Il famoso cratere meteorico di Barringer in Arizona, che è stato creato da un impatto circa 50.000 anni fa. Credito:D. Roddy, Istituto Planetario Lunare, NASA
Nel caso di corpi del sistema solare che passano vicino al sole, ci sono due importanti effetti che giocano un ruolo cruciale nell'evoluzione orbitale. Uno degli effetti è dalla relatività generale e l'altro effetto è dalla teoria della gravitazione newtoniana.
La previsione di uno spostamento periodico nell'orbita (che tecnicamente è chiamato precessione nella meccanica celeste) di Mercurio e la successiva conferma di questo ulteriore spostamento in orbita da osservazioni reali, fu uno dei più grandi trionfi della relatività generale sviluppato da Einstein circa 102 anni fa.
Questo è uno degli effetti importanti che si verificano nei corpi del sistema solare che passano vicino al sole perché le velocità orbitali aumentano considerevolmente quando i corpi si avvicinano al sole e quando le velocità aumentano notevolmente, gli effetti relativistici possono diventare importanti (Figura 1).
L'altro effetto è dalle influenze gravitazionali periodiche di Giove (tecnicamente chiamato meccanismo Kozai nella meccanica celeste) dalla teoria newtoniana che rendono l'orbita sempre più stretta (o in altre parole, sempre più ellittica) e fanno avvicinare sempre di più il corpo orbitante al sole dopo ogni rivoluzione successiva.
Questi effetti gravitazionali graduali di Giove hanno portato alla produzione di alcune comete sungrazing eccezionalmente spettacolari (cioè comete che si avvicinano molto al sole e quindi di aspetto molto luminoso dal nostro pianeta) nella storia della Terra.
Figura 1. Schema semplice dello spostamento dell'orbita del pianeta Mercurio dovuto agli effetti relativistici generali; l'orbita stessa ruota lentamente. Credito:Cornell University
Lavori precedenti nella scienza del sistema solare hanno esaminato questi effetti separatamente per alcuni corpi, ma nel nostro studio attuale, esaminiamo gli scenari interessanti quando abbiamo la combinazione di entrambi questi effetti nei corpi del sistema solare.
I nostri calcoli mostrano che queste influenze gravitazionali periodiche di Giove possono portare a rapidi miglioramenti negli spostamenti orbitali dovuti alla relatività generale in virtù dei corpi che si avvicinano al sole dopo ogni passaggio intorno al sole. A volte i corpi possono avere approcci estremamente ravvicinati al sole che alla fine portano alla collisione con il sole, indotto da questi effetti periodici di Giove.
Un buon esempio che mostra questa proprietà nei nostri studi è la cometa 96P/Machholz 1 che subisce fasi di avvicinamento rapido del sole e alla fine cade nel sole in circa 9, 000 anni dal tempo presente.
Figura 2. Mappa dei crateri conosciuti trovati sulla Terra a causa di impatti di corpi dallo spazio. Credito:Stephanie Werner
Durante il suo ultimo viaggio poco prima della collisione con il sole, troviamo che gli spostamenti orbitali dovuti alla relatività generale possono raggiungere un picco di circa 60 volte quello dello spostamento orbitale di Mercurio, che è un valore record nel contesto dei corpi del sistema solare osservati finora.
Inoltre questa cometa subisce un'inversione nella sua direzione orbitale di riferimento (tecnicamente chiamata ribaltamento dell'inclinazione nella meccanica celeste) a causa degli effetti gravitazionali sistematici di Giove.
Il nostro studio mostra per la prima volta un esempio di un corpo del sistema solare che mostra tutti questi effetti e tratti precedentemente menzionati che si sovrappongono in modo ordinato. Ciò rende questo studio nuovo e unico rispetto ai precedenti studi orbitali di oggetti simili del sistema solare.
La cometa C/1965 S1 (Ikeya-Seki) è stata una delle comete solari più spettacolari della storia. Credito:Maynard Pittendreigh
Inoltre troviamo che la combinazione di entrambi gli effetti di cui sopra ha importanti conseguenze nel campo degli studi di impatto sulla Terra da piccoli corpi del sistema solare. I nostri calcoli mostrano che anche un piccolo spostamento orbitale dovuto alla relatività generale può variare notevolmente la distanza orbitale più vicina tra il corpo del sistema solare e la Terra.
Gli effetti periodici di Giove possono aumentare gli effetti relativistici generali in alcune orbite del sistema solare. Ciò porta a scenari di avvicinamento ravvicinato tra i corpi del sistema solare che cambiano in modo significativo.
Questo a sua volta svolge un ruolo importante nello studio e nella valutazione delle stime della minaccia di impatto a lungo termine sulla Terra, che possono creare caratteristiche interessanti e notevoli come crateri e tempeste di meteoriti sulla nostra Terra.
Il nostro pianeta è stato bombardato con diversi corpi del sistema solare di diverse dimensioni nel corso della sua storia orbitale (Figura 2) e queste firme sotto forma di crateri fungono da strumento cruciale per comprendere l'evoluzione e la dinamica della nostra Terra (che è il tema centrale di CEED con sede presso UiO).
Il telescopio Pan-STARRS PS1 alle Hawaii è attualmente il cacciatore più attivo di Near Earth Objects. Credito:Istituto di Astronomia, Università delle Hawaii
I moderni rilievi telescopici scansionano continuamente il cielo per trovare oggetti del sistema solare che potrebbero potenzialmente avvicinarsi molto alla Terra e diventare una minaccia per la nostra Terra in futuro.
Le osservazioni precise odierne aiutate da grandi telescopi in diverse parti del mondo e calcoli teorici dettagliati potenziati da strutture di supercalcolo (come i cluster di calcolo USIT NOTUR) mirano a elaborare modelli migliori nel contesto degli studi di rischio di impatto a breve e lungo termine per rendere la Terra un posto più sicuro nel quadro più ampio della nostra esistenza.
