Non è così semplice come sembrava: i detriti della missione DART complicano la difesa della Terra

Nel settembre 2022, quando la sonda spaziale DART della NASA si è schiantata contro Dimorphos , la piccola luna dell'asteroide Didymos, non solo ha modificato la sua orbita come previsto, ma ha anche innescato una massiccia frana con una quantità di moto più di tre volte superiore a quella della sonda stessa.

Ciò significa che, sebbene quella missione sia riuscita a dimostrare che l'energia cinetica di impattatori come DART può effettivamente alterare la traiettoria di un asteroide, le rocce espulse dall'impatto stesso sono anche in grado di creare forze in direzioni inaspettate che potrebbero complicare notevolmente i tentativi di deviazione. In altre parole, la deviazione di un asteroide per impatto cinetico come forma di difesa planetaria si è rivelata un compito molto più complesso del previsto.

La scoperta, effettuata da un team di astronomi guidato dall'Università del Maryland, è stata appena pubblicata sulla rivista Planetary Science Journal.

"Siamo riusciti a deviare un asteroide, spostandolo fuori dalla sua orbita", afferma Tony Farnham, autore principale dello studio. "Ma la nostra ricerca dimostra che, mentre l'impatto diretto della sonda DART ha causato questo cambiamento, le rocce espulse hanno dato all'asteroide una spinta aggiuntiva almeno altrettanto potente. Un fattore che modifica la fisica e che deve essere considerato nella pianificazione di questo tipo di missioni."

Il 26 settembre 2022, la sonda spaziale DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA ha eseguito una manovra senza precedenti: si è schiantata deliberatamente contro Dimorphos, il piccolo satellite in orbita attorno all'asteroide Didymos. L'obiettivo principale della missione era dimostrare la fattibilità della tecnica dell'"impatto cinetico" per la deviazione degli asteroidi. La collisione, a oltre 22.000 chilometri orari, è stata un successo clamoroso: l'orbita di Dimorphos attorno a Didymos è stata accorciata di 32 minuti, superando di gran lunga la soglia di successo predefinita di 73 secondi. L'umanità aveva dimostrato, per la prima volta, di essere in grado di alterare la traiettoria di un corpo celeste.

Tuttavia, ciò che Farnham e il suo team hanno appena scoperto è che una parte significativa di quel cambiamento orbitale non è derivato dall'impatto diretto del veicolo spaziale, ma dal "ritorno di fiamma" dei materiali espulsi dalla collisione, che ha fornito una spinta extra, una "spinta cosmica" quasi pari a quella dell'impatto stesso con DART . Il materiale espulso, in effetti, ha agito come una sorta di propellente "extra", spingendo l'asteroide con una forza considerevole nella direzione opposta a quella dell'espulsione.

Ma come sono riusciti gli scienziati a svelare questo complesso fenomeno? La chiave sta nel piccolo ma fondamentale compagno di viaggio di DART: LICIACube. Questo minuscolo CubeSat, sviluppato dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), si è separato da DART 15 giorni prima dell'impatto e si è posizionato strategicamente nella posizione migliore per osservare lo spettacolo. Così, da una distanza di 56,7 chilometri e appena 165 secondi dopo la collisione, LICIACube ha iniziato a inviare sulla Terra una serie di immagini senza precedenti dell'immenso pennacchio di materiale eiettato che si stava eruttando dal sito dell'impatto.

Grazie a queste immagini, il team di astronomi è stato in grado di tracciare il movimento di 104 massi, con raggi compresi tra 0,2 e 3,6 metri, mentre si allontanavano da Dimorphos a velocità fino a 52 metri al secondo (circa 187 chilometri all'ora). Analizzando queste traiettorie in tre dimensioni, Farnham e i suoi colleghi hanno fatto una scoperta sorprendente: i massi non erano sparsi casualmente. Piuttosto, si raggruppavano in due gruppi distinti, con una notevole assenza di materiale in altre aree. "Abbiamo visto che i massi non erano sparsi casualmente nello spazio", spiega Farnham. "Invece, si raggruppavano in due gruppi ben distinti, con una mancanza di materiale altrove, il che significa che lì era in gioco qualcosa di sconosciuto."

L'ammasso di detriti più grande, che comprendeva circa il 70% degli oggetti misurati, è stato espulso verso sud ad alta velocità e con angoli di inclinazione ridotti rispetto alla superficie dell'asteroide. Gli scienziati ipotizzano che questi massi provengano probabilmente da fonti specifiche, forse massi più grandi su Dimorphos che sono stati frantumati dai pannelli solari di DART poco prima che il corpo principale del veicolo impattasse sulla superficie. Jessica Sunshine, coautrice dello studio, suggerisce che i pannelli solari di DART potrebbero aver colpito due grandi massi sull'asteroide, soprannominati Atabaque e Bodhran, e che l'ammasso di materiale espulso verso sud sarebbe composto da frammenti di Atabaque, una roccia con raggio di 3,3 metri.

Sunshine, che è stato anche vice ricercatore principale della missione Deep Impact della NASA del 2005 sulla cometa Tempel 1, ha confrontato i risultati di quella missione con quelli di DART.

"Deep Impact", spiega il ricercatore, "ha colpito una superficie composta essenzialmente da particelle molto piccole e uniformi, quindi la sua espulsione è stata relativamente fluida e continua. Ma qui vediamo che DART ha colpito una superficie rocciosa disseminata di grossi massi, dando origine a strutture caotiche e filamentose nei suoi schemi di espulsione".

Questa differenza fondamentale – una superficie composta da particelle fini rispetto a una superficie rocciosa e ciottolosa – è fondamentale per comprendere come i diversi tipi di corpi celesti reagiscono agli impatti. È come confrontare un proiettile che colpisce un sacco di sabbia con un proiettile che colpisce un muro di mattoni: l'impatto e la dispersione del materiale sono completamente diversi. Queste informazioni, afferma Sunshine, "sono vitali per garantire il successo di una futura missione di difesa planetaria".

La quantità di moto (la quantità di movimento) dei massi espulsi dall'impatto del DART era principalmente perpendicolare alla traiettoria della sonda. Ciò significa che, oltre ad alterare l'orbita di Dimorphos, avrebbe potuto inclinarne il piano orbitale fino a un grado, causando potenzialmente un'oscillazione irregolare dell'asteroide nello spazio. Inutile dire che, per una missione il cui obiettivo è una deviazione precisa, qualsiasi oscillazione imprevista potrebbe essere un fattore critico.

Il lavoro di questo team per comprendere l'impatto dei detriti sarà fondamentale per la missione Hera dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), il cui arrivo al sistema Didymos-Dimorphos è previsto per il 2026. Hera, che insieme a DART fa parte della collaborazione AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), ha gli obiettivi principali di studiare in dettaglio il sistema binario Didymos dopo l'impatto del 2022, valutarne le proprietà interne e misurare con precisione l'esito della collisione con DART. La missione Hera dispiegherà i propri CubeSat, Milani e Juventas, per raccogliere dati spettrali della superficie e studiare il sottosuolo e le strutture interne dell'asteroide.

In breve, lo studio dell'Università del Maryland sottolinea l'importanza di considerare tutte le variabili nella pianificazione di future missioni di deviazione degli asteroidi. Non è sufficiente prevedere l'impatto principale; è essenziale comprendere la fisica dell'espulsione, le dimensioni e la composizione del materiale espulso e come questo possa influenzare la traiettoria e la rotazione dell'asteroide.

"Se un asteroide si dirigesse verso di noi", conclude Sunshine, "e sapessimo di doverlo spostare di una certa distanza per evitare che colpisca la Terra, allora tutte queste sottigliezze diventerebbero estremamente importanti. Si potrebbe pensare a una partita a biliardo cosmico. Potremmo mancare il bersaglio se non consideriamo tutte le variabili."