suo. Il fatto è che di oggetti di pochi metri ne passano ogni giorno moltissimi a distanze ravvicinate, ma non tutti riescono a essere osservati... Non è una semplice dilatazione della rosa di pallini... Bisognerebbe studiare l'evoluzione dinamica successiva dei singoli corpi, dato che basta un niente per cambiare drasticamente la distanza di un passaggio.
Esatto, Enzo...
Forse sono io che non riesco a spiegarmi...
Non parlavo di "rosa di pallini", ma di un treno (anche molto allungato) di sassi.
Se il primo interseca l'orbita di un pianeta all'istante t a alla distanza x, il secondo pezzo che segue la incrocerà all'istante t1 a alla distanza x1 (che varierà poichè nel frattempo anche il pianeta si è mosso dalla posizione che aveva all'istante t).
Se poi sono più frammenti che seguono a distanza anche di molte ore, se il primo incrocio precede il pianeta (avviene in un punto dell'orbita in cui il pianeta transiterà a breve), la possibilità che un frammento del treno colpisca il pianeta è maggiore che se fosse un corpo unico o un asteroide multiplo...
Tu dici:
"Se poi sono più frammenti che seguono a distanza anche di molte ore, se il primo incrocio precede il pianeta (avviene in un punto dell'orbita in cui il pianeta transiterà a breve), la possibilità che un frammento del treno colpisca il pianeta è maggiore che se fosse un corpo unico o un asteroide multiplo..."
Questo sarebbe vero solo se ci fosse un fascio spazialmente omogeneo di frammenti come i detriti di una cometa. Ma qui abbiamo corpi singoli che seguono orbite diverse e che non hanno nessun legame con l'orbita della Terra. Ci sarebbe la stessa probabilità che, proprio perché separato dal papà, il satellite possa passare ancora più lontano. Terra e orbita dell'asteroide possono essere anche con un certo angolo tra di loro: se il primo passa abbastanza vicino, il secondo può passare sia più vicino che più lontano, come qualsiasi altro oggetto vagante. E, inoltre, qui non si parla di poche ore, ma anche di molti giorni... Se pensi che per modificare l'orbita di un asteroide a rischio di impatto basterebbe spostarlo di pochi centimetri... e dare tempo al tempo...
Ben diversa sarebbe la faccenda se il satellite si staccasse mentre l'asteroide sta cadendo verso la Terra e la mancasse di pochissimo. Proprio per questo non conviene distruggere un oggetto in rotta di collisione, dato che si creerebbero molti frammenti con una probabilità maggiore di impattarci (proprio come i pallini di una rosa di fucile)
mettiamola in un modo ancora più semplice: l'ellisse di "probabilità" in cui si troverebbe il satellite nel passaggio successivo (pericoloso... quindi dopo moltissime orbite) è talmente grande che al suo interno ci starebbero molti asteroidi a rischio, del tutto casuali. La probabilità non cambia...
Visto che parlate di oggetti che si frantumano (immagino siano escluse alcune ... questioni ... umane di ambito strettamente maschile!
) , ne approfitto per infilare qui un argomento che non c'entra nulla ma che non sapevo dove inserire.
Allora, seguendo questioni energetiche, mi sono chiesto perchè mai s'ignora regolarmente l'energia cinetica di rotazione (di rotazione, non di rivoluzione!) e l'energia potenziale di un oggetto ... diciamo ... sferico di densità costante. Attenzione, non sto parlando di un sistema a più corpi che si attraggono, ma di un solo corpo fermo che ruota intorno ad un suo asse diametrale. Avrà anch'esso diritto alle sue energie, o no? In questo caso l'energia potenziale rappresenta l'energia che bisogna spendere per smembrarlo portando i "frammenti" a distanza infinita l'uno dall'altro.
Per fissare le idee, abbiamo che l'energia potenziale vale (credo sia però un'approssimazione):
Ep = G*M*M/R
con M massa dell'oggetto ed R raggio dell'oggetto.
L'energia cinetica di rotazione dovrebbe essere:
Ec = 0,5*I*ω^2
con I momento d'inerzia della sfera piena ed ω velocità angolare del corpo rigido.
Ebbene, ho calcolato i due valori in tre casi:
SOLE: Ep/Ec = 1,2*10^42 / 1,14*10^36 (l'ho considerato un corpo rigido anche se non lo è) = 1*10^6.
TERRA: Ep/Ec = 1,1*10^33 / 2,4*10^29 = 0,5*10^4
PULSAR: Ep/Ec = 5*10^46 / 2*10^45 = 25.
La pulsar in questione è la PSR J1748-2446ad, una pulsar velocissima alla quale ho imposto ... d'autorità una massa pari a quella del Sole.
Insomma, se il Sole e la Terra hanno rapporti energetici molto elevati e quindi non rischiano davvero di andare in frantumi , per la pulsar vale ... identica conclusione, visto che il rapporto vale ben 25, però ...
Scusa Enzone, è solo uno dei miei divertimenti serali, spero solo di non aver scritto boiate.
Si, Enzo
E' ovvio che più passa il tempo e più le orbite diventano confuse (e credo che più sono piccoli gli oggetti e più risentano delle "ingerenze" di corpi maggiori come i pianeti), quello che mi sembrava strano era la presenza di tre oggetti nel giro di un paio di giorni, tutti in orbite che intersecavano l'ellittica e addirittura uno (il più piccolo, 20 o 30m) che entrava in atmosfera e (forse) giungeva fino al suolo.
Quanto al fatto di un oggetto che si trasformi in una "rosa di pallini" prima di impattare, correggimi se sbaglio, sebbene l'energia totale sia la stessa (la quantità di moto totale non cambia), penso che sia più pericoloso un blocco unico di 100 m, piuttosto di un insieme di "sassolini" di 10/20 m distribuiti in un volume 100 volte più grande... Certo, sarebbe comunque una catastrofe, l'atmosfera subirebbe sicuramente un grave colpo, ma credo che l'impatto con il suolo sarebbe meno consistente e più sostenibile per un ecosistema. Certo che se dobbiamo far fede sugli innumerevoli film che hanno fatto sull'argomento, cadrebbe sicuramente su New York! :-)
caro Alvy,
hai affrontato il problema della rotazione limite... se ne parla spesso, se ne parla... stai tranquillo e gli asteroidi ne sono un perfetto banco di prova proprio perché possono mangiare momento angolare esterno in qualsiasi momento (basta poco per renderlo critico).
caro Celterman,
ogni giorno passano oggetti così piccoli vicinissimi alla Terra. Solo che quando ne passa uno un po' più grande si fa subito riferimento anche a quelli più piccoli. Ma è la situazione normale, se pensi che ce ne sono centinaia di migliaia di pochi metri e forse anche di più...
Che hanno la loro dose di pericolo e sfuggono...