SU SCIENCE E ICARUS UN DETTAGLIATO STUDIO DEL “RESURFACING”

La ferita di Ryugu

Il 5 aprile 2019 la sonda giapponese Hayabusa-2 ha lanciato un proiettile verso la superficie dell’asteroide Ryugu, che ha generando un cratere artificiale di 14.5 metri diametro. Oltre al recupero del campione, questa operazione ha permesso di studiare in dettaglio i processi di resurfacing causati dall’impatto, scoprendo diverse cose interessanti

     30/10/2020
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Immagini Onc (Optical Navigation Camera) ad alta risoluzione, prima e dopo l’impatto della Sci. Crediti: Jaxa, The University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, The University of Aizu, Aist

Il 5 aprile 2019, la sonda giapponese Hayabusa-2 ha lanciato il Small Carry-on Impactor (Sci) verso la superficie dell’asteroide Ryugy. Il proiettile ha impattato sulla superficie dell’asteroide a una velocità superiore a 7mila chilometri all’ora, generando un cratere artificiale con un diametro di 14.5 metri, sul fondo del quale la sonda ha prelevato un campione di terreno.

Oltre al recupero del campione, questa operazione ha fornito anche una buona opportunità per studiare i processi di rinnovamento della superficie (resurfacing) causati da un impatto che, in questo caso, si è verificato su un asteroide con una gravità superficiale 0.00001 volte la gravità terrestre. Ciò che hanno scoperto è che anche l’area concentrica al centro del cratere, con un raggio quattro volte più grande del raggio del cratere stesso, è stata disturbata dall’impatto del Sci, causando il movimento di massi.

Arakawa Masahiko della Graduate School of Science (Kobe University, Giappone) – insieme ai membri della missione Hayabusa2 – ha studiato nel dettaglio la superficie dell’asteroide intorno al punto d’impatto, scoprendo più di 200 massi di dimensioni comprese tra 30 centimetri e 6 metri, apparsi recentemente o spostati in seguito all’impatto. I ricercatori hanno riscontrato che l’effetto dell’impatto si è sentito fino a 40 metri dal centro del cratere, e la zona di agitazione sismica – nella quale i massi superficiali sono stati scossi e spostati di qualche centimetro – si è estesa di circa 30 metri dal centro del cratere. Hayabusa2 ha recuperato il campione di superficie in un punto a nord del cratere (denominato Td2) e lo spessore dei depositi di materiale eiettato in questo sito, è stato stimato essere tra 1 millimetro e 1.8 centimetri. Vediamo come hanno fatto a fare questa stima.

Differenza tra Dem della superficie pre-impatto e Dem della superficie post-impatto, attorno al punto di impatto Sci. La scala dei colori indica l’altezza della morfologia superficiale in metri e il semicerchio tratteggiato mostra il bordo del cratere SCI. Crediti: Kobe University, Jaxa, The University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, The University of Aizu, Aist

Gli scienziati hanno confrontato le immagini della superficie prima e dopo l’impatto, per studiare i processi di resurfacing associati alla formazione dei crateri, come l’agitazione sismica e la deposizione del materiale eiettato. Per fare ciò, hanno costruito i profili del bordo del cratere utilizzando un modello digitale dell’elevazione (Dem), sottraendo al Dem post-impatto il Dem pre-impatto. Sulla base del profilo rilevato, è stato calcolato lo spessore del manto espulso dal cratere artificiale, che è risultato essere più sottile di quello riscontrato convenzionalmente nei crateri naturali, così come di quello calcolato dalla teoria della formazione dei crateri.

Tuttavia, questa discrepanza è stata risolta tenendo conto dell’effetto dei massi apparsi nelle immagini post-impatto, perché i profili del bordo del cratere derivati ​​dal Dem potrebbero non riuscire a rilevare questi nuovi massi. È proprio in base a questo profilo del bordo del cratere che lo spessore dei depositi di materiale eiettato in corrispondenza a Td2 è stato stimato essere compreso tra 1 millimetro e 1.8 centimetri, come scritto in precedenza.

Distribuzione dei massi tracciati all’interno e all’esterno del cratere SCI. I semicerchi interno ed esterno, descritti rispettivamente da una linea tratteggiata sottile e spessa, mostrano il diametro del cratere e il diametro del bordo del cratere SCI. Le posizioni iniziali dei massi rappresentati da ellissi rosse si trovano al di fuori del cratere apparente, a sud del cratere SCI, e quella delle ellissi viola si trova tra il raggio del cratere apparente e il raggio del bordo del cratere. La forma e la posizione di ciascuna ellissi indica rispettivamente la forma e la scala approssimative del masso e la posizione del post impatto. Vengono mostrati due grandi massi chiamati Okamoto e Iijima, e un masso di medie dimensioni chiamato mb19. Crediti: Kobe University, Jaxa

I 48 massi nell’immagine post-impatto sono stati ricondotti alle loro posizioni iniziali nell’immagine pre-impatto, ed è stato riscontrato che i massi di 1 metro sono stati espulsi diversi metri al di fuori del cratere. In base ai meccanismi di movimento, i massi sono stati classificati nei seguenti quattro gruppi: fluiti nello scavo, spinti via dal materiale eiettato, spostati dalla deformazione superficiale indotta dal leggero movimento del masso di Okamoto e spostati dall’agitazione sismica indotta dall’impatto stesso. In tutti i gruppi, i vettori di movimento di questi massi si irradiano dal centro del cratere.

I 169 nuovi massi – di dimensioni comprese tra 30 centimetri e 3 metri – sono stati trovati solo nelle immagini post-impatto, distribuiti fino a circa 40 metri dal centro del cratere.

I ricercatori hanno studiato come questi nuovi massi sono distribuiti lungo direzioni radiali dal centro del cratere, fino a una distanza di 45 metri, trovando il numero massimo di massi a una distanza di 17 metri. Oltre i 17 metri, il numero di massi diminuisce all’aumentare della distanza dal centro del cratere.

Mappa del coefficiente di cross-correlazione dell’area intorno al cratere del SCI, sovrapposta all’immagine post-impatto. Il coefficiente di cross-correlazione è descritto dal gradiente di colore sulla mappa. I numeri e le frecce indicano quattro proiezioni che mostrano il basso coefficiente di correlazione incrociata. Crediti: Kobe University, Jaxa, The University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, The University of Aizu, Aist

Per approfondire questo aspetto, è stata effettuata una valutazione del coefficiente di cross-correlazione tra le immagini pre e post impatto, ed è stato scoperto che la regione a basso coefficiente di cross-correlazione al di fuori del cratere ha una struttura asimmetrica, molto simile all’area intorno al punto di impatto in cui sono stati depositati i residui. Questi spostamenti potrebbero essere causati dall’agitazione sismica.

I massi sono stati spostati di oltre 3 centimetri nell’area vicino al cratere fino a 15 metri dall’impatto, con vettori di movimento che si irradiano dal centro del cratere.

Le aree nelle quali risultano spostamenti di 10 centimetri sono evidenti nelle zone oltre i 15 metri dal centro. Tuttavia, appaiono come macchie di pochi metri, distribuite casualmente.

Inoltre, la direzione di questi vettori di movimento nelle regioni distanti è quasi casuale e non ci sono chiare prove che indichino la direzione radiale dal centro del cratere.

La distribuzione dei vettori di movimento attorno al cratere SCI. Le frecce indicano il movimento di ogni masso dalla posizione iniziale, a seguito dell’impatto. Ogni colore mostra la distanza percorsa in questo modo: viola per 0-1 cm, blu per 1-3 cm, verde per 3-10 cm, arancione per 10-30 cm e rosso per 30-100 cm. Crediti: Kobe University, Jaxa, The University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, The University of Aizu, Aist

Spostamenti maggiori di 3 centimetri sono stati rilevati entro una distanza di 15 metri con una probabilità superiore al 50 percento, e tra 15 metri e 30 metri con una probabilità di circa il 10 percento.

Pertanto, Arakawa suggerisce, in accordo con Matsue et al. (2020), che la maggior parte dei massi dell’area si sia spostata con un’accelerazione massima 7 volte maggiore della gravità superficiale di Ryugu. Inoltre, l’impatto deve aver spostato i massi con un’accelerazione massima compresa tra 1 e 7 volte la gravità superficiale dell’asteroide stesso in circa il 10 percento dell’area.

Questi risultati sui processi di resurfacing di un asteroide potranno sicuramente essere utilizzati come banco di prova per simulazioni numeriche di impatti di piccoli corpi, oltre agli impatti artificiali nelle future missioni planetarie come il Double Asteroid Redirection Test (Dart) della Nasa.

Lo studio è stato presentato ieri, 29 ottobre 2020, al 52° meeting della AAS Division of Planetary Science, nella sessione Asteroids: Bennu and Ryugu 2.

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