English versionGli asteroidi NEO
I NEO sono una particolare classe di corpi minori del Sistema Solare, comprensiva sia degli asteroidi sia delle comete, che si avvicinano all'orbita della Terra. Hanno una distanza perieliaca inferiore a 1.3 UA ed una distanza afelica maggiore di 0.983 UA, ed hanno solitamente orbite più ellittiche ed inclinate rispetto agli oggetti della fascia principale.
Qualora si voglia porre l'attenzione solo sugli asteroidi, come faremo in questa trattazione, è necessario sostituire l'acronimo con NEA (Near-Earth Asteroids).
A loro volta i NEA sono suddivisi in tre sottoclassi, a seconda delle loro caratteristiche orbitali; i nomi delle classi si riferiscono al nome del primo asteroide ad esse appartenenti:
ATEN: a<1UA, Q>=0.983UA. La loro orbita è in buona parte interna a quella della terra;
Un esempio di orbita la si può trovare qui: (2062 Aten). Cortesia Minor Planet Center.
APOLLO: a>=1.0UA, q<=1.0167UA. La loro orbita interseca quella della Terra;
Un esempio di orbita la si può trovare qui: (1566 Icarus). Cortesia Minor Planet Center.
AMOR: 1.0167UA<q>=1.3UA. La loro orbita interseca quella di Marte e lambisce soltanto quella della Terra. Un esempio di orbita la si può trovare qui: (433 Eros). Cortesia Minor Planet Center.
Al 20 maggio 2008, su un totale di 5415 NEA, 462 appartengono alla classe degli Aten (8,5% ca), 2679 alla classe degli Apollo (49,5% ca) e 2274 alla classe degli Amor (42,0% ca).
Un ulteriore sottoclasse dei NEA prende in esame la "pericolosità" dell'avvicinamento con la Terra. Qualsiasi oggetto che presenta una minima distanza orbitale con il nostro pianeta (MOID - Minimum Orbital Intersection Distance) inferiore a 0.05 UA (circa 7,5 milioni di Km) ed una magnitudine assoluta H 22 (diametro superiore a 150m circa) viene denominato PHA (Potentially Hazardous Asteroid).
ORIGINE DEI NEO
Grazie alle migliorate conoscenze sulle dinamiche orbitali e sulle risonanze, è ora chiaro che l'origine dei NEO è da associarsi in larghissima misura a particolari zone della fascia principale, che tramite varie risonanze, riesce a fornire un continuo apporto di materiale alle zone interne del Sistema Solare, mantenendo così costante la popolazione (Morbidelli et al, 2002). Secondo il modello preso in esame (Morbidelli et al, 2002), dunque, si possono definire le seguenti "sorgenti" di origine dei NEO:
Risonanza secolare v6: 37%
Risonanza di moto medio 3:1: 23%
Asteroidi Mars-Crosser: 25%
Parte esterna della fascia principale: 8%
Comete a breve periodo: 6%
Dal modello si evince quindi che solo il 6% dei NEO si origina dalla fascia di Kuiper, situata oltre il pianeta Nettuno, e che nessun NEO trae origini da zone ancora più remote, sebbene un tempo si credeva che almeno l'1% dei NEO si originasse dalle estreme regioni del Sistema Solare. Si è sempre creduto, inoltre, che le attività collisionali di asteroidi all'interno della fascia principale erano in grado di rifornire continuamente le regioni dalle quali provengono i NEO. Tuttavia all'interno della popolazione dei NEO non si osserva quella ripida distribuzione in grandezza che il modello collisionale prevederebbe; per far fronte a ciò, è stato preso in considerazione l'effetto Yarkovsky, il quale riuscirebbe lentamente a modificare l'orbita di un asteroide della fascia principale in maniera tale da inserirlo nelle regioni di origine dei NEO.
STORIA
Il primo asteroide NEO fu scoperto fotograficamente da Carl Gustav Witt (Berlino) il 13 agosto 1898, e denominato Eros. Ora, come descritto in precedenza, sono conosciuti più di 5400 NEA (20 maggio 2008). Tuttavia è solo recentemente che si è stabilita la vera origine dei NEA. All'inizio degli anni '60, l'astronomo estone Ernst Opik dimostrò che gli asteroidi Mars-crosser, dei quali parleremo in seguito, non avevano una popolazione sufficiente affinchè la classe di NEA Apollo rimanesse in uno stato costante di numerosità. La scoperta di sciami meteorici associati a qualche oggetto di questa classe sembrò supportare la sua ipotesi.
Nel 1965 Edward Anders and James Arnold conclusero che effettivamente alcuni asteroidi Apollo potevano in realtà essere dei nuclei cometari estinti a causa dei frequenti passaggi vicino al Sole; ma gli altri (soltanto sei conosciuti all'epoca!) si erano originati dalla fascia principale ed erano diventati degli Earth-crosser a causa di continui passaggi ravvicinati con il pianeta Marte.
All'epoca tuttavia le conoscenze delle dinamiche risonanti e le capacità di calcolo erano molto limitate, per cui l'unica alternativa possibile al continuo supporto di materiale all'interno del Sistema Solare era dovuto alle collisioni tra asteroidi della fascia principale.
Bisogna attendere fino alla fine degli anni '70 affinchè si iniziasse a parlare in maniera più approfondita delle risonanze come fonte di origine principale dei NEA. Si scoprì infatti che gli oggetti vicini alla risonanza v6 hanno delle oscillazioni secolari di eccentricità con ampiezze anche di 0.25, sufficienti affinchè attraversino l'orbita di Marte. Anche la risonanza di moto medio 3:1 con Giove può provocare simili effetti, con oscillazioni irregolari delle eccentricità anche di 0.3, sufficienti in questo caso per far sì che l'oggetto possa non solo attraversare l'orbita di Marte, ma anche quelle della Terra e di Venere.
Grazie agli studi di Wetherill degli anni '80, le catastrofiche collisioni tra asteroidi della fascia principale sono divenute la causa del supporto di materiale nelle zone risonanti, le quali riuscirebbero a loro volta a mantenere costante la popolazione dei NEO.
Nel 1994, Farinella et al. dimostrarono che NEO con a<2.5 UA hanno una dinamica orbitale che potrebbe facilmente concludersi con una collisione con il Sole.
In base a tutte le conoscenze finora acquisite, David Rabinowitz (Yale Univ.) nel 1997 predisse l'esistenza di 875 NEO più grandi di 1 Km (H<=18), quest'ultimo valore ritenuto oggi il limite inferiore che un corpo deve avere affinchè possa provocare conseguenze su scala globale in caso di impatto con il nostro pianeta.
LE RISONANZE
In meccanica celeste, due corpi si dicono in risonanza quando in maniera reciproca si influenzano gravitazionalmente, spesso a causa di precisi rapporti dei loro periodi orbitali. Le risonanze nella maggior parte dei casi destabilizzano le orbite e le modificano fino all'annullamento della risonanza stessa, ma in qualche caso le possono rendere stabili, e la risonanza prosegue.
Nel primo caso, un esempio è costituito dalle lacune di Kirkwood all'interno della fascia principale (risonanza 4:1, 3:1 e 2:1, ad esempio) o dalle lacune all'interno degli anelli di Saturno, causate da risonanze con alcune lune del pianeta.
Nel secondo caso, invece, un esempio è costituito dai satelliti galileiani di Giove Io, Europa e Ganimede (in risonanza reciproca 1:2:4), dagli asteroidi troiani (risonanza 1:1 con Giove) e da quelli Plutini (risonanza 2:3 con Nettuno). Ci sono diversi tipi di risonanza, tra i quali possiamo ricordare:
RISONANZA DI MOTO MEDIO: si ha risonanza di moto medio quando due corpi hanno periodi di rivoluzione che si possono esprimere tramite frazioni di numeri interi semplici. Ci sono moltissimi esempi, alcuni dei quali sono già stati ricordati poco fa (lacune di Kirkwood, asteroidi troiani e plutini, ecc...). Tuttavia questa è una approssimazione, perchè affinchè una risonanza sia perfetta deve tenere in considerazione anche altri parametri, quali le precessioni e lo spostamento della linea dei nodi.
RISONANZA DI LAPLACE: si ha risonanza di Laplace (la quale fa parte delle risonanze di moto medio) quando tre o più corpi hanno periodi di rivoluzione esprimibili tramite frazioni intere continue. L'unico esempio è la risonanza 1:2:4 tra i primi tre satelliti galileiani di Giove Io, Europa e Ganimede (immagine).
In realtà, affinchè la relazione sia rispettata in pieno, occorre tenere conto anche della precessione del "perigiovo", il punto delle loro orbite più vicino a Giove.
RISONANZA SECOLARE: si ha risonanza secolare quando la precessione del perielio e/o del nodo ascendente di due corpi è sincronizzata. Un asteroide in risonanza secolare con un pianeta, ad esempio, muterà la propria precessione in uguale misura rispetto al pianeta stesso. Su tempi scala del milione di anni una risonanza secolare è in grado di cambiare l'eccentricità e l'inclinazione di un asteroide a tal punto da fargli incrociare l'orbita di un pianeta interno. L'esempio più eclatante è la risonanza secolare v6 di un asteroide con il pianeta Saturno, la quale risonanza aumenterà i parametri orbitali descritti sopra fino a farlo diventare un Mars-crosser. E' questa risonanza che crea il confine interno della fascia degli asteroidi a 2 UA.
RISONANZA DI KOZAI: si ha risonanza di Kozai quando l'eccentricità e l'inclinazione di un orbita oscillano in maniera sincrona (all'aumentare dell'eccentricità diminuisce l'inclinazione e viceversa). Questa risonanza è applicabile solo per orbite fortemente inclinate, le quali diventano poi instabili a causa della progressiva diminuzione del loro pericentro con il relativo pianeta.
Qualora si voglia porre l'attenzione solo sugli asteroidi, come faremo in questa trattazione, è necessario sostituire l'acronimo con NEA (Near-Earth Asteroids).
A loro volta i NEA sono suddivisi in tre sottoclassi, a seconda delle loro caratteristiche orbitali; i nomi delle classi si riferiscono al nome del primo asteroide ad esse appartenenti:
ATEN: a<1UA, Q>=0.983UA. La loro orbita è in buona parte interna a quella della terra;
Un esempio di orbita la si può trovare qui: (2062 Aten). Cortesia Minor Planet Center.
APOLLO: a>=1.0UA, q<=1.0167UA. La loro orbita interseca quella della Terra;
Un esempio di orbita la si può trovare qui: (1566 Icarus). Cortesia Minor Planet Center.
AMOR: 1.0167UA<q>=1.3UA. La loro orbita interseca quella di Marte e lambisce soltanto quella della Terra. Un esempio di orbita la si può trovare qui: (433 Eros). Cortesia Minor Planet Center.
Al 20 maggio 2008, su un totale di 5415 NEA, 462 appartengono alla classe degli Aten (8,5% ca), 2679 alla classe degli Apollo (49,5% ca) e 2274 alla classe degli Amor (42,0% ca).
Un ulteriore sottoclasse dei NEA prende in esame la "pericolosità" dell'avvicinamento con la Terra. Qualsiasi oggetto che presenta una minima distanza orbitale con il nostro pianeta (MOID - Minimum Orbital Intersection Distance) inferiore a 0.05 UA (circa 7,5 milioni di Km) ed una magnitudine assoluta H 22 (diametro superiore a 150m circa) viene denominato PHA (Potentially Hazardous Asteroid).
ORIGINE DEI NEO
Grazie alle migliorate conoscenze sulle dinamiche orbitali e sulle risonanze, è ora chiaro che l'origine dei NEO è da associarsi in larghissima misura a particolari zone della fascia principale, che tramite varie risonanze, riesce a fornire un continuo apporto di materiale alle zone interne del Sistema Solare, mantenendo così costante la popolazione (Morbidelli et al, 2002). Secondo il modello preso in esame (Morbidelli et al, 2002), dunque, si possono definire le seguenti "sorgenti" di origine dei NEO:
Risonanza secolare v6: 37%
Risonanza di moto medio 3:1: 23%
Asteroidi Mars-Crosser: 25%
Parte esterna della fascia principale: 8%
Comete a breve periodo: 6%
Dal modello si evince quindi che solo il 6% dei NEO si origina dalla fascia di Kuiper, situata oltre il pianeta Nettuno, e che nessun NEO trae origini da zone ancora più remote, sebbene un tempo si credeva che almeno l'1% dei NEO si originasse dalle estreme regioni del Sistema Solare. Si è sempre creduto, inoltre, che le attività collisionali di asteroidi all'interno della fascia principale erano in grado di rifornire continuamente le regioni dalle quali provengono i NEO. Tuttavia all'interno della popolazione dei NEO non si osserva quella ripida distribuzione in grandezza che il modello collisionale prevederebbe; per far fronte a ciò, è stato preso in considerazione l'effetto Yarkovsky, il quale riuscirebbe lentamente a modificare l'orbita di un asteroide della fascia principale in maniera tale da inserirlo nelle regioni di origine dei NEO.
STORIA
Il primo asteroide NEO fu scoperto fotograficamente da Carl Gustav Witt (Berlino) il 13 agosto 1898, e denominato Eros. Ora, come descritto in precedenza, sono conosciuti più di 5400 NEA (20 maggio 2008). Tuttavia è solo recentemente che si è stabilita la vera origine dei NEA. All'inizio degli anni '60, l'astronomo estone Ernst Opik dimostrò che gli asteroidi Mars-crosser, dei quali parleremo in seguito, non avevano una popolazione sufficiente affinchè la classe di NEA Apollo rimanesse in uno stato costante di numerosità. La scoperta di sciami meteorici associati a qualche oggetto di questa classe sembrò supportare la sua ipotesi.
Nel 1965 Edward Anders and James Arnold conclusero che effettivamente alcuni asteroidi Apollo potevano in realtà essere dei nuclei cometari estinti a causa dei frequenti passaggi vicino al Sole; ma gli altri (soltanto sei conosciuti all'epoca!) si erano originati dalla fascia principale ed erano diventati degli Earth-crosser a causa di continui passaggi ravvicinati con il pianeta Marte.
All'epoca tuttavia le conoscenze delle dinamiche risonanti e le capacità di calcolo erano molto limitate, per cui l'unica alternativa possibile al continuo supporto di materiale all'interno del Sistema Solare era dovuto alle collisioni tra asteroidi della fascia principale.
Bisogna attendere fino alla fine degli anni '70 affinchè si iniziasse a parlare in maniera più approfondita delle risonanze come fonte di origine principale dei NEA. Si scoprì infatti che gli oggetti vicini alla risonanza v6 hanno delle oscillazioni secolari di eccentricità con ampiezze anche di 0.25, sufficienti affinchè attraversino l'orbita di Marte. Anche la risonanza di moto medio 3:1 con Giove può provocare simili effetti, con oscillazioni irregolari delle eccentricità anche di 0.3, sufficienti in questo caso per far sì che l'oggetto possa non solo attraversare l'orbita di Marte, ma anche quelle della Terra e di Venere.
Grazie agli studi di Wetherill degli anni '80, le catastrofiche collisioni tra asteroidi della fascia principale sono divenute la causa del supporto di materiale nelle zone risonanti, le quali riuscirebbero a loro volta a mantenere costante la popolazione dei NEO.
Nel 1994, Farinella et al. dimostrarono che NEO con a<2.5 UA hanno una dinamica orbitale che potrebbe facilmente concludersi con una collisione con il Sole.
In base a tutte le conoscenze finora acquisite, David Rabinowitz (Yale Univ.) nel 1997 predisse l'esistenza di 875 NEO più grandi di 1 Km (H<=18), quest'ultimo valore ritenuto oggi il limite inferiore che un corpo deve avere affinchè possa provocare conseguenze su scala globale in caso di impatto con il nostro pianeta.
LE RISONANZE
In meccanica celeste, due corpi si dicono in risonanza quando in maniera reciproca si influenzano gravitazionalmente, spesso a causa di precisi rapporti dei loro periodi orbitali. Le risonanze nella maggior parte dei casi destabilizzano le orbite e le modificano fino all'annullamento della risonanza stessa, ma in qualche caso le possono rendere stabili, e la risonanza prosegue.
Nel primo caso, un esempio è costituito dalle lacune di Kirkwood all'interno della fascia principale (risonanza 4:1, 3:1 e 2:1, ad esempio) o dalle lacune all'interno degli anelli di Saturno, causate da risonanze con alcune lune del pianeta.
Nel secondo caso, invece, un esempio è costituito dai satelliti galileiani di Giove Io, Europa e Ganimede (in risonanza reciproca 1:2:4), dagli asteroidi troiani (risonanza 1:1 con Giove) e da quelli Plutini (risonanza 2:3 con Nettuno). Ci sono diversi tipi di risonanza, tra i quali possiamo ricordare:
RISONANZA DI MOTO MEDIO: si ha risonanza di moto medio quando due corpi hanno periodi di rivoluzione che si possono esprimere tramite frazioni di numeri interi semplici. Ci sono moltissimi esempi, alcuni dei quali sono già stati ricordati poco fa (lacune di Kirkwood, asteroidi troiani e plutini, ecc...). Tuttavia questa è una approssimazione, perchè affinchè una risonanza sia perfetta deve tenere in considerazione anche altri parametri, quali le precessioni e lo spostamento della linea dei nodi.
RISONANZA DI LAPLACE: si ha risonanza di Laplace (la quale fa parte delle risonanze di moto medio) quando tre o più corpi hanno periodi di rivoluzione esprimibili tramite frazioni intere continue. L'unico esempio è la risonanza 1:2:4 tra i primi tre satelliti galileiani di Giove Io, Europa e Ganimede (immagine).
In realtà, affinchè la relazione sia rispettata in pieno, occorre tenere conto anche della precessione del "perigiovo", il punto delle loro orbite più vicino a Giove.
RISONANZA SECOLARE: si ha risonanza secolare quando la precessione del perielio e/o del nodo ascendente di due corpi è sincronizzata. Un asteroide in risonanza secolare con un pianeta, ad esempio, muterà la propria precessione in uguale misura rispetto al pianeta stesso. Su tempi scala del milione di anni una risonanza secolare è in grado di cambiare l'eccentricità e l'inclinazione di un asteroide a tal punto da fargli incrociare l'orbita di un pianeta interno. L'esempio più eclatante è la risonanza secolare v6 di un asteroide con il pianeta Saturno, la quale risonanza aumenterà i parametri orbitali descritti sopra fino a farlo diventare un Mars-crosser. E' questa risonanza che crea il confine interno della fascia degli asteroidi a 2 UA.
RISONANZA DI KOZAI: si ha risonanza di Kozai quando l'eccentricità e l'inclinazione di un orbita oscillano in maniera sincrona (all'aumentare dell'eccentricità diminuisce l'inclinazione e viceversa). Questa risonanza è applicabile solo per orbite fortemente inclinate, le quali diventano poi instabili a causa della progressiva diminuzione del loro pericentro con il relativo pianeta.
