APOPHIS (MN4): CHE FARE?
di Donald B. Gennery
[email protected] 7 agosto 2005
1. Introduzione
In un recente studio [1] e lettera [2], Rusty Schweickart ha fornito alcune raccomandazioni su come affrontare la minaccia di un possibile impatto nel 2036 ed ha sollecitato ulteriori analisi in merito. Questo è il mio contributo. Sono graditi commenti.
Ciò che propongo, in primo luogo, è che la deflessione per impatto con una sonda è in questo caso fattibile. Una missione del genere potrebbe essere condotta piuttosto rapidamente e ad un costo ragionevole.
L'asteroide in esame, designato temporaneamente con la sigla 2004 MN4, ha ora ricevuto il numero 99942 ed il nome Apophis. (Apophis era il nome greco del dio egizio Apep, "il distruttore").
2. Quadro di riferimento
Apophis passerà molto vicino alla Terra (circa 37 000 km) il 13 aprile 2029. La deflessione della sua traiettoria per effetto della gravità terrestre, in quel momento, aumenterà enormemente l'incertezza sulla sua orbita, rendendo difficile predire una possibile futura collisione con la Terra. Vi sono diverse date che (come il 31 luglio) hanno una leggera possibilità di impatto. In particolare, il 13 aprile 2036 ha una probabilità di impatto pari a 0,00012, con minori probabilità per il 14 aprile 2035 e per il 13 aprile 2037 [3]. Poiché il diametro di Apophis è di 320 m, l'asteroide potrebbe avere effetti distruttivi su un'ampia area locale. Apophis effettuerà passaggi ravvicinati (a circa 0,1 Unità Astronomiche (AU)) nel 2013 e nel 2021, che consentiranno accurate misurazioni della sua orbita.
Proprio per questo, Schweickart ha chiesto immediata attenzione per cominciare al più presto a lavorare ad una missione verso Apophis che porrebbe un transponder radio sull'asteroide, in modo che la conoscenza della sua orbita possa essere migliorata abbastanza da prendere una decisione entro il 2014 se cominciare o meno il lavoro su una missione che defletta l'orbita di Apophis. Ha aggiunto che qualunque data successiva al 2014 per una missione di deflessione potrebbe non concedere tempo sufficiente prima del passaggio ravvicinato del 2029, dopo il quale la deflessione sarebbe molto più ardua, soprattutto per un possibile impatto che avverrebbe appena 7 anni dopo. Schweickart ha considerato la possibilità che 6 anni possano essere sufficienti per una missione di deflessione, ma ha ritenuto che, più realisticamente, una missione del genera possa richiedere anche 12 anni e che una missione con transponder necessiti di 7-8 anni.
Per decidere quanta deflessione sia necessaria, vi sono tre parametri da considerare. Uno è la larghezza della "cruna dell'ago" (tecnicamente: keyhole) attraverso la quale il centro di massa di Apophis dovrebbe passare nel 2029 per colpire la Terra nel 2036. Secondo Schweickart, questa è di appena 641 m. Pertanto, per spostarlo fuori da quel punto sarebbe sufficiente uno spostamento pari alla metà: 320 m.
Un altro, ben più importante, componente è l'incertezza sull'orbita dovuta ad errori di misurazione. Al momento, l'estrapolazione per il 2029 presenta una deviazione standard (sigma) di 1 800 km. Usando una tolleranza di 5 sigma per sicurezza, questa richiederebbe una deflessione di 9 000 km. Tuttavia, questa grande incertezza è dovuta ai dati attualmente disponibili, raccolti in un breve periodo di tempo. Via via che ulteriori misurazioni saranno effettuate intorno al 2013 e al 2021 questo valore diminuirà di molto, probabilmente a molto meno di 100 km.
Il terzo parametro è dato dal fatto che l'orbita viene modificata in continuazione dall'effetto Yarkovsky, come ha sottolineato Schweickart nella sua lettera di luglio.
L'effetto Yarkovsky è quel fenomeno per il quale l'energia orbitale di un oggetto cambia a causa della forza non radiale, causata dal fatto che l'assorbimento e la reirradiazione di energia dal Sole hanno diverse direzioni, che dipendono dalla rotazione dell'oggetto. Questo causa un'accelerazione o decelerazione dell'oggetto lungo la sua orbita, a seconda che l'energia sia sottratta o aggiunta. Se la rotazione, la forma e le proprietà termiche dell'oggetto sono note, la direzione e la grandezza di tale effetto possono essere calcolate. Purtroppo, per ora queste sono in gran parte sconosciute per Apophis, così fare estrapolazioni dal presente al 2029 portebbe produrre un'incertezza su questo effetto di migliaia di km. Anche qui, le future misurazioni ridurranno l'incertezza; alcune possibilità sono menzionate nella Sezione 4.
3. Discussione generale
Io affermo che 6 anni sono più che sufficienti per una missione di deflessione (senza contare il tempo necessario per arrivare ad Apophis), poiché deflettere Apophis prima del 2029 è più semplice di quanto non ritenga Schweickart. Come egli afferma, l'amplificazione che si verificherebbe in quel momento a causa della gravità terrestre implica che sarebbe necessaria soltanto una piccola variazione di velocità. (I valori stimati sono riportati nella Sezione 4). Poiché sia il cambiamento di velocità di Apophis che la sua massa sono piccole, l'impulso necessario è così esiguo che la deflessione può essere ottenuta semplicemente colpendo l'asteroide con la sonda stessa, e una simile deflessione per impatto è il metodo di deflessione più semplice. Il rendezvous e l'aggancio all’asteroide cui Schweickart fa riferimento non sono necessari, e la reale deflessione avverrebbe in meno di un secondo, anziché dopo lunghe operazioni su Apophis.
Se si può ottenere una deflessione con il metodo dell'impatto, sono necessari solo pochi anni di preparazione. Il progetto Deep Impact [4] ha richiesto meno di 6 anni. (La NASA decise di realizzare la missione il 7 luglio 1999, i lavori cominciarono il 1 novembre 1999, il lancio è avvenuto il 12 gennaio 2005 e l'impatto il 4 luglio 2005).
Deep Impact è stata una missione leggermente più complessa di quanto lo sarebbe una di pura deflessione, poiché la prima prevedeva sia un impactor sia un veicolo di flyby per le osservazioni. (Naturalmente, un veicolo di flyby sarebbe anche qui desiderabile, per obiettivi scientifici e di verifica, ma potrebbe essere lanciato separatamente, se ritenuto preferibile). Il suo obiettivo era più grande, ma lo era anche la sua velocità di avvicinamento, perciò le difficoltà di guida non sono così differenti. Inoltre, l'esperienza maturata con Deep Impact, e forse anche una buona parte della sua struttura, potrebbero essere riutilizzate. Pertanto, la missione di deflessione, dal momento dell'approvazione a quello del lancio, potrebbe probabilmente essere condotta in meno dei 5 anni e mezzo di Deep Impact. Un progetto urgente potrebbe richiedere ancora meno tempo, ma a costi più elevati.
Si dice a volte che, se l'impatto non avviene al centro dell'oggetto, il metodo di deflessione non è molto efficace, poiché il risultato principale è quello di indurre rotazione nell'asteroide, anziché cambiarne la traiettoria. In realtà è falso. Il momento è conservato, così qualunque energia che andasse nella rotazione non sarebbe sottratta all'energia che andrebbe nella traslazione, ma piuttosto sottratta all'energia cinetica dei frammenti espulsi e del calore, che è poi dove in gran parte va a finire l'energia. Un impatto decentrato riduce la deflessione solo in tre situazioni:
quando si verifica una reliance del guadagno prodotto dall'energia cinetica che proietta materiale all'esterno, cui non farò qui riferimento;
quando l'impatto è così vicino al bordo dell'oggetto che semplicemente ne stacca soltanto un frammento, lasciando praticamente indisturbata la parte principale dell'oggetto o quando l'impactor sfiora l'asteroide e rimbalza senza quasi cambiare direzione;
oppure quando il vettore velocità relativa di avvicinamento non è allineato con il vettore velocità orbitale dell'asteroide, nel qual caso un impatto molto fuori dal centro, che causi un significativo momento di materiale espluso dovuto all'energia cinetica dell'impatto, potrebbe far sì che l'impulso sia applicato nella direzione sbagliata.
Uno dei problemi che si verificano con un qualunque metodo di deflessione istantanea è dato dalla dispersione dell'oggetto. Se non si riuscisse a minimizzare a sufficienza tale pericolo, il metodo dell'impatto andrebbe scartato. Questo problema e le vie per affrontarlo sono esposti nella Sezione 5.
4. Scenari di deflessione
Per dimostrare che deflettere Apophis tramite un impatto è un metodo praticabile, presento di seguito i risultati dei miei calcoli per una serie di situazioni. Vi sono molte possibilità, a seconda di quali misurazioni possano essere effettuate in particolari momenti. Considererò qui i due scenari principali, che appaiono i più ragionevoli. In tali scenari, ho assunto determinati valori per l'incertezza sull'orbita, che ho derivato da alcune approssimazioni delle informazioni esposte da Schweickart e da altri riferimenti [5, 6], che in gran parte ritengo possano essere ottenute senza l'ausilio di un transponder [posto sulla superficie dell'asteroide]. I valori presentati dovrebbero essere controllati da chi abbia maggior familiarità con gli aspetti specifici.
Se si dovesse scoprire che i miei valori sono troppo elevati, il compito sarebbe perfino più semplice di quanto io abbia stimato; si potrebbe pertanto usare un veicolo di lancio meno costoso. Se invece i valori corretti corrispondessero al doppio delle mie stime, occorrerebbe lanciare più di un veicolo – anziché il singolo cui faccio riferimento – e si avrebbe un leggero incremento dei costi totali. Se, infine, i valori finali fossero molto più elevati di quelli qui proposti, una missione preliminare per posizionare un transponder si rivelerebbe necessaria per ridurre l'incertezza, o forse la deflessione per impatto potrebbe risultare del tutto impraticabile. Penso, tuttavia, che quest'ultima ipotesi sia assai improbabile.
In ciò che segue, assumo diversi valori conservativi. Per calcolare l'ammontare della deflessione, ho usato solo il momento del veicolo d'impatto, non considerando il momento della materia espulsa dall'energia cinetica dell'impatto. (In alcuni casi, quest’effetto può incrementare il momento di un fattore molto alto, ma potrebbe anche essere piccolo, nel caso l'asteroide fosse una rubble pile [un cumulo di frammenti non coesi tenuti insieme soltanto dalla gravità, ndt], come ha fatto notare Holsapple [7]). Ho assunto che la traiettoria del veicolo verso Apophis, dopo essere sfuggita all'attrazione terrestre, sia una singola orbita kepleriana senza manovre intermedie, a parte piccole correzioni. Per tali traiettorie, ho usato date di lancio e di intercettazione piuttosto efficienti, ma non ho compiuto ricerche approfondite per individuare le date ottimali. Ho assunto inoltre che il veicolo spaziale si distacchi dall'ultimo stadio del veicolo di lancio: se vi rimanesse agganciato, la massa lanciata sull'asteroide sarebbe maggiore, ma controllare questa combinazione per effettuare correzioni di traiettoria potrebbe risultare difficile. Si potrebbe sviluppare un sistema integrato, ma richiederebbe più tempo e maggiori fondi. Ho infine ipotizzato l'uso degli attuali veicoli di lancio. Senza dubbio, nei prossimi anni la performance dei razzi incrementerà. Comunque, questo guadagno potrebbe essere limitato dal fatto che nei miei calcoli ho usato un valore stimato della massa di Apophis, mentre la massa effettiva potrebbe essere maggiore (o, naturalmente, anche inferiore).
Nello Scenario 1, assumo che per il 2014 si conosca la rotazione di Apohis, tramite misurazioni da Terra o con una missione preliminare, in modo da stimare approssimativamente l'effetto Yarkovsky, considerando le diverse possibili proprietà della superficie degli asteroidi, pur senza conoscere quelle particolari di Apophis. Assumerò pertanto che l'incertezza totale della posizone di Apophis durante l'avvicinamento alla Terra nel 2029, stimata nel 2014 – comprendendo sia la parte sconosciuta dell'effetto Yarkovsky sia gli errori di misurazione – sia di 150 km per parte rispetto a una posizione nominale. Questa (a rigore, bisogna aggiugngervi i 320 m di raggio del keyhole, trascurabili rispetto alle altre quantità) è l'entità massima che può richiedere la deflessione della traiettoria, se il keyhole è posto esattamente nella regione di incertezza. Assumo inoltre che, nel 2014, la probabilità stimata di un impatto nel 2036 sia sufficientemente elevata da giustificare l'inizio del lavoro a una missione di deflessione, da lanciare intorno al passaggio ravvicinato del 2020-2021.
Nello Scenario 2, assumo invece che la rotazione di Apophis sia ancora sconosciuta nel 2014, ma che le misurazioni radar e ottiche della sua orbita, condotte nella metà del 2021, abbiano ridotto di molto l'incertezza su come l'asteroide sia perturbato dall'effetto Yarkovsky. Tale possibilità deriva dal fatto che i passaggi ravvicinati del 2005, 2013 e 2021 forniranno tre punti accuratamente determinati che permetteranno di determinare l'accelerazione in longitudine di Apophis, anche se non se ne conoscano affatto le proprietà della superficie o la rotazione. In conseguenza di ciò, assumo che l'incertezza totale della posizione di Apophis durante il passaggio del 2029, stimata nel 2021, sia di 50 km. Assumo inoltre che il lavoro preliminare di una missione di deflessione inizi dopo il 2014, e che nel 2021 le probabilità di impatto per il 2036 siano alte abbastanza da far completare entro il 2023 il progetto di lancio.
Aggiungo inoltre lo Scenario 3, che è forse una possibilità ottimistica di ciò che un trasponder posizionato sull'asteroide alcuni anni prima del 2020 potrebbe permettere. Tratto la questione nella Sezione 5, come modo per ridurre il rischio di dispersione.
Per ciascuno scenario propongo due casi (A e B), a seconda che desideriamo aggiungere o sottrarre energia orbitale per spostare Apophis dal keyhole. Tali casi fanno uso di traiettorie diverse per la sonda, poiche' nel metodo di deflessione per impatto bisogna colpire l'asteroide nella direzione approssimativa verso la quale vogliamo defletterlo.
La tabella seguente riassume i risultati dei miei calcoli per gli scenari sopra esposti. Nello Scenario 1, i casi A e B hanno date di lancio diverse. Nello Scenario 2, i due casi hanno le stesse date di lancio, ma le direzioni di lancio sono diverse, con 3 oppure 6 rivoluzioni della sonda intorno al Sole durante il viaggio. Le quantità presentate in tabella sono definite come segue: DeltaX è il massimo shift richiesto nella traiettoria di avvicinamento alla Terra nel 2029, determinata dalle ipotesi presentate; Vinf è l'eccesso di velocità iperbolica dopo l'uscita dalla Terra; Vapp è la velocità di approccio relativa ad Apophis; Vpar è la componente di Vapp parallela al vettore velocità orbitale di Apophis; DeltaV è la variazione di velocità di Apophis necessaria per produrre il risultato, basata su una massa di 46 milioni di tonnellate [3]. Per calcolare DeltaV, ho usato l'approssimazione che, per una data orbita e punto di approccio con la Terra, conta soltanto la variazione nella velocità orbitale ed il tempo intercorso tra la deflessione in DeltaV e il DeltaX all'approccio. (Tale assunto è strettamente vero solo per un intervallo di tempo infinito, ma è ragionevolmente accurato con alcune rivoluzioni di anticipo). Ho considerato come il punto nell’orbita nel quale si verifica la deflessione influisca sull’energia orbitale.
Sce- DeltaX Data Data Vinf Vapp Vpar DeltaV Massa
nario km lancio incontro km/s km/s km/s kg
1A 150 Sept. 1, Jan. 1, 4.73 3.53 +3.02 0.242 3690
2020 2021
1B 150 Mar. 15, May 20, 5.40 3.51 -3.05 0.220 3320
2021 2021
2A 57 Apr. 13, July 10, 5.17 4.78 +4.07 0.407 4600
2023 2027
2B 43 Apr. 13, July 10, 5.34 3.30 -2.96 0.307 4770
2023 2027
3A 10 Apr. 14, Jan. 15, 5.62 0.595 +0.583 0.0203 1600
2020 2023
3B 10 Apr. 13, Dec. 1, 5.43 0.407 -0.360 0.0291 3720
2022 2024
La ragione per usare valori diversi di DeltaX nei due casi dello Scenario 2 è di bilanciare meglio il compito tra i due casi, in modo che sia necessario soltanto un veicolo di lancio, come descritto di seguito. Se si desidera deflettere sempre nella direzione più breve, si può evitare l’uso di valori differenti aggiungendo, in alcuni casi, un altro veicolo di lancio con un razzo più piccolo. Ad ogni modo, i veicoli di lancio saranno migliorati probabilmente nel corso dei prossimi 18 anni, al punto da non rendere più necessari approcci del genere.
Se si aggiunge un 10% di propellente in più per correzioni di rotta, la tabella sopra riportata mostra che per lo Scenario 1 avremo bisogno di lanciare 4100 kg a 4,73 km/s oppure 3700 kg a 5,40 km/s. Entrambe le situazioni sono alla portata dell’Atlas V 551, che può lanciare carichi di 4300 kg o di 3800 kg per i due valori di Vinf [8]. Tuttavia, potremmo desiderare di cambiare idea poco prima della data di lancio circa la modalità di deflessione, nel caso si raccolgano nuovi dati in tempo per rifinire l’orbita in misura significativa. Pertanto, potremmo fissare la massa in anticipo e scegliere di essere in grado di lanciare 4100 kg a 5,40 km/s. Ciò sarebbe al di là delle possibilità dell’Atlas V 551, ma il Delta IV Heavy è in grado di lanciare un payload di 5300 kg con Vinf=5,40 km/s [8]. (Una volta avvenuto il lancio, la direzione della deflessione per impatto non può essere mofificata. Comunque, la deflessione può essere annullata inviando alla sonda una sequenza di comandi che le faccia mancare l’asteroide).
Per lo Scenario 2 rappresentato nella tabella, il caso più difficile da lanciare (B) ha una massa di circa 5200 kg (compreso il propellente per correzioni di rotta) con Vinf=5,34 km/s. Tale massa è compatibile con il payload del Delta IV Heavy per quella velocità (5300 kg) ed è il motivo per il quale i due casi nella tabella sono stati suddivisi in quel modo. (Il Delta IV Heavy ha la massima capacità di carico per traiettorie di fuga rispetto a qualunque altro veicolo di lancio esistente).
Il costo del Delta IV Heavy è di circa 160 milioni di dollari, mentre il costo dell’Atlas V 551 è probabilmente di circa 120 milioni di dollari. Il costo del progetto Deep Impact è stato di circa 30 milioni di dollari, che comprendono il veicolo di lancio Delta II 7925, del costo di cira 60 milioni di dollari. Ciò lascerebbe 270 milioni di dollari per i costi di sviluppo. Per via della somiglianza con la missione Deep Impact, si potrebbe probabilmente sviluppare lo Scenario 1 ad un costo inferiore, pertanto aggiungendovi il costo dell’Atlas V 551 si avrebbe un totale inferiore a 390 milioni di dollari. Il che si trova nelle possibilità del costo che Schweickart ha stimato per la missione di posizionamento del transponder. Usare un Delta IV Heavy al posto dell’Atlas V 551 porterebbe il costo a poco più di 400 milioni di dollari. Poiché lo Scenario 2 fa uso di un Delta IV Heavy e potrebbe permettere un progetto a sviluppo rapido (se non si riuscisse a completare molto entro il 2021) il costo potrebbe crescere forse fino a circa 600 milioni di dollari.
Se non si facesse nulla fino al 2029, e quindi si scoprisse che Apophis impatterà con la Terra nel 2036 o in uno degli anni immediatamente vicini, defletterlo diventerebbe impresa molto più ardua. Il DeltaV necessario sarebbe troppo elevato per utilizzare la deflessione per impatto, e il tempo disponibile probabilmente non sarebbe sufficiente per la preparazione ed esecuzione di uno dei metodi di deflessione graduale, a meno che non vi sia un consistente progresso tecnologico. Ho calcolato che potrebbe essere efficace la deflessione tramite una o più esplosioni nucleari, in base ai dati presentati in passato sulle esplosioni sotterranee [9] ed esplosioni standoff [10]. Comunque, vi sono diverse difficoltà tecniche in campo, relative alla massa di Apophis, al breve tempo a disposizione, all’incertezza su quali saranno le capacità di simili interventi nel 2029. Tutti fattori che rendono la fattibilità del metodo nucleare piuttosto scarsa, per non parlare dei problemi politici che porrebbe. La deflessione prima del 2029 sarebbe di gran lunga preferibile.
5. Il pericolo della dispersione e come fronteggiarlo
L’energia cinetica degli impatti usati nello Scenario 1 è di 2,30e10 J e 2,05e10 J per i due casi. Per lo Scenario 2 è di 5,26e10J oppure 2,60e10 J. Basandosi sulla massa dell’asteroide, stimata in 4,6e10 kg e un diametro di 320 m, l’energia gravitazionale di Apophis è di 5,3e8 J. Perciò, l’energia cinetica degli impatti negli Scenari 1 e 2 varia da 39 a 99 volte l’energia gravitazionale, e una dispersione dell’oggetto, in linea di principio, è possibile. Tuttavia, la velocità di fuga di Apophis sarebbe di 0,20 m/s, ossia 490 volte la massima velocità di deflessione usata nei diversi scenari. Con un rapporto così elevato, si presentano due effetti.
Innanzitutto, l’elevato valore della velocità di fuga relativo alla velocità di deflessione indica che, se l’asteroide si disperde, i frammenti si spargeranno in gran parte intorno al loro centro di massa, che è deflessa della stessa quantità sia che la dispesione avvenga, sia che non si verifichi. (Simili considerazioni sono state discusse in dettaglio per il problema generale [10]). Così, soltanto una frazione minima dei frammenti colpirebbe la Terra nell’anno-obiettivo (ad esempio il 2036). Comunque, mentre i frammenti passeranno la Terra nel 2029 (prima che siano ulteriormente dispersi dalla gravità terrestre), questa ne sarebbe colpita da una frazione ben più grande. E’ quindi importante che la dispersione non avvenga.
In secondo luogo, l’elevato rapporto tra velocità di fuga e velocità di deflessione rende molto improbabile la dispersione. Se ne ha conferma con l’aiuto di documentazione [11, 12] che indica che in un simile caso non vi sarebbe abbastanza energia negli impatti per rompere un monolito in più pezzi, e una rubble pile assorbirebbe l’energia in modo così efficiente che non si distribuirebbe fino a causare una dispersione su larga scala.
Certamente, alcuni pezzi sarebbero eiettati localmente nel punto di impatto, ma probabilmente avrebbero una velocità sufficiente per mancare la Terra e sarebbero talmente piccoli che l’atmosfera riuscirebbe a proteggerci in ogni caso. Nel caso vi fosse preoccupazione per una possibile dispersione, per quanto piccola, vi sono comunque alcuni passi che si potrebbero intraprendere per ridurre ulteriormente il pericolo.
Se si posiziona un transponder su Apophis, l’incertezza nella sua orbita, così come estrapolata nel 2029, sarebbe ridotta, e ciò potrebbe ridurre l’ammontare della deflessione richiesta, comparata a quella degli Scenari 1 e 2, che ridurrebbe l’energia di ciascun impatto. Un’altra possibilità è di usare diversi veicoli anziché uno solo, ciascuno in grado di produrre un impatto più piccolo. Si potrebbero impiegare anche traiettorie diverse anziché quelle della tabella, che permetterebbero velocità inferiori per ciascun impatto. (Poiché il momento è proporzionale alla velocità mentre l’energia è proporzionale al quadrato della velocità, si può ridurre l’energia di ciascun impatto del quadrato del numero di veicoli, mantenendo costante l’impulso totale. Come sottoprodotto, tale metodo renderebbe più agevole condurre il veicolo verso l’impatto).
Lo Scenario 3 nella tabella sopra riportata mostra come un lancio nel 2020 o 2022, a seconda di quale via vogliamo seguire per la deflessione, potrebbe arrivare quasi 3 anni più tardi con una velocità relativa di approccio più bassa. Se un transponder potrebbe ridurre l’incertezza totale a sufficienza in modo che DeltaX=10 km, una massa di 1600 kg o di 3720 kg avrebbe un momento sufficiente per completare l’operazione. Sarebbe poi necessario un singolo lancio con Delta IV Heavy (per il caso A, sarebbe sufficiente un Delta IV Medium+ (5,4)), e l’energia di impatto di 2.8e8 J o 3.1e8 J sarebbe inferiore all’energia gravitazionale, in modo da rendere impossibile la dispersione totale.
Nello Scenario 3 è improbabile che l’incertezza del 2022 sia inferiore a quella del 2020. Tuttavia, potremmo non essere in grado di approfittare del tutto della circostanza, poiché nuovi dati potrebbero spostare il centro dell’ellisse di errore dall’altra parte del keyhole così che, nel caso B, dovremmo deflettere nella direzione più lunga. Pertanto, si impiega qui lo stesso valore di Delta X per entrambi i casi dello Scenario 3.
Consideriamo ora un caso estremo dell’ultima situazione dello Scenario 3B. Nella sfortunata evenienza in cui l’ellisse di errore fosse decentrata nella direzione mutata di 2 o 3 deviazioni standard, si presenterebbe una situazione interessante, in qualche modo simile a quello che Schweickart ha chiamato “Il vero dilemma della deflessione” [13], anche se in quel caso egli era preoccupato soprattutto dalla piccola ellisse di errore che si sarebbe mossa lentamente sulla Terra, mentre qui abbiamo il problema di una grande ellisse di errore che improvvisamente scavalca (ci auguriamo) la Terra per intero. La stessa situazione si verificherebbe in ciascun caso dello Scenario 3 se, durante i quasi 3 anni di volo, nuovi dati dal transponder spostassero la ridotta ellisse di errore dall’altra parte del keyhole. In tal caso, potrebbe sorgere un dibattito se procedere con la deflessione o annullarla.
Che le contromisure sopra esposte, per ridurre uno spostamento brusco di Apophis lungo la sua orbita vengano prese oppure no, è possibile estendere l'impatto nello spazio e nel tempo semplicemente facendo esplodere il poco prima che colpisca l'asteroide. Il quale sarà colpito dai detriti del veicolo, ma essendo sparsi su un'area considerevole della superficie anziché concentrati in un singolo punto rende la dispersione meno probabile. Inoltre, poiché l'impatto avverrà in un arco di tempo piuttosto lungo, applicherà una spinta più morbida all'asteroide, anziché creare un'onda d'urto su di esso. Per esempio, distribuire i frammenti su una superficie di circa 200 m consentirebbe ancora al veicolo di colpire quasi integralmente i 320 m di diametro di Apophis, se la guida sarà sufficientemente accurata. Alla massima velocità di avvicinamento negli Scenari 1 e 2 (4,78 km/s), l'impatto di una nube di detriti ampia 200 m impatterebbe nel corso di 42 millesimi di secondo. Se la velocità del suono nel materiale fosse di 2 000 m/s, la nube viaggerebbe per 84 m nello stesso periodo, ovvero il 26% del diametro di Apophis. Dimensionando il veicolo e la carica esplosiva in modo opportuno, dovrebbe essere possibile distribuire la nube molto più nella direzione di approccio piuttosto che trasversalmente, così da incrementare ulteriormente il tempo e rendere la spinta ancora meno brusca. (A meno che non stiamo usando diversi veicoli molto piccoli, gran parte del materiale sarà presente solo a fini di massa per l'impatto, perciò potrà essere composto da qualunque cosa possa essere dispersa con facilità: ad esempio, sabbia).
6. Missione con transponder
Come accennato, un transponder collocato sulla superficie di Apophis ridurrebbe l’incertezza orbitale che deriva dagli errori di misurazione e dall’effetto Yarkovsky. Con minor incertezza, sarebbe necessaria una deflessione meno pronunciata; così vi sarebbero meno rischi di una dispersione dell’asteroide. A seconda del grado di accuratezza raggiungibile senza transponder, poterne disporre potrebbe fare la differenza sulla praticabilità stessa di una deflessione per impatto. Vi è poi il fatto che un transponder potrebbe addirittura dimostrare la non necessità di una missione di deflessione. Sebbene una missione di deflessione potrebbe costare meno di una con transponder, sarebbe saggio evitare la deflessione se ne avessimo la possibilità, nel caso vi fosse anche solo un debole rischio che potrebbe causare la dispersione di Apophis.
Ad ogni modo, è difficile giustificare l’avvio di una missione con transponder in questo momento, su considerazioni puramente economiche. Schweickart stima che il valore economico del danno che causerebbe un impatto nel 2036 potrebbe aggirarsi intorno ai 400 miliardi di dollari. Se moltiplichiamo tale valore per 0,00015, che rappresenta l’attuale probabilità totale di impatto prima del 2046 [3], il risultato è 60 milioni di dollari: l’ammontare che sarebbe ragionevole spendere in questo momento per dissipare la minaccia. E’ poco probabile riuscire a realizzare una missione efficace verso Apophis con fondi così esigui. La stessa stima di Schweickart per una missione che ponga un transponder è di almeno 300 milioni di dollari. Future osservazioni di Apophis potranno far crescere o diminuire la probabilità di impatto con la Terra; è perciò meglio attendere, per avere un quadro più chiaro della situazione.
Bisognerebbe arrivare intorno a 0,001 per giustificare la spesa, basata sui dati dell’articolo di Schweickart. Stando alle sue informazioni, un valore simile non potrà essere ottenuto prima del 2012 o 2013, anche se un impatto dovesse effettivamente avere luogo, perciò quegli anni potrebbero rappresentare la data minima alla quale sarebbe pienamente giustificato un impegno verso una missione del genere.
Allo stesso tempo, sarebbe meglio stare tranquilli: se non si fa nulla fino al 2013 e poi si scopre che occorre per forza agire, si potrebbe porre un transponder sulla superficie di Apophis soltanto verso il 2020-2021: troppo tardi perché possa fornire i dati necessari. Una missione con transponder lanciata intorno al 2013 sarebbe invece molto utile.
Un ragionevole compromesso potrebbe essere quello di svolgere comunque il lavoro preliminare della missione con transponder, per meno della metà dei fondi necessari, entro il 2013. Poi, se la probabilità di un impatto con la Terra fosse sufficientemente elevata, il lavoro potrebbe proseguire – diciamo per 4 anni – fino a completare il progetto, con il lancio nel 2017 e l’arrivo nel 2018. A seconda dello scenario, si avrebbero così dai 2 ai 5 anni di dati da raccogliere prima del lancio di una missione di deflessione. Poiché il lavoro preliminare per la missione di deflessione potrebbe iniziare nel 2014, resterebbe ancora tempo sufficiente.
Oltre all’uso della missione con transponder sopra illustrata e ai suoi scopi scientifici generali, un uso diverso del transponder potrebbe verificare che sia stata effettivamente attuata la deflessione voluta. Pertanto, anche se si decidesse che non è giustificata una missione preliminare, potrebbe risultare nondimeno importante lanciare una missione con transponder nello stesso periodo del lancio della misssione di deflessione, o poco dopo. La spesa potrebbe essere giustificata perché, se a quell’epoca la probabilità di impatto fosse diventata così alta da giustificare una missione, con tutta probabilità sarebbe anche così elevata da giustificare il costo di due missioni.
7. Riepilogo
Se la probabilità di un impatto di Apophis con la Terra nel 2036, o negli anni immediatamente vicini, salisse intorno a 0,001, occorrerebbe prendere delle contromisure. Una deflessione successiva al passaggio molto ravvicinato con la Terra nel 2029, sebbene possibile in via di principio, è di difficile attuazione.
Se Apophis viene deflesso prima del 2029, l’entità della deflessione necessaria per prevenire un impatto con la Terra nel 2036 o negli anni immediatamente vicini è talmente ridotta da poter essere ottenuta con un semplice impatto con una sonda, ammesso che si riesca a determinare con sufficiente approssimazione l’effetto Yarkovsky. Qualora non fosse possibile determinare quest’ultimo valore con osservazioni condotte da Terra entro il 2014, forse vi riuscirebbe una missione con transponder lanciata poco dopo il 2014 oppure, ancora, potrebbero essere sufficienti osservazioni radar e ottiche di Apophis intorno al 2005, 2013 e 2021.
Una sonda che sia in grado di effettuare una deflessione per impatto potrebbe essere lanciata da un veicolo di lancio già esistente. Alcune date ragionevoli per il lancio sono negli anni 2020-2023. Il costo totale di una simile missione, compresi i costi di sviluppo del veicolo di lancio, potrebbero variare tra meno di 400 milioni di dollari e circa 600 milioni di dollari, a seconda dell’anticipo con cui le decisioni saranno prese, ipotizzando l’uso di un singolo veicolo di lancio. Il costo non è molto diverso da quello di una missione con transponder.
Il rischio che grossi frammenti di Apophis colpiscano la Terra a causa di una dispersione dell’asteroide causata dall’impatto di un veicolo spaziale è molto piccola, soprattutto se si farà uso di un transponder per ridurre l’incertezza orbitale e pertanto l’ammontare di deflessione necessario. Esistono diversi metodi per ridurre ulteriormente il rischio, incluso quello di colpire Apophis con diversi veicolo di massa inferiore o a velocità inferiori, al posto di uno solo, o quello di far esplodere il veicolo spaziale poco prima che colpisca Apophis.
Ulteriori analisi andrebbero condotte per risolvere alcune delle questioni qui sollevate, specialmente circa il grado di accuratezza che si potrà ottenere nei diversi periodi, e quanto potrebbe essere d’aiuto un transponder.
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http://www.aiaa.org/search, and the conference proceedings on CDROM containing all of the papers and the conference White Paper can be purchased by email at
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Fonte
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