Negli ultimi anni, il numero di rifiuti spaziali rientrati in modo incontrollato nell’atmosfera terrestre è cresciuto quasi esponenzialmente, in linea con l’aumento del traffico in orbita. Sebbene la maggior parte di questi oggetti si disintegri durante il rientro, una frazione può sopravvivere e raggiungere la superficie terrestre, rappresentando un potenziale pericolo per la popolazione, le infrastrutture e l’ambiente.
Illustrazione creata con Adobe AI che mostra un detrito spaziale mentre precipita verso la Terra
Per tracciare le traiettorie di questi oggetti e prevedere dove e quando toccheranno il suolo, gli scienziati conducono attività di monitoraggio con radar, radiotelescopi e stazioni di rilevamento laser. Con questi strumenti, tuttavia, seguire un oggetto che si frammenta durante il rientro è difficile. Inoltre, le previsioni del punto di impatto possono risultare imprecise, talvolta anche di migliaia di chilometri.
Due ricercatori, Benjamin Fernando e Constantinos Charalambous, rispettivamente della Johns Hopkins University e dell’Imperial College London, hanno ora sviluppato un nuovo metodo di tracciamento che, combinato con le tecniche tradizionali, promette di superare queste difficoltà. Il nuovo approccio, descritto sulle pagine della rivista Science di questa settimana, per tracciare i detriti spaziali dopo l’ingresso in atmosfera utilizza i sismometri, strumenti tradizionalmente impiegati in geologia per rilevare i terremoti.
Il principio alla base del metodo è il seguente: quando un detrito spaziale entra nell’atmosfera a velocità ipersonica, genera un boom sonico, ovvero un’onda d’urto simile a quella prodotta da un aereo che supera la velocità del suono. Queste onde sonore viaggiano fino al suolo provocandone la vibrazione. Tali vibrazioni, chiamate in gergo onde di compressione, od onde N, seppur deboli, sono rivelate dalla vasta rete di sismometri già esistente, utilizzata per monitorare l’attività sismica del pianeta. Mappando le stazioni sismiche attivate e interpolando i tempi di arrivo delle onde d’urto nei diversi punti della rete, è possibile ricostruire la traiettoria al suolo dei detriti, stimare la velocità d’ingresso in atmosfera, studiare la dinamica di frammentazione e individuare l’area di impatto dei cocci quasi in tempo reale. In pratica, con questo nuovo approccio, strumenti progettati per rivelare il brontolio della Terra vengono utilizzati per “ascoltare” le vibrazioni al suolo generate dai boom sonici prodotti dai detriti durante il rientro.
Non si tratta solo di un’idea teorica. I ricercatori hanno già applicato con successo la metodologia al rientro incontrollato sulla Terra del modulo orbitale della missione Shenzhou-15, che il 29 novembre 2022 ha portato il quarto equipaggio sulla stazione spaziale cinese Tiangong. La capsula, dal peso di una tonnellata e mezzo, conteneva spazio extra per i taikonauti, per gli esperimenti e le attrezzature. Secondo la previsione ufficiale, diffusa tramite un messaggio di Tracking and Impact Prediction (Tip), il modulo, precipitato in atmosfera il 2 aprile del 2024, sarebbe dovuto cadere sull’Oceano Atlantico settentrionale. Tuttavia, la realtà si è rivelata ben diversa: osservatori da terra hanno infatti segnalato una palla di fuoco attraversare il cielo sopra Los Angeles, in California, a circa 8.600 chilometri di distanza dalla zona prevista.
Nello studio, analizzando i dati di 127 sismometri sparsi tra la California meridionale e il Nevada, i ricercatori sono riusciti a identificare le vibrazioni prodotte al suolo dall’impatto del veicolo con l’atmosfera. Partendo da queste onde di compressione, hanno determinato con estrema accuratezza la traiettoria del modulo dopo l’ingresso in atmosfera (mostrata nel video qui sopra), la velocità di caduta, l’altitudine alla quale l’oggetto si è frammentato e l’area di impatto, ricostruendo la dinamica del rientro.
I risultati delle indagini indicano che l’oggetto viaggiava a una velocità compresa tra Mach 25 e Mach 30, cioè tra 8,5 e 10,3 chilometri al secondo, attraversando l’atmosfera in direzione nord-est, circa 40 chilometri più a nord rispetto alla traiettoria prevista dallo United States Space Command.
Lo studio ha inoltre rivelato che il veicolo non si è disintegrato né in un’unica esplosione catastrofica né attraverso una lenta ablazione, ma mediante una “cascata di frammentazione moltiplicativa”, una sequenza di rotture progressive in cui ogni frammento genera a sua volta frammenti più piccoli. Questa conclusione, spiegano i ricercatori, deriva dall’analisi della durata delle onde N registrate dai sismometri. Mentre il satellite in caduta percorreva la sua traiettoria, i sismometri hanno registrato da 8 a 11 eventi di frammentazione distinti, concentrati in meno di due secondi. La rottura sarebbe avvenuta in un’area di cielo larga circa 16 chilometri e alta mezzo chilometro, a un’altitudine minima di 80 chilometri, dove la pressione atmosferica era sufficiente per causare la rottura strutturale del modulo.
Questo approccio, sottolineano i ricercatori, potrebbe rivelarsi cruciale non solo per tracciare l’oggetto dopo l’ingresso in atmosfera, ma anche per individuare rapidamente le aree di caduta al suolo o la dispersione in atmosfera di particelle potenzialmente pericolose, facilitando le operazioni di recupero e di contenimento della contaminazione. Un aspetto cruciale, dal momento che molti veicoli spaziali trasportano materiali tossici, infiammabili e fonti di energia radioattive.
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Reentry and disintegration dynamics of space debris tracked using seismic data” di Benjamin Fernando e Constantinos Charalambous