¿Y si los asteroides pila de escombros fueran casi indestructibles? Consecuencias para la defensa planetaria

Por Daniel Marín, el 2 febrero, 2023. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • Japón • NASA • Sistema Solar ✎ 90

Una de las grandes sorpresas de la exploración espacial de las últimas décadas ha sido confirmar que muchos asteroides cercanos son de tipo pila de escombros. Es decir, son objetos formados por la acumulación de rocas y gravilla de distintos tamaños. Sirvan como ejemplos los asteroides Itokawa, Ryugu, Bennu, Dídimo y Dimorfo, visitados por las sondas Hayabusa, Hayabusa 2, OSIRIS-REx y DART. Este descubrimiento tiene varias implicaciones muy interesantes desde el punto de vista de la historia del sistema solar y, por otro, por las consecuencias que este hecho tiene sobre las estrategias de defensa planetaria. Con respecto al primer punto, la primera pregunta que podemos hacernos es si este tipo de asteroides, formados mediante colisiones de cuerpos sólidos de mayor tamaño, son antiguos o relativamente recientes. La respuesta todavía es objeto de debate, pero un reciente artículo —Rubble pile asteroids are forever— en el que se analizan las muestras del asteroide Itokawa traídas a la Tierra por la sonda japonesa Hayabusa llega a la conclusión de que este asteroide tiene una edad superior a los 4200 millones de años. O sea, parece que ha estado dando vueltas por el sistema solar durante eones.

Los asteroides cercanos Itokawa, Bennu, Dídimo y Dimorfo, y Ryugu a escala. Todos son de tipo pila de escombros (NASA/JAXA/ESA/ISA/Daniele Bianchino/Emily Lakdawalla).

Esta antigüedad conecta con el segundo punto de interés que comentábamos antes: la defensa planetaria. Todavía no sabemos qué porcentaje de los asteroides cercanos a la Tierra (NEOs) son pila de escombros, pero evidentemente está claro que un gran número de los asteroides peligrosos (PHAs) que pueden chocar contra nuestro planeta en el futuro serán de este tipo. Y aquí vienen las malas noticias. Si son tan antiguos, eso significa que han aguantado intactos miles de millones de años de colisiones con otros cuerpos menores del sistema solar. Un asteroide pila de escombros es una especie de Terminator T-1000 de metal líquido cósmico capaz de absorber golpes sin inmutarse: los choques a alta velocidad no generan cráteres visibles y la mayoría de fragmentos despedidos vuelve a juntarse por efecto de la gravedad como si nada hubiera pasado. Ante ese panorama, ¿qué podemos hacer nosotros para desviar la órbita de un cuerpo que ha demostrado ser prácticamente indestructible durante eones? Bueno, el asunto es más complejo de lo que pudiera parecer.

Evolución de Itokawa a lo largo de la historia del sistema solar. Podría tener más de 4200 millones de años (Fred Jourdan et al.).
El asteroide Itokawa visto por la sonda Hayabusa en 2005 (JAXA).

Porque una cosa es que estos asteroides sean «indestructibles» y otra es que no se pueda desviar su órbita. No olvidemos que lo que nos interesa no es destruir un asteroide potencialmente peligroso, sino basta con evitar que choque con la Tierra. La mayor parte de asteroides peligrosos tienen de 200 a 500 metros de diámetros (si son más grandes ya habrán sido descubiertos y si son más pequeños los efectos de una colisión serían locales), por lo que el sistema de defensa planetaria ideal desde el punto de vista coste/beneficio para este rango de objetos es el interceptador cinético, o sea, una nave que choque a alta velocidad que desvíe la órbita del asteroide. En este sentido, el principal factor a tener en cuenta es el llamado ‘parámetro beta (β)’, que mide la eficacia del choque de un proyectil para desviar la órbita. Siempre que el material expulsado incremente la transferencia de momento, β será superior a 1, permitiendo desviar la órbita.

La superficie de Ryugu vista por el ‘rover’ Minerva 1B el 23 de septiembre de 2018 después de ser depositado por Hayabusa 2 (JAXA).
La superficie de Bennu vista por OSIRIS-REx en 2021 (NASA/Goddard/University of Arizona).
Cálculo del parámetro β (NASA).

Ahora bien, a igualdad de condiciones, este parámetro dependerá si el asteroide es una pila de escombros o está formado por material con una densidad homogénea. En este último caso, también dependerá de si es duro como un bloque sólido o presenta una baja cohesión. Es importante destacar que la composición del asteroide es una variable mucho menos importante que el tamaño y el espacio que existe entre las rocas constituyentes y, sobre todo, la fuerzas de cohesión entre las mismas (a mayor cohesión, menor será β). Como ya vimos con anterioridad, los modelos teóricos muestran que el choque contra un asteroide pila de escombros tiene un parámetro β inferior a uno homogéneo, por lo que en principio resultaría más difícil desviar su órbita. El 26 de septiembre de 2022 la sonda DART de la NASA chocó a 6,1 km/s contra el asteroide Dimorfo, satélite del asteroide Dídimo. Por primera vez, la humanidad pasó de la teoría a la práctica con respecto a una misión de defensa planetaria. Dimorfo, como se esperaba al ser un asteroide satélite, resultó ser de tipo pila de escombros. ¿Y cómo de efectivo fue el choque? Los modelos predecían una gran horquilla para β dependiendo de las características del asteroide y la geometría del choque, con valores entre 1 y 5. Sin embargo, DART logró cambiar el periodo orbital de Dimorfo en 32 minutos, lo que equivale a un valor de β de 3,6.

El asteroide Dimorfo visto por DART instantes antes del choque (Doug Ellison/NASA).
La penúltima imagen de Dimorfo tomada por DART antes de destruirse (NASA).

Un β de 3,6 para un asteroide pila de escombros no está nada mal y coincide con la predicción de muchas simulaciones numéricas. Aunque el impacto de DART probablemente no generó un cráter reconocible —habrá que esperar a finales de 2026 para que la sonda europea Hera lo confirme cuando llegue al sistema Dídimo-Dimorfo—, el desvío de la órbita de Dimorfo se produjo gracias a la enorme cantidad de material eyectado por la colisión, entre 1000 y 10 000 toneladas. (esto parece mucho, pero es un 0,2%, como máximo, de la masa total de Dimorfo). Entonces, ¿cuál es el problema? Pues que, como comentábamos antes, un choque con un asteroide sólido u homogéneo habría dado un valor de β mayor. Además, debemos tener en cuenta que la proporción de asteroides cercanos de tipo pila de escombros debe ser mucho mayor si se confirma su elevada antigüedad media. Por tanto, la conclusión es que deberíamos reevaluar a la baja la eficacia de los interceptores cinéticos a la hora de desviar estos cuerpos. Las buenas noticias son que DART nos ha demostrado que el parámetro β sigue siendo, pese a todo, bastante elevado.

Dídimo (izquierda) y Dimorfo con la nube de escombros del choque vistos por la cámara LUKE de LICIACube segundos antes de pasar a la mínima distancia del conjunto (LICIACube está ahora en órbita solar) (ASI/NASA).
Los chorros de material de Dimorfo expulsados por la colisión de DART (ASI/NASA/APL/Simeon Schmauß).

Naturalmente, es muy arriesgado predecir la eficacia futura del choque de otra sonda con otro asteroide con una composición, periodo de rotación y geometría de impacto totalmente diferentes a partir de un solo ejemplo de colisión con un interceptador cinético. Lo que está claro es que si queremos optimizar una misión de defensa planetaria usando interceptadores cinéticos, primero debemos caracterizar en detalle el asteroide objetivo, a ser posible con una misión de reconocimiento que sobrevuele el blanco con antelación. Esperemos que nuestra especie no tenga que enfrentarse a esta amenaza en mucho tiempo.

Otra vista de varios NEOs (no a escala) (NASA/ESA/JAXA/Ryuki Hyodo).
Mapa de Dimorfo antes del choque con DART (NASA/UAI).

Referencias:

  • https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2214353120
  • https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/ac91cc/pdf
  • https://arxiv.org/pdf/2301.02121.pdf


90 Comentarios

    1. Seguramente, sí.

      Pero has de tener en cuenta las velocidades y energías implicadas.

      ¿Sobreviviría intacto un proyectil de penetración, y todos los sistemas de disparo de la bomba nuclear, a un impacto a varios km/s?

      Porque lo más fácil es que el proyectil al completo se volatilizase en el trallazo, imposibilitando el disparo. O eso, o montas un proyectil casi macizo de varias toneladas y de algunos metros de grosor, con el mecanismo de la bomba suspendido en su interior con el mejor sistema antichoque y anti deceleración de la historia.

      Por lo que yo sé, el ÚNICO tipo de bomba nuclear medio fiable para algo así (y explosionando en la superficie, no en el interior), aunque es de muy baja eficiencia (transforma muy poco uranio en explosión) es la de tipo cañón, que es el modelo más sencillo. De ese tipo era Fat Man, la bomba arrojada en Hiroshima. Little Boy, por su parte, era un modelo de compresión, más eficiente y de menor tamaño.

      Fat Man apenas convirtió 910 gramos de uranio en energía explosiva, de los 64 kilos que transportaba. Aún así, fueron 15 kilotones.

      Las bombas de tipo cañón constan de una masa casi crítica de uranio en un extremo de un tubo, y de una bala de uranio en el otro. Un explosivo proyecta la bala contra la masa del otro lado, que al unirse se vuelven supercríticas y … ¡ka-boooooom!

      Para una misión de intercepción de asteroides, sería el modelo más fiable, ya que podrías proyectar la bala contra la masa sin necesidad de ningún tipo de disparador eléctrico o electrónico. La simple inercia del impacto haría el trabajo. Sería necesario que el cuerpo de la bomba aguantase los milisegundos necesarios para que la bala alcanzase la masa y se produjese la reacción en cadena, cosa que podría lograrse con un mástil compresible o estructura similar, que tocase la superficie del asteroide antes de que lo hiciese el propio cuerpo de la bomba, permitiendo el movimiento de la bala a lo largo del tubo. Supongo que con los medios informáticos actuales, se podría diseñar un mecanismo lo suficientemente sencillo, robusto y operativo, y que además lograse convertir en energía mucha más masa de uranio que lo conseguido por Fat Man.

        1. Quiero decir, no es viable por sí solo. Es asunto cambia si va precedido de una etapa impactadora, como comentas en el último párrafo y como se detalla en lo que enlacé más abajo.

    2. También podrían lanzarse dos proyectiles uno detrás del otro: el primero, penetrador, capaz de abrir un buen agujero, y el segundo, explosivo, del tipo que he comentado.

  1. Fuera del tema:
    ¿A partir de qué altura un país deja de tener derecho a destruir un objeto volador extranjero?
    ¿Podría China considerar un acto de guerra la destrucción de su globo espía?
    ¿No sería lo mismo que si USA destruyera un satélite de otro país que circule sobre su territorio, como hacen los suyos sobre todo el mundo?

    1. El espacio aéreo (no confundir con el espacio aeroespacial -espacio exterior-)
      es la porción de la atmósfera controlada por un país sobre su territorio, incluidas aguas territoriales,
      dicho de otra forma cualquier porción tridimensional que hace parte de su territorio (sobre su territorio).
      En el limite vertical aunque no hay un acuerdo internacional claro, si es valido que por lo menos hasta un limite mínimo de unos 30 Km va el espacio aéreo que es donde van los aviones y los globos mas altos pueden ir, aunque hay sugerencias de que el espacio aéreo debe ser de hasta unos 160 km como mínimo (mas o menos el limite en que puede orbitar un satélite). Por el momento se plantea que el limite que coincida con la linea de Karman (que en los EEUU es de unos 80 km). Revisar lo que son los espacios aéreos controlados clases A, B, C,. D. E, .. G.

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Por Daniel Marín, publicado el 2 febrero, 2023
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