Dalla fascia degli asteroidi alla Terra: un viaggio entusiasmante

L’origine della fascia degli asteroidi è ormai quasi sicuramente associata alla mancata nascita di un pianeta di circa una massa terrestre situato tra Marte e Giove. L’accrescimento dei “planetesimi” (i piccoli aggregati di polvere che unendosi tra loro avrebbero poi formato corpi sempre più grandi fino a diventare pianeti) era iniziato come in tutte le altre regioni di formazione planetaria, ma sfortunatamente la vicinanza con Giove, già molto più avanti nella sua fase di “costruzione”, bloccò il processo che si sarebbe dovuto compiere. Non direttamente, ma attraverso le perturbazioni dinamiche dei moltissimi planetesimi (a volte grandi come la stessa Terra), che già si erano formati nella sua zona e che avrebbero in seguito contribuito ad aumentare la massa del gigante gassoso.

Questi corpi celesti “scorazzavano” attraverso la zona del futuro pianeta “asteroidale” e disturbavano gravitazionalmente, cambiandone le orbite, i piccoli oggetti che si stavano unendo tra loro. Per avere accrescimento è necessario che la velocità relativa, all’atto dell’urto, sia non più alta di qualche metro al secondo. Il “disturbo”, causato dai planetesimi gioviani, trasformava le orbite da quasi circolari ad ellittiche ed inclinate. In questo modo aumentava di molto la velocità di incontro che raggiungeva facilmente il valore di qualche chilometro al secondo: l’accrescimento non era più possibile. Urti a tale velocità erano distruttivi e non costruttivi, per cui mandavano in fumo tutto il lavoro fatto fino a quel momento. Solo pochi oggetti che avevano già raggiunto qualche centinaio di chilometri di diametro si salvarono da una completa frammentazione.

La maggior parte della massa del mancato pianeta asteroidale venne anche cancellata o espulsa dinamicamente, sia perché i proto-asteroidi cadevano sul Sole sia perché venivano inseriti in orbite iperboliche che li portavano al di fuori del Sistema Solare. Tutto ciò che rimase alla fine era solo un millesimo di quanto presente all’origine. La riprova di questo scenario evolutivo è data dallo stesso Marte. Benché più lontano da Giove, è stato anch’esso disturbato nella sua formazione ed è quindi rimasto ben più piccolo delle sue originali possibilità, che dovevano portarlo ad una massa pari a quella terrestre.

Tuttavia, la fascia degli asteroidi, quello che rimane di questo dramma $planetario$, non si è mai fermata nella sua evoluzione, sia fisica che dinamica. Nei loro 4,5 miliardi di anni di vita praticamente tutti gli oggetti si sono scontrati tra loro, dando luogo a diversi prodotti finali. Questa esistenza abbastanza violenta prende il nome di evoluzione collisionale e continua tuttora. A volte i frammenti prodottisi negli urti si sono rimessi assieme per effetto della reciproca gravitazione ed hanno formato un oggetto composto essenzialmente da un mucchio di detriti legati tra loro solo dall’autogravitazione (un tipo di oggetto che in gergo inglese si chiama “pile of rubbles”). Interessante è notare che benché ipotizzati dagli astronomi solo all’inizio degli anni ’80, il grande disegnatore di Paperino, Carl Barks, ne aveva già intuito l’esistenza in un racconto del 1960, apparso col titolo “Paperino e gli asteroidi”, di cui potete vedere un paio di vignette della versione originale.

Sopra: Le due vignette illustrano l’esplorazione di un asteroide da parte di Paperino su “invito” del ricchissimo zio Paperone, che sta cercando nello spazio un luogo sicuro dove mettere il suo enorme deposito di dollari. Paperino vuole “tastare” la gravità dell’asteroide, ma con sua grande sorpresa lo attraversa letteralmente, esclamando “non sono nemmeno incollati assieme!” La storia risale al 1960 e precede di circa vent’anni la scoperta delle “pile of rubbles”(ammasso di detriti) da parte degli astronomi.

Altre volte l’urto era così violento che i frammenti “scappavano” dal $campo$ gravitazionale e si immettevano in orbite singole attorno al Sole ad una distanza “spaziale” relativamente piccola rispetto a quella del corpo originale andato distrutto. Questi di pezzi di asteroidi formavano “gruppi” numerosi con orbite estremamente simili, che ancora oggi si riescono molto bene a localizzare nella fascia principale. Essi prendono il nome di famiglie asteroidali e, come vedremo, sono una delle origini principali dei NEA (NEAR Earth Asteroids), ossia di quelli a rischio d’impatto con la Terra. Va notato che questi gruppi non formano insiemi di frammenti realmente “vicini” nello spazio, in quanto soltanto il semiasse, l’eccentricità e l’inclinazione sono rimasti pressoché invariati nel tempo. Gli altri elementi orbitali (quelli angolari) si sono ormai distribuiti a caso e quindi una famiglia va intesa come una “ciambella” piuttosto stretta attorno al Sole, al cui interno si trovano le orbite dei suoi membri (vedi la figura per una migliore comprensione).

Sopra: L’evoluzione temporale di una famiglia asteroidale. All’inizio i frammenti sono realmente vicini tra loro, ma col tempo le orbite “girano” angolarmente per effetto della precessione e si distribuiscono dentro una “ciambella” attorno al Sole, in tempi relativamente molto brevi. Tuttavia il semiasse maggiore e l’eccentricità (ed anche l’inclinazione) rimangono costanti e permettono l’individuazione del gruppo.

Gli urti che hanno causato la formazione di una famiglia non potevano però mandare troppo lontano i frammenti, ossia non potevano certo trasportarli direttamente dalla fascia asteroidale alla zona dei pianeti interni (Marte, Terra, Venere e Mercurio). Ricordiamoci che cambiare significativamente l’energia orbitale non è facile! Era necessario un aiuto, essenzialmente di pura dinamica. Se consideriamo per semplicità il Sistema Solare formato soltanto dal Sole e da Giove (vi assicuro che non è una grande approssimazione) un terzo oggetto (ad esempio un asteroide) si può posizionare un po’ ovunque nella fascia principale, tranne che in alcune zone “proibite”, che coincidono con le risonanze di moto medio.