Ad oggi, si conoscono quasi 28000 asteroidi che passano vicini alla Terra (NEA); la maggior parte di questi oggetti sono stati scoperti negli ultimi 6 anni, da quando cioè la ricerca si è concentrata su oggetti di dimensioni medio-piccole. La ricerca avviene ormai principalmente tramite telescopi robotizzati, che scansionano continuamente il cielo notturno aggiungendo nuove scoperte a un ritmo di circa 3000 all'anno (seconda figura più sotto). Nei prossimi anni, nuovi telescopi da ricognizione più grandi e avanzati daranno ulteriore stimolo alla ricerca e si prevede un rapido aumento delle scoperte. In previsione di questo aumento, gli astronomi della NASA hanno sviluppato un algoritmo di monitoraggio dell'impatto di nuova generazione chiamato Sentry-II per valutare meglio le probabilità di impatto NEA.

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Andamento del numero di NEA conosciuti, con ingrandimento sul periodo iniziale e tabella riassuntiva attuale sulla destra. Sono indicati anche i due "ginocchi" nel 2014 e, soprattutto, nel 1998, con decisa impennata nel ritmo di scoperte. - Credits: Alan Chamberlin/CNEOS/JPL/NASA - Processing: Marco Di Lorenzo

 La cultura popolare (specialmente la fantascienza di mediocre qualità che riempie le nostre sale cinematografiche) spesso descrive gli asteroidi come oggetti caotici che sfrecciano a casaccio attraverso il sistema solare, cambiando rotta in modo imprevedibile e minacciando il nostro pianeta con un minimo preavviso. Questa convinzione non corrisponde alla realtà, per lo meno se escludiamo le rare comete potenzialmente pericolose (NEC) o asteroidi piccoli e quindi generalmente innocui che vengono avvistati solo quando sono già vicinissimi a noi. Se invece ci limitiamo alla categoria più nutrita ed importante degli asteroidi NEA già noti e seguiti da anni, essi manifestano comportamenti estremamente prevedibili dato che obbediscono alle leggi della meccanica celeste e seguono percorsi orbitali ben definiti. Tuttavia, a causa di piccoli effetti non gravitazionali poco noti oppure per effetto di futuri incontri ravvicinati occasionali con la Terra o con altri pianeti, le minuscole incertezze residue nella posizione possono venire amplificate notevolmente e, a volte, non è possibile escludere completamente il loro possibile impatto sulla Terra a distanza di parecchi anni da oggi.

 A tal fine, il "Center for Near Earth Object Studies" (CNEOS) calcola ogni orbita NEA conosciuta per migliorare le valutazioni del rischio di impatto, Gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California con il sostegno del Planetary Defense Coordination Office (PDCO) della NASA, esso aggiorna continuamente i dati orbitali e di rischio e le tabelle messe a disposizione da questa struttura sono peraltro quelle su cui si basa anche la nostra rubrica NEONEWS. Va detto che anche l'Europa ha un sistema analogo, il "NEO Coordination Centre" (NEOCC), centro operativo dell' "ESA Planetary Defence Office" (PDO) nell'ambito dello "Space Safety Programme" (S2P); peraltro, questo ente ha i suoi uffici in Italia, presso l' ESRIN di Frascati, e si basa sul sistema di elaborazione NEODyS con sede a Pisa.

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Numero di scoperte annuali suddivise tra i vari osservatori/rassegne specializzate. negli ultimi anni, come si vede, Pan-STARRS e Catalina fanno la parte del leone, seguite da Atlas e NEOwise - Credits: Alan Chamberlin/CNEOS/JPL/NASA

 Sentry è stato sviluppato dal JPL nel 2002 ma, come racconta Javier Roa Vicens (ingegnere di navigazione che ha guidato lo sviluppo di Sentry-II mentre lavorava al JPL e che è recentemente passato a lavorare per SpaceX), "Era basato su una matematica molto intelligente e in meno di un'ora poteva fornire in modo affidabile la probabilità di impatto nei prossimi 100 anni per un asteroide appena scoperto". Con Sentry-II, adesso, la NASA ha uno strumento in grado di calcolare rapidamente le probabilità di impatto per tutti i NEA conosciuti, inclusi alcuni casi speciali non rilevati dal Sentry originale. Questo dovrebbe consentire di valutare con sicurezza tutti i potenziali impatti di un asteroide, con probabilità a partire da poche parti su 10 milioni.

Casi speciali

 La prima versione di Sentry riusciva a calcolare con alta precisione come queste forze gravitazionali (principalmente del Sole ma anche dei vari pianeti) modellano la traiettoria di un asteroide, aiutando a prevedere dove sarà nel lontano futuro. Tuttavia, non poteva tenere conto delle forze non gravitazionali, specialmente quelle legate alla pressione di radiazione della emissione termica, fenomeno noto come effetto Yarkovsky; seppure di entità minuscola, questa spinta può cambiare significativamente l'orbita dell'asteroide nel corso di decenni e secoli. "Il fatto che Sentry non potesse gestire automaticamente l'effetto Yarkovsky era un limite", racconta Davide Farnocchia, ingegnere di navigazione presso il JPL che ha anche contribuito allo sviluppo di Sentry-II. “Ogni volta che ci imbattevamo in un caso speciale, come gli asteroidi Apophis , Bennu o 1950 DA , dovevamo eseguire analisi manuali complesse e dispendiose in termini di tempo. Con Sentry-II, non dobbiamo più farlo".

 Un altro problema con l'algoritmo Sentry originale era che a volte non poteva prevedere con precisione la probabilità di impatto di asteroidi che subiscono incontri estremamente ravvicinati con la Terra. Il movimento di questi NEA viene significativamente deviato dalla gravità del nostro pianeta e le incertezze orbitali post-incontro possono crescere notevolmente, come illustrato nel filmato esemplificativo qui sotto. In quei casi, i calcoli del vecchio Sentry potevano fallire, richiedendo un intervento manuale, mentre Sentry-II non ha questa limitazione. "In termini numerici, i casi speciali che avremmo trovato erano una frazione molto piccola di tutti i NEA per i quali avremmo calcolato le probabilità di impatto", ha affermato Roa Vicens. "Ma scopriremo molti altri di questi casi speciali quando la missione NEO Surveyor pianificata dalla NASA e l'Osservatorio Vera Rubin in Cile entreranno in servizio, quindi dobbiamo essere preparati".

Molti aghi, un pagliaio

 Ecco come vengono calcolate le probabilità di impatto: quando i telescopi tracciano un nuovo NEA, gli astronomi misurano le posizioni osservate dell'asteroide nel cielo e le segnalano al Minor Planet Center . Il CNEOS utilizza quindi tali dati per determinare l'orbita più probabile dell'asteroide attorno al Sole. Ma poiché ci sono lievi incertezze nella posizione osservata dell'asteroide, la sua "orbita più probabile" potrebbe non rappresentare la sua vera orbita, che potrebbe essere da qualche parte all'interno di una regione di incertezza, come una nuvola di possibilità che circonda l'orbita più probabile.

 Per valutare se un impatto è possibile e restringere dove potrebbe essere la vera orbita, il Sentry originale effettuava alcune ipotesi su come potrebbe evolvere la regione di incertezza, generando una serie di punti equidistanti lungo una linea che attraversa la regione di incertezza. Ogni punto rappresentava una possibile posizione reale leggermente diversa da quella nominale. Sentry avrebbe quindi estrapolato nel futuro il moto di questi "asteroidi virtuali" attorno al Sole, per vedere se qualcuno si avvicinava alla Terra in nodo preoccupante. In tal caso, sarebbero stati necessari ulteriori calcoli più dettagliati ad alta risoluzione per vedere se eventuali punti intermedi potrebbero avere un impatto sulla Terra e, in tal caso, stimare la probabilità di impatto.

 Sentry-II ha una filosofia completamente diversa. Il nuovo algoritmo genera migliaia di punti casuali non limitati da alcuna ipotesi su come potrebbe evolvere la regione di incertezza e si chiede quali sono le possibili orbite all'interno dell'intera regione di incertezza che potrebbero colpire la Terra. In pratica, si implementa il trucco di imporre un reale impatto con la Terra e considerare tale condizione come se fosse una ulteriore osservazione fittizia per calcolare l'orbita. In questo modo, i calcoli della determinazione orbitale non sono vincolati da ipotesi predeterminate su quali porzioni della regione di incertezza potrebbero portare a un possibile impatto e ciò consente a Sentry-II di concentrarsi su scenari di impatto con probabilità molto bassa, alcuni dei quali sarebbero potuti sfuggire al precedente algoritmo Sentry.

 Farnocchia paragona il processo alla ricerca degli aghi in un pagliaio: gli aghi sono i possibili scenari di impatto e il pagliaio è la regione dell'incertezza. Maggiore è l'incertezza sulla posizione di un asteroide, più grande è il pagliaio. Sentry colpirebbe casualmente il pagliaio migliaia di volte alla ricerca di aghi situati vicino a una singola linea che si estendeva attraverso il pagliaio. Il presupposto era che seguire questa linea fosse il modo migliore per cercare gli aghi. Ma Sentry-II non assume alcuna linea e lancia invece migliaia di minuscoli magneti casualmente su quel pagliaio, che vengono rapidamente attratti e poi trovano gli aghi vicini. Nella realtà, gli aghi di cui stiamo parlando sono i cosiddetti "keyholes" o "buchi di serratura gravitazionali", strette regioni che, se attraversate dall'asteroide durante un incontro ravvicinato con un pianeta, possono determinarne il futuro impatto con la Terra.

 "Sentry-II è un fantastico progresso nella ricerca di minuscole probabilità di impatto per una vasta gamma di scenari", ha affermato Steve Chesley, ricercatore senior presso JPL, che ha guidato lo sviluppo di Sentry e ha collaborato a Sentry-II. "Quando le conseguenze di un futuro impatto di un asteroide sono così grandi, vale la pena trovare anche il più piccolo rischio di impatto nascosto nei dati".

 Uno studio che descrive Sentry-II è stato pubblicato sull'Astronomical Journal il 1 dicembre 2021.