El 15 de febrero de 2013 cambió para siempre nuestra percepción del peligro de impacto por asteroides. Mientras los astrónomos esperaban ese día la aproximación del asteroide  (367943) Duende a tan sólo 27.700 km de la superficie terrestre, ese día amaneció con una enorme bola de fuego surcando Asia central a las 3h20m33s TUC. El impresionante evento, conocido como superbólido por ser detectable desde el espacio, fue producido por la entrada a hipervelocidad de un pequeño asteroide de unos 18 metros de diámetro. Su entrada prácticamente rasante en pleno día lo llevó a ser registrado por decenas de cámaras de seguridad que permtieron reconstruir su trayectoria y órbita.

Fotografía casual del superbólido de Cheliábinsk (Marat Ahmetvaleev)

ESTUDIANDO LA DECELERACIÓN DE CHELIÁBINSK

El superbólido de Cheliábinsk penetró en la atmósfera con una velocidad próxima a los 68.000 km/h, causando estupor entre los testigos visuales al atravesar Kazajistán y verdadero pavor sobre los habitantes de la ciudad rusa de Cheliábinsk sobre la cual se desintegró (Fig. 1). Las cámaras de seguridad que muchos conductores rusos colocan en sus coches (dash-cam) proporcionaban innumerables pruebas gráficas y nos han permitido estudiar con enorme precisión su desaceleración en la atmósfera (Trigo-Rodríguez et al., 2021). En este trabajo que acabamos de publicar en Advances in Astronomy, nos centramos en el estudio de las propiedades de ablación de ese bólido de Cheliábinsk en base a su desaceleración y fragmentación. Hemos explorado el comportamiento en esa región en que la atmósfera actúa como un escudo eficiente y suele causar la fragmentación abrupta de este tipo de pequeños asteroides rocosos. El estudio detallado de la deceleración en la parte inferior de la trayectoria del bólido nos ha permitido demostrar que se pueden obtener parámetros físicos para cuantificar la ablación de estos cuerpos de manera consistente. Con esa finalidad aplicamos un método numérico (Runge-Kutta) que nos ha permitido estimar las propiedades de ablación de bólidos basadas en observaciones del vuelo y la desintegración en la atmósfera. Esa metodología, probada también con casos de bólidos estudiados previamente en la literatura (Bellot et al., 2002), hemos podido ajustar un modelo de fragmentación con las observaciones.

 

 

Curvas de deceleración para un meteoroide de 1 gramo y una velocidad de 25 km/s con diferente coeficiente de ablación

ESTUDIANDO LA ABLACIÓN DEL SUPERBÓLIDO DE CHELIÁBINSK

El estudio completado nos ha permitido modelar aspectos muy interesantes del comportamiento del meteorito de Cheliábinsk. La atmósfera terrestre participa como un escudo eficiente en la fragmentación y ablación de pequeños asteroides pero ahora damos un paso adelante en el estudio de su comportamiento y frenado, altamente dependiente de la geometría exacta con la que el azar hace que estos asteroides choquen contra nuestro planeta. Nuestro ajuste del modelo de deceleración permite calcular con precisión su coeficiente de ablación promedio que es, ni más ni menos, el factor que describe como de eficiente es la ablación del cuerpo en la atmósfera durante su brusca deceleración atmosférica. En general, cuanto mayor es el coeficiente de ablación, más rápido se desacelera el cuerpo debido a una pérdida de masa más rápida. En consecuencia, la masa del cuerpo disminuye debido a la ablación y lo describimos mediante el uso del coeficiente de ablación que cuantifica el efecto menor o mayor de la fuerza de frenado impuesta por la atmósfera. Ese proceso resulta clave pues hace que la presión hidrodinámica que la roca sufre en su frente de choque, donde se genera la ablación y la bola de fuego, supere la propia consistencia del material y, como consecuencia, se fragmente repetidamente. De ese modo, un asteroide de decenas de metros, con altísimo poder destructivo por su veloz entrada, se transforme en una lluvia de rocas y polvo. En ese proceso la capacidad destructiva decrece y permite minimizar el peligro de manera natural, aunque la onda de choque y la onda térmica todavía pueda ser potencialmente peligrosa. 

El grado de profundización de Cheliábinsk para diversas velocidades geocéntricas de incidencia (Trigo-Rodríguez et al., 2021)

UNA ATMÓSFERA PROTECTORA 

Una conclusión interesante de nuestro estudio es que se puede inferir de estos resultados la importancia de la atmósfera como eficiente escudo contra el choque de estos asteroides de decenas y pocos cientos de metros. Cuanto más rápido sea el meteoroide, más rápido será el proceso de ablación. Por lo tanto, la atmósfera nos protege de manera efectiva de impactos muy rápidos, ya que tales objetos son desintegrados más rápidamente. Sin embargo, los casos menos favorables son objetos muy grandes (especialmente si su velocidad preatmosférica es baja), como el objeto que generó el impacto de Tunguska (Siberia) en 1908 cuando entró en la atmósfera a una velocidad de ∼30 km/s. El superbólido de Cheliábinsk tenía una velocidad preatmosférica de 19 km/s y su trayectoria era más rasante por lo que la capacidad de profundizar fue mayor.

Para ejemplificar esto, en el nuevo estudio modelamos la velocidad del superbólido de Cheliábinsk para diferentes velocidades iniciales. Por supuesto, si desintegramos asteroides de cientos de metros en ruta de impacto hacia la Tierra pueden producir fragmentos de decenas de metros que son desintegrados de manera eficiente. Sin embargo, si la geometría fuese rasante podrían convertirse en una fuente significativa de daños en el suelo y peligro para los seres humanos. Por lo tanto, identificar la existencia de asteroides en el entorno cercano a la Tierra y conocer las circunstancias de cada encuentro con la Tierra resulta crucial para una mejor evaluación del peligro de impacto. Resulta imprescindible desarrollar técnicas de desvío y fragmentación de estos asteroides como vendrá a probar el estudio in situ de la misión Double Asteroid Redirection Test (DART) de la NASA en la que participo y estamos liderando una serie de experimentos cruciales sobre las propiedades mecánicas de esos asteroides próximos a la Tierra (Tanbakouei et al., 2019).

Meteorito de Cheliábinsk de 14 gramos en el que se aprecia el proceso de oscurecimiento y las venas de choque por su tortuoso pasado de colosales impactos (Colección CSIC/IEEC)

EL PELIGRO DE IMPACTO POR ASTEROIDES DEPENDE DE LA GEOMETRÍA

Asteroides de decenas de metros resultan de especial interés para la comunidad de defensa planetaria porque dependiendo de su geometría orbital y ángulo de impacto, estos objetos podrían representar un peligro significativo para los seres humanos y la infraestructura en el suelo. Hasta la fecha, al menos en la historia contemporánea de la humanidad, hemos sido afortunados. Sin embargo, los asteroides potencialmente peligrosos con tamaños de decenas y cientos de metros alcanzan nuestro planeta desde geometrías diversas. Al ser cuerpos martirizados por impactos a lo largo de su historia llegan como pilas de escombros que podrían desintegrarse en cientos de proyectiles de decenas de metros. Dependiendo de las condiciones geométricas, es decir del azar, podrían constituir una fuente significativa de peligro para los seres humanos. Por ello caracterizar todos los asteroides potencialmente peligrosos, conocer su composición y estructura con misiones espaciales parece fundamental para poder paliar su eventual peligro de impacto.

Por último el estudio detallado de Cheliábinsk nos proporciona un mensaje fundamental: no debemos subestimar el potencial destructivo de los asteroides pequeños, ya que nuestro modelo indica que la capacidad de la atmósfera terrestre para protegernos de tales objetos depende de la velocidad relativa del encuentro con nuestro planeta. Una mayor comprensión de estos fenómenos y de las propiedades físicas de los meteoritos que generan, auténticos materiales formativos de esos peligrosos proyectiles, pueden resultar clave paliar futuros encuentros con estos no deseados visitantes (Moyano et al., 2017; Tanbakaouei et al., 2019).

BIBLIOGRAFÍA

Bellot Rubio, M.J. Martínez González, L. Ruiz Herrera, J. Licandro, D. Martínez-Delgado, P. Rodríguez-Gil, y M. Serra-Ricart (2002) Modeling the photometric and dynamical behavior of Super-Schmidt meteors in the Earth's atmosphere, Astronomy & Astrophysics, vol. 389, pp. 680-691, 2002.

Moyano-Cambero C.E., Pellicer E., Trigo-Rodríguez J.M., Williams I.P, Blum J., Michel P., Küppers M., Martínez-Jiménez M., Lloro I., and Sort J. (2017) Nanoindenting the Chelyabinsk Meteorite to Learn about Impact Deflection Effects in asteroids, Astrophysical Journal, vol. 835, art. id. 157, 9 pp.

Tanbakouei S., Trigo-Rodríguez J.M., Sort, J., Michel, P., Blum, J., Nakamura, T. and Williams, I. (2019) Mechanical properties of particles from the surface of asteroid 25143 Itokawa, Astronomy & Astrophysics 669, A119, doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201935380, 5 pp.

Trigo-Rodríguez, J.M., Dergham, J., Gritsevich, M., Lyytinen E., Silber, E.A. and Williams I.P.(2021) A numerical approach to study ablation of large bolides: application to Chelyabinsk, Advances in Astronomy, vol. 2021, Art. id. 8852772.

Josep M. Trigo-Rodríguez
Josep M. Trigo-Rodríguez

Científico titular del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), e I.P. del Grupo de Meteoritos, Cuerpos menores y Ciencias Planetarias del ICE-CSIC. Entre 2003 y 2005 fue postdoc del Instituto of Geofísica y Física Planetaria de UCLA. Tras la publicación de más de medio centenar de artículos arbitrados sobre los cuerpos menores del Sistema Solar y más de una decena de libros, el Minor Planet Center catalogó un asteroide en su honor con el nombre: 8325 Trigo-Rodríguez.

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Asteroides, cometas y planetas nos proporcionan meteoritos: muestras únicas e irrepetibles llegadas desde lejanos rincones del Sistema Solar. Sus materiales son auténticos fósiles de la creación y datan procesos acaecidos hace miles de millones de años. Acompañadme en este viaje hacia los orígenes...

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