L'intera storia dell'esistenza umana è un piccolo punto debole nella storia di 4,5 miliardi di anni del nostro sistema solare. Nessuno era in giro per vedere i pianeti formarsi e subire cambiamenti drammatici prima di stabilirsi nella loro configurazione attuale. Per capire cosa è venuto prima di noi, prima della vita sulla Terra e prima della Terra stessa, gli scienziati hanno bisogno di cercare indizi su quel misterioso passato remoto.

Questi indizi arrivano sotto forma di asteroidi, comete e altri piccoli oggetti. Come detective che setacciano le prove forensi, gli scienziati esaminano attentamente questi piccoli corpi per ottenere informazioni sulle nostre origini. Raccontano di un tempo in cui innumerevoli meteore e asteroidi piovvero sui pianeti, bruciato al sole, sparati oltre l'orbita di Nettuno o si sono scontrati l'uno con l'altro e si sono frantumati in corpi più piccoli. da lontano, comete ghiacciate all'asteroide che pose fine al regno dei dinosauri, ogni roccia spaziale contiene indizi su eventi epici che hanno modellato il sistema solare come lo conosciamo oggi, inclusa la vita sulla Terra.

Le missioni della NASA per studiare questi "non pianeti" ci aiutano a capire come si sono formati i pianeti, inclusa la Terra, individuare i pericoli dagli oggetti in arrivo e pensare al futuro dell'esplorazione. Hanno giocato un ruolo chiave nella storia del nostro sistema solare, e riflettere su come continua a cambiare oggi.

"Potrebbero non avere vulcani giganti, oceani globali o tempeste di polvere, ma i piccoli mondi potrebbero rispondere alle grandi domande che abbiamo sulle origini del nostro sistema solare, " ha detto Lori Glaze, direttore ad interim per la Divisione di Scienze Planetarie presso la sede della NASA a Washington.

La NASA ha una lunga storia di esplorazione di piccoli corpi, a cominciare dal sorvolo dell'asteroide Gaspra da parte di Galileo nel 1991. La prima navicella spaziale in orbita attorno a un asteroide, Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) Shoemaker, è anche atterrato con successo sull'asteroide Eros nel 2000 e ha effettuato misurazioni che originariamente non erano state pianificate. La missione Deep Impact ha guidato una sonda nella cometa Tempel 1 nel 2005 e ha spinto gli scienziati a ripensare dove si sono formate le comete. Gli sforzi più recenti si sono basati su quei successi e continueranno a insegnarci di più sul nostro sistema solare. Ecco una panoramica di ciò che possiamo imparare:

Elementi costitutivi dei pianeti

Il nostro sistema solare come lo conosciamo oggi è formato da granelli di polvere, minuscole particelle di roccia, metallo e ghiaccio, che vorticano in un disco attorno al nostro Sole neonato. La maggior parte del materiale di questo disco è caduto nella stella appena nata, ma alcuni pezzi hanno evitato quel destino e sono rimasti uniti, crescendo in asteroidi, comete e persino pianeti. Un sacco di avanzi di quel processo sono sopravvissuti fino ad oggi. La crescita di pianeti da oggetti più piccoli è un pezzo della nostra storia che asteroidi e comete possono aiutarci a indagare.

"Asteroidi, comete e altri piccoli corpi contengono materiale dalla nascita del sistema solare. Se vogliamo sapere da dove veniamo, dobbiamo studiare questi oggetti, " disse Glaze.

Due antichi fossili che forniscono indizi su questa storia sono Vesta e Cerere, i corpi più grandi nella fascia degli asteroidi tra Marte e Giove. La navicella spaziale Dawn della NASA, che ha da poco concluso la sua missione, orbitò su entrambi e mostrò definitivamente che non fanno parte del normale "club degli asteroidi". Mentre molti asteroidi sono depositi sciolti di macerie, gli interni di Vesta e Cerere sono stratificati, con il materiale più denso al loro interno. (In termini scientifici, si dice che i loro interni siano "differenziati.") Ciò indica che entrambi questi corpi stavano per diventare pianeti, ma la loro crescita era stentata:non avevano mai abbastanza materiale per diventare grandi come i pianeti principali.

Ma mentre Vesta è in gran parte arida, Cerere è bagnata. Potrebbe contenere fino al 25% di acqua, per lo più legati a minerali o ghiaccio, con possibilità di liquido interrato. Interessante anche la presenza di ammoniaca a Cerere, perché in genere richiede temperature più fresche rispetto alla posizione attuale di Cerere. Ciò indica che il pianeta nano potrebbe essersi formato oltre Giove ed essere migrato in, o almeno materiali incorporati che hanno avuto origine più lontano dal Sole. Il mistero delle origini di Cerere mostra quanto possa essere complessa la formazione planetaria, e sottolinea la complicata storia del nostro sistema solare.

Sebbene possiamo studiare indirettamente gli interni profondi dei pianeti per avere indizi sulle loro origini, come farà la missione InSight della NASA su Marte, è impossibile approfondire il nucleo di qualsiasi oggetto di dimensioni considerevoli nello spazio, compresa la Terra. Tuttavia, un oggetto raro chiamato Psiche può offrire l'opportunità di esplorare il nucleo di un corpo simile a un pianeta senza scavare. L'asteroide Psyche sembra essere il nucleo esposto di ferro-nichel di un protopianeta, un piccolo mondo che si è formato all'inizio della storia del nostro sistema solare ma non ha mai raggiunto le dimensioni planetarie. Come Vesta e Cerere, Psiche ha visto il suo percorso verso il pianeta interrotto. La missione Psiche della NASA, lancio nel 2022, aiuterà a raccontare la storia della formazione dei pianeti studiando in dettaglio questo oggetto metallico.

Più lontano, La navicella spaziale New Horizons della NASA è attualmente in viaggio verso un oggetto distante chiamato 2014 MU69, soprannominato "Ultima Thule" dalla missione. Un miliardo di miglia più lontano dal Sole di Plutone, MU69 è residente nella fascia di Kuiper, una regione di oggetti ricchi di ghiaccio oltre l'orbita di Nettuno. Oggetti come MU69 possono rappresentare i più primitivi, o inalterato, materiale che rimane nel sistema solare. Mentre i pianeti orbitano in ellissi intorno al Sole, MU69 e molti altri oggetti della fascia di Kuiper hanno orbite molto circolari, suggerendo che non si sono spostati dai loro percorsi originali in 4,5 miliardi di anni. Questi oggetti possono rappresentare gli elementi costitutivi di Plutone e di altri mondi ghiacciati lontani come questo. New Horizons farà il suo approccio più vicino a MU69 il 1 gennaio, 2019:il flyby planetario più lontano della storia.

"Ultima Thule è incredibilmente preziosa dal punto di vista scientifico per comprendere l'origine del nostro sistema solare e dei suoi pianeti, "ha detto Alan Stern, investigatore principale di New Horizons, con sede al Southwest Research Institute di Boulder, Colorado. "È antico e incontaminato, e non come niente che abbiamo visto prima."

Consegna degli elementi della vita

I piccoli mondi sono anche probabilmente responsabili della semina sulla Terra con gli ingredienti per la vita. Studiare quanta acqua hanno è la prova di come hanno aiutato a seminare la vita sulla Terra.

"I piccoli corpi sono i punti di svolta. Partecipano alla lenta e costante evoluzione del nostro sistema solare nel tempo, e influenzare le atmosfere planetarie e le opportunità di vita. La Terra fa parte di quella storia, ", ha affermato il capo scienziato della NASA Jim Green.

Un esempio di asteroide contenente gli elementi costitutivi della vita è Bennu, l'obiettivo dell'OSIRIS-REx della NASA (Origins, Interpretazione spettrale, Identificazione delle risorse, Missione Security-Regolith Explorer). Bennu può essere caricato con molecole di carbonio e acqua, entrambi sono necessari per la vita come la conosciamo. Quando la Terra si formò, e dopo, oggetti come Bennu sono piovuti e hanno consegnato questi materiali al nostro pianeta. Questi oggetti non avevano gli oceani stessi, ma piuttosto molecole d'acqua legate ai minerali. Si pensa che fino all'80% dell'acqua della Terra provenga da piccoli corpi come Bennu. Studiando Bennu, possiamo comprendere meglio i tipi di oggetti che hanno permesso a una giovane Terra sterile di fiorire di vita.

Bennu probabilmente ha avuto origine nella fascia principale di asteroidi tra Marte e Giove, e si pensa che sia sopravvissuto a una collisione catastrofica avvenuta tra 800 milioni e 2 miliardi di anni fa. Gli scienziati pensano in grande, asteroide ricco di carbonio frantumato in migliaia di pezzi, e Bennu è uno dei resti. Piuttosto che un oggetto solido, Si pensa che Bennu sia un asteroide "mucchio di macerie", un insieme sciolto di rocce attaccate insieme attraverso la gravità e un'altra forza che gli scienziati chiamano "coesione". OSIRIS-REx, che arriverà a Bennu all'inizio di dicembre 2018, dopo un viaggio di 1,2 miliardi di miglia (2 miliardi di chilometri), e riporterà un campione di questo intrigante oggetto sulla Terra in una capsula di ritorno del campione nel 2023.

La missione giapponese Hayabusa-2 sta anche esaminando un asteroide della stessa famiglia di corpi che si pensa abbia portato gli ingredienti per la vita sulla Terra. Attualmente in orbita presso l'asteroide Ryugu, con piccoli rover saltellanti in superficie, la missione raccoglierà campioni e li restituirà in una capsula sulla Terra per l'analisi entro la fine del 2020. Impareremo molto confrontando Bennu e Ryugu, e comprendere le somiglianze e le differenze tra i loro campioni.

Tracciatori dell'evoluzione del sistema solare

La maggior parte del materiale che ha formato il nostro sistema solare, compresa la Terra, non è vissuto per raccontare la storia. È caduto nel Sole o è stato espulso oltre la portata dei nostri telescopi più potenti; solo una piccola frazione formava i pianeti. Ma ci sono alcuni resti rinnegati dei primi giorni in cui la materia dei pianeti vorticava con un destino incerto attorno al Sole.

Un periodo particolarmente catastrofico per il sistema solare è stato tra i 50 ei 500 milioni di anni dopo la formazione del Sole. Giove e Saturno, i giganti più massicci del nostro sistema, riorganizzarono gli oggetti intorno a loro mentre la loro gravità interagiva con mondi più piccoli come gli asteroidi. Urano e Nettuno potrebbero aver avuto origine più vicino al Sole ed essere stati spinti verso l'esterno mentre Giove e Saturno si muovevano. Saturno, infatti, potrebbe aver impedito a Giove di "mangiare" alcuni dei pianeti terrestri, compresa la Terra, poiché la sua gravità contrastava l'ulteriore movimento di Giove verso il Sole.

Sciami di asteroidi chiamati Troiani potrebbero aiutare a chiarire i dettagli di quel periodo turbolento. I Troiani comprendono due gruppi di piccoli corpi che condividono l'orbita di Giove intorno al Sole, con un gruppo davanti a Giove e uno dietro. Ma alcuni Trojan sembrano fatti di materiali diversi rispetto ad altri, come indicato dai loro diversi colori. Alcuni sono molto più rossi di altri e potrebbero aver avuto origine oltre l'orbita di Nettuno, mentre quelli più grigi potrebbero essersi formati molto più vicini al Sole. La teoria principale è che quando Giove si è spostato molto tempo fa, questi oggetti sono stati raggruppati in punti di Lagrange, luoghi in cui la gravità di Giove e del Sole creano aree di contenimento in cui gli asteroidi possono essere catturati. La diversità dei Troiani, gli scienziati dicono, riflette il viaggio di Giove nella sua posizione attuale. "Sono i resti di quello che stava succedendo l'ultima volta che Giove si è mosso, " ha detto Hal Levison, ricercatore presso il Southwest Research Institute.

La missione Lucy della NASA, lancio nell'ottobre 2021, invierà per la prima volta un'astronave ai Troiani, indagando a fondo su sei troiani (tre asteroidi in ogni sciame). Per Levisone, l'investigatore principale della missione, il veicolo spaziale metterà alla prova le idee su cui lui e i suoi colleghi hanno lavorato per decenni sul rimodellamento del sistema solare da parte di Giove. "Ciò che sarebbe davvero interessante è ciò che non ci aspettiamo, " Egli ha detto.

Processi in un sistema solare in evoluzione

Dopo il tramonto, nelle giuste condizioni, potresti notare luce solare diffusa nel piano dell'eclittica, la regione del cielo in cui orbitano i pianeti. Questo perché la luce solare viene dispersa dalla polvere lasciata dalle collisioni di piccoli corpi come comete e asteroidi. Gli scienziati chiamano questo fenomeno "luce zodiacale, " ed è un'indicazione che il nostro sistema solare è ancora attivo. La polvere zodiacale attorno ad altre stelle indica che loro, pure, possono ospitare sistemi planetari attivi.

La polvere dei piccoli corpi ha avuto un ruolo importante in particolare nel nostro pianeta. Ogni giorno cadono sulla Terra circa 100 tonnellate di materiale meteoritico e polvere. Parte di esso proviene dalle comete, la cui attività ha implicazioni dirette per l'evoluzione della Terra. Quando le comete si avvicinano al Sole e ne sperimentano il calore, i gas all'interno della cometa gorgogliano e portano via il materiale polveroso dalla cometa, inclusi gli ingredienti per la vita. La navicella spaziale Stardust della NASA ha sorvolato la cometa 81P/Wild e ha scoperto che la polvere cometaria contiene amminoacidi, che sono gli elementi costitutivi della vita.

Le esplosioni occasionali di gas e polvere osservate nelle comete indicano attività sopra o vicino alle loro superfici, come le frane. La missione Rosetta dell'Agenzia Spaziale Europea, che ha completato l'esplorazione della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko nel 2016, fornito approfondimenti senza precedenti sull'attività delle comete. Tra i cambiamenti nella cometa, la navicella ha osservato un enorme crollo di una scogliera, una grande fessura si ingrandisce e un masso si muove. "Abbiamo scoperto che massi delle dimensioni di un grosso camion potevano essere spostati sulla superficie della cometa per una distanza pari a un campo da calcio e mezzo, "Ramy El-Maarry, un membro del team scientifico US Rosetta dell'Università del Colorado, Masso, detto nel 2017.

Anche le comete influenzano il movimento planetario oggi. Mentre Giove continua a lanciare comete verso l'esterno, si muove leggermente verso l'interno a causa della danza gravitazionale con i corpi ghiacciati. Nettuno, nel frattempo, lancia le comete verso l'interno e riceve a sua volta una piccola spinta verso l'esterno. Anche Urano e Saturno si stanno muovendo molto lentamente verso l'esterno in questo processo.

"In questo momento stiamo parlando di piccolissime quantità di movimenti perché non è rimasta molta massa, " ha detto Levisone.

Fatto divertente:il veicolo spaziale che ha visto il maggior numero di comete è l'Osservatorio solare ed eliosferico della NASA (SOHO), più famoso per il suo studio del Sole. SOHO ha visto il Sole "mangiare" migliaia di comete, il che significa che questi piccoli mondi stavano spruzzando materiale nella parte interna del sistema solare nel loro viaggio per diventare la cena del Sole.

Pericoli per la Terra

Gli asteroidi possono ancora rappresentare un pericolo di impatto per i pianeti, compreso il nostro.

Mentre i Troiani sono bloccati come groupies di Giove, Bennu, l'obiettivo della missione OSIRIS-REx, è uno degli asteroidi più potenzialmente pericolosi per la Terra attualmente conosciuti, anche se le sue probabilità di collisione con la Terra sono ancora relativamente piccole; gli scienziati stimano che Bennu ne abbia uno su 2, 700 possibilità di avere un impatto sul nostro pianeta durante uno dei suoi avvicinamenti ravvicinati alla Terra alla fine del 22° secolo. Proprio adesso, gli scienziati possono prevedere il percorso di Bennu in modo abbastanza preciso durante l'anno 2135, quando l'asteroide effettuerà uno dei suoi passaggi ravvicinati vicino alla Terra. Le osservazioni più ravvicinate di OSIRIS-REx avranno un controllo ancora più stretto sul viaggio di Bennu, e aiutare gli scienziati che lavorano per salvaguardare il nostro pianeta dagli asteroidi pericolosi per capire meglio cosa ci vorrebbe per deviarne uno su una traiettoria di impatto.

"Stiamo sviluppando molte tecnologie per operare con precisione attorno a questo tipo di corpi, e il targeting di località sulle loro superfici, oltre a caratterizzare le loro proprietà fisiche e chimiche complessive. Avresti bisogno di queste informazioni se volessi progettare una missione di deviazione di asteroidi, " disse Dante Lauretta, investigatore principale per la missione OSIRIS-REx, con sede presso l'Università dell'Arizona a Tucson.

Un'altra missione imminente che testerà una tecnica per difendere il pianeta dai rischi di impatto naturali è la missione Double Asteroid Redirection Test (DART) della NASA, che tenterà di cambiare il moto di un piccolo asteroide. Come? Impatto cinetico, in altre parole, collidere qualcosa con esso, ma in modo più preciso e controllato di quanto non faccia la natura.

L'obiettivo di DART è Didymos, un asteroide binario composto da due oggetti orbitanti tra loro. Il corpo più grande misura circa 800 metri di diametro, con una piccola luna larga meno di un decimo di miglio (150 metri). Un asteroide di queste dimensioni potrebbe causare danni regionali diffusi se uno dovesse colpire la Terra. DART si schianterà deliberatamente contro la luna per modificare leggermente la velocità orbitale del piccolo oggetto. I telescopi sulla Terra misureranno quindi questo cambiamento di velocità osservando il nuovo periodo di tempo impiegato dalla luna per completare un'orbita attorno al corpo principale, che dovrebbe essere un cambiamento inferiore a una frazione dell'uno per cento. Ma anche quel piccolo cambiamento potrebbe essere sufficiente per far sì che un impattore previsto manchi la Terra in uno scenario di impatto futuro. La navicella spaziale, in costruzione dal Laboratorio di Fisica Applicata della Johns Hopkins University, il lancio è previsto per la primavera-estate 2021.

Didymos e Bennu sono solo due dei quasi 19, 000 noti asteroidi vicini alla Terra. Ci sono più di 8, 300 noti asteroidi vicini alla Terra delle dimensioni della luna di Didymos e più grandi, ma gli scienziati stimano che circa 25, 000 asteroidi in quella gamma di dimensioni esistono nello spazio vicino alla Terra. Il telescopio spaziale aiuta gli scienziati a scoprire e comprendere questo tipo di oggetti, compresi i potenziali pericoli, is called NEOWISE (which stands for Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

"For most asteroids, we know little about them except for their orbit and how bright they look. With NEOWISE, we can use the heat emitted from the objects to give us a better assessment of their sizes, "ha detto Amy Mainzer, principal investigator of NEOWISE, based at NASA's Jet Propulsion Laboratory. "That's important because asteroid impacts can pack quite a punch, and the amount of energy depends strongly on the size of the object."

Small Worlds as Pit Stops, Resources for Future Exploration

There are no gas stations in space yet, but scientists and engineers are already starting to think about how asteroids could one day serve as refueling stations for spacecraft on the way to farther-flung destinations. These small worlds might also help astronauts restock their supplies. Per esempio, Bennu likely has water bound in clay minerals, which could perhaps one day be harvested for hydrating thirsty space travelers.

"In addition to science, the future will indeed be mining, " Green said. "The materials in space will be used in space for further exploration."

How did metals get on asteroids? As they formed, asteroids and other small worlds collected heavy elements forged billions of years ago. Iron and nickel found in asteroids were produced by previous generations of stars and incorporated in the formation of our solar system.

These small bodies also contain heavier metals forged in stellar explosions called supernovae. The violent death of a star, which can lead to the creation of a black hole, spreads elements heavier than hydrogen and helium throughout the universe. These include metals like gold, silver and platinum, as well as oxygen, carbon and other elements we need for survival. Another kind of cataclysm—the collision of supernova remnants called neutron stars—can also create and spread heavy metals. In this way small bodies are also forensic evidence of the explosions or collisions of long-dead stars.

Because of big things, we now have a lot of very small things. And from small things, we get big clues about our past—and possibly resources for our future. Exploring these objects is important, even if they aren't planets.

They are small worlds, after all.