L’impacte de la primera missió de prova de defensa planetària va alterar l’òrbita de l’asteroide al voltant del seu company Didymos i va provocar la formació d’un cràter. Investigadors de l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia i de l’Institut de Ciències de l’Espai, tots dos del CSIC, han participat a les primeres anàlisis de la missió de la NASA.
El 27 de setembre del 2022, la missió DART (acrònim en anglès de Prova de Redireccionament d’Asteroide Doble) de la NASA va impactar contra el seu objectiu, l’asteroide Dimorphos, i va canviar la seva òrbita. Es tractava de la primera missió de prova de defensa planetària dissenyada per canviar el curs d’un asteroide i el seu èxit va ser seguit per l’anàlisi intensiva de la col·lisió, que inclou l’estudi de les tones de roca que van ser desplaçades i llençades a l’espai. Els resultats d’aquestes anàlisis es publiquen avui a quatre articles a Nature, que han comptat amb la participació d’investigadors de l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA-CSIC) i de l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC).
La missió DART buscava demostrar la utilitat del mètode d’impacte cinètic per desviar asteroides potencialment perillosos sense fer servir càrregues explosives. El seu objectiu, situat a 11 milions de quilòmetres de la Terra, era el satèl·lit Dimorphos, d’uns 160 metres de diàmetre, que orbita al voltant de l’asteroide Didymos (de 780 metres de diàmetre) i forma un sistema binari. L’impacte de la nau, que viatjava a uns sis quilòmetres per segon, va desviar l’òrbita de Dimorphos i va escurçar el període de translació respecte a Didymos en més de mitja hora, cosa que va constituir un èxit del projecte.
“No obstant, quedaven molts altres aspectes per estudiar, en particular, la caracterització del material ejectat després de la col·lisió”, assenyala Fernando Moreno, investigador de l’IAA-CSIC que participa en un dels articles. Així, des del mateix moment de l’impacte i fins a diversos mesos després, el telescopi espacial Hubble (HST) ha pres imatges d’aquest material i n’ha caracteritzat l’evolució. L’investigador del CSIC aclareix: “Encara que una part del material consisteix en partícules expulsades a alta velocitat, a centenars de metres per segon, i que desapareix del camp de visió de les càmeres ràpidament, hem pogut observar la component de baixa velocitat”.
En aquest treball es presenta un estudi fonamentalment morfològic de l’evolució d’aquest material, que ha permès determinar la interacció complexa entre el sistema d’asteroides i la pols sota l’acció de la pressió de radiació produïda per la llum solar.
“En excavar DART el cràter d’impacte, l’estructura superficial i del subsòl de l’asteroide juguen un paper. Són llançades grans roques però, en bona mesura, hem vist que moltes han estat debilitades pel processat espacial a la superfície de l’asteroide i, per tant, van ser preferentment esmicolades per l’impacte i immediatament llançades a l’espai en direcció oposada al projectil com a partícules de mida centimètrica fins a micromètrica, quedant llavors sotmeses a la pressió de radiació de la pròpia llum del Sol”, apunta Josep Maria Trigo, investigador de l’ICE-CSIC a Barcelona i coautor també del treball.
“Aquesta pressió de radiació allunya les partícules micromètriques a distàncies de milers de quilòmetres en un parell de dies, mentre que les partícules més grans, expulsades a velocitats properes a la velocitat d’escapament del sistema (d’uns quaranta centímetres per segon) mostren moviments espirals al voltant del sistema i una complicada evolució amb el pas dels dies. Veiem, per exemple, l’aparició d’una cua doble, que podria estar relacionada amb el reimpacte d’una porció de les partícules més grans emeses o boulders sobre la superfície de Didymos, o bé amb la desintegració d’aquests boulders a causa d’una alta velocitat de rotació o per efecte de col·lisions mútues”, indica Moreno.
L’activació d’asteroides constitueix un fenomen que passa de manera natural al sistema solar i que produeix l’augment de brillantor de l’objecte i el desplegament d’una cua de pols similar a la dels estels. L’experiment DART ajudarà a caracteritzar els asteroides actius naturals en què les col·lisions amb altres asteroides actuen com a mecanisme d’activació.
Gran eficiència en desviar asteroides
D’altra banda, Trigo, membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’ICE-CSIC, ha estudiat i interpretat les imatges de Dimorphos obtingudes per la càmera Draco a bord de DART i també des de la sonda italiana LICIACube, així com els efectes produïts a l’entorn del sistema binari d’alguns dels telescopis més grans a Terra i a l’espai abans i després de l’impacte. L’especialització de l’equip de l’ICE-CSIC en els meteorits condrítics que componen aquests asteroides ha permès millorar la interpretació dels processos ocorreguts. L’investigador del CSIC també ha contribuït a quantificar el factor d’impuls produït pel xoc de DART, l’anomenat factor beta, i ha participat en tres dels quatre articles publicats per Nature.
Mitjançant aquestes imatges hem constatat els efectes causats per l’impacte de DART. Durant diverses setmanes, les mesures de període de revolució de Dimorf es van veure entorpides per l’enorme quantitat de pols emesa des del cràter deixat per DART. No podem oblidar que Dimorphos està enormement fracturat per colossals impactes i sembla tenir una fràgil estructura de pila de runes, de manera que la densitat i porositat del material són factors clau a l’hora de quantificar el factor beta”, destaca Trigo.
Els científics han comprovat que una sonda com a DART, basada en la tècnica coneguda com a impactador cinètic per desviar asteroides, té un gran potencial per ser efectiva. “La humanitat ara té un pla en cas de descobrir un asteroide en una ruta directa de col·lisió amb la Terra. De fet, podríem dir que DART ha començat una nova era de defensa planetària activa davant del perill d’impacte per asteroides”, conclou.
Les observacions de la missió DART produiran més resultats ben aviat. “Caracteritzarem el material ejectat amb l’aplicació de codis dinàmics de Monte Carlo, que permeten estudiar l’evolució dinàmica de les partícules i construir imatges sintètiques, que revelen alhora les propietats de la pols: distribució de mides, velocitats i massa total ejectada. Això és molt important de cara a la determinació de l’anomenat factor beta sobre l’eficiència de la transmissió del moment lineal a la col·lisió, a banda del coneixement que transmet sobre els processos de col·lisió naturals al cinturó d’asteroides”, precisa Fernando Moreno.
“Aviat guanyarem en la comprensió de l’estructura, la composició i la porositat dels dos asteroides gràcies a l’arribada a aquest sistema binari de la missió Hera de l’Agència Europea de l’Espai (ESA) que permetrà aprofundir encara més en l’origen dinàmic i l’evolució col·lisional d’aquests cossos, representatius dels que podrien posar en perill la vida a la Terra”, assenyala Trigo.
El Laboratori de Física Aplicada (APL) de la John Hopkins University (EUA) va construir i operar la nau espacial DART i administra la missió DART per a l’Oficina de Coordinació de Defensa Planetària de la NASA com a projecte de l’Oficina del Programa de Missions Planetàries de l’agència dels Estats Units. LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids per les sigles en anglès) és una missió de l’Agència Espacial Italiana (ASI) que forma part de la missió DART duta a terme per Argotec.
Les propietats del cràter generat a la superfície de Dimorphos, així com l’evolució de la dinàmica del sistema, seran estudiades per la missió Hera de l’Agència Espacial Europea (ESA), que serà llançada el 2024 i que començarà l’estudi del sistema el 2026 .
Cheng A., et al. Momentum Transfer from the DART Mission Kinetic Impact on Asteroid Dimorphos, Nature.
Daly T., et al. Successful Kinetic Impact into an Asteroid for Planetary Defense. Nature.
Li J.-Y., et al. Ejecta from the DART-produced active asteroid Dimorphos. Nature.
Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) / Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) / CSIC Comunicación
El 27 de setembre de 2022, DART va impactar a l’asteroide Dimorphos. / DART / NASA