L'esplosione in atmosfera di Čeljabinsk del 15 Febbraio 2013

Da un video su Youtube.

Ringrazio Roberto per i complimenti scritti nel suo post di ieri. In effetti, l'inondazione di notizie che ha seguito l'evento è stata abbastanza confusionaria e dati scientifici utili sono ancora scarsi o non pubblici. Comunque, la ricchezza di video diffusi via internet rende possibile fare qualche considerazione. La cosa che colpisce maggiormente è l'onda d'urto che arriva a terra, frammenta le finestre, sbatte a terra le persone, ma non demolisce gli edifici. Questo è un dato importante. Rammentiamo sicuramente il bolide di Lugo del 19 gennaio 1993, che rilasciò un'energia pari a 14 kton a 30 km di altitudine. L'onda d'urto fu rilevata da alcune stazioni sismografiche al suolo, ma non causò danni agli edifici. Quindi, l'evento di Čeljabinsk ha un'energia maggiore. Rammentiamo l'evento Tunguska del 30 giugno 1908 (vedi anche qui), in cui l'energia dell'esplosione fu di 12.5 Mton a 8.5 km di altezza e devastò un'area di oltre 2150 km². Anche qui, dal confronto con l'evento di Čeljabinsk capiamo che quest'ultimo deve essere stato meno energetico rispetto a Tunguska. 

Piccola nota: è bene rammentare sempre che le esplosioni in atmosfera di piccoli asteroidi non sono né chimiche né nucleari. Questi corpi viaggiano a velocità geocentriche di decine di km/s e si frammentano generalmente in una variazione di altitudine di pochi km. Data la velocità del corpo, questa frammentazione avviene quindi in meno di un secondo e ci appare come un'esplosione. In realtà, il termine corretto è frammentazione esplosiva.

Un'informazione utile potrebbe venire dai video in cui si vede che durante la frammentazione esplosiva la luminosità è diventata comparabile, forse leggermente inferiore, a quella del Sole. In alcuni casi, le telecamere sono state prossime a saturazione. Sapere le caratteristiche tecniche delle telecamere potrebbe fornire utili informazioni sulla luminosità necessaria per saturarle e quindi dare una stima della potenza dell'evento. Le ultime notizie della NASA indicavano un'energia rilasciata di 500 kton, ma senza fornire dettagli su come è stata fatta la misura. Si dice che è stata usata una rete per il rilevamento infrasonico (parolone per dire che misurano onde d'urto in atmosfera) in Alaska. Se i sensori erano tutti localizzati in Alaska o Canada, ci possono essere grossi errori dovuti alla distanza (oltre 6500 km, come scrive lo stesso comunicato NASA) e dal fatto che sono localizzati tutti dalla stessa parte rispetto all'evento. In questo caso, sarebbe utile trovare dati da sensori a Ovest dell'evento per potere avere una stima migliore dell'energia e del luogo. Se i sensori sono tutti localizzati in una certa direzione rispetto all'evento, gli errori possono essere considerevoli.

Avere una localizzazione del luogo con sufficiente precisione sarebbe molto importante per stimare poi l'altezza di esplosione. Comunque, per un'altra stima dell'energia dell'evento possiamo partire dal fatto che l'onda d'urto ha distrutto i vetri. Per quanto la sovrapressione necessaria a rompere un vetro dipenda dal tipo di vetro, si può assumere un valore di partenza di circa 1 kPa come valore minimo necessario. Dagli studi sugli effetti delle esplosioni atomiche, si conoscono le leggi di scala che regolano le esplosioni di grande potenza. Una sovrapressione di 1 kPa viene generata da un'esplosione di 1 kton a circa 4.6 km di distanza (sottolineo distanza, quindi altezza più distanza al suolo). A questo punto, abbiamo bisogno di stimare l'altezza dell'esplosione per stimare l'energia con leggi di scala. William Cooke (NASA) ha rilasciato un primo calcolo dell'orbita in cui si riporta una velocità geocentrica di 18 km/s (che useremo dopo) e un'altezza tra i 15 e 25 km. Non è chiara la posizione degli edifici con vetri rotti rispetto alle coordinate dell'esplosione. Dai video sembra che l'asteroide sia passato sopra la città di Čeljabinsk e che l'abbia superata. Il lago Čebarkul, dove hanno ritrovato dei frammenti, dista un'ottantina di km da Čeljabinsk. Cooke indica un'angolo di entrata di meno di 20°, per cui l'altezza dell'asteroide quando è passato su Čeljabinsk doveva essere sui 30 km (vedi anche qui). Per cui, ipotizziamo una distanza complessiva degli edifici con i vetri rotti e il luogo della frammentazione esplosiva sui 20-30 km. Secondo le leggi di scala, l'energia doveva essere quindi tra gli 80 e i 280 kton. Per contro, se teniamo buona la stima della NASA di 500 kton, risulta una distanza di 36 km, che è ancora accettabile. 

Ora che abbiamo l'energia e la velocità (18 km/s, come suggerito dai calcoli orbitali di Cooke), è possibile stimare la massa, che risulta essere tra 2000 e 7000 tonnellate (13000 ton se usiamo la stima NASA di 500 kton). Data l'altezza di esplosione è ragionevole pensare a un piccolo asteroide pietroso, come peraltro confermato dai primi ritrovamenti di frammenti di condrite ordinaria. Considerando quindi una densità di 3500 kg/m³, tipica per questo materiale, si ottiene un diametro del corpo originario di circa 10-15 m (19 m con la stima NASA di 500 kton). Corpi di queste dimensioni colpiscono la Terra mediamente una volta ogni dieci anni o meno, come suggeriscono Peter Brown et al. (2002).

Qualche considerazione finale di carattere generale: come ha già scritto Roberto, questo evento cambierà la percezione di questo genere di rischio. Si spera quindi che vengano rifinanziati e potenziati i programmi di ricerca e monitoraggio di asteroidi e comete, si spera che riprenda vigore la ricerca spaziale perché se un giorno avremo bisogno di deflettere un asteroide in rotta di collisione non potremo farlo da Terra. Una cosa si può fare subito: iniziare a istruire le persone su cosa fare in casi di questo genere. Dai video si vedono persone che corrono alla finestra, attirate dalla luce abbagliante dell'esplosione e rimangono affacciate. Quando arriva l'onda d'urto sono investite in pieno dallo spostamento d'aria e dai frammenti dei vetri rotti delle finestre. Bisogna quindi iniziare a dire che dopo il lampo dell'esplosione ci sono un paio di minuti prima che arrivi al suolo l'onda d'urto. Per cui, dopo aver ammirato la luce, è bene riprendersi dalla sorpresa e cercare un riparo. Se dopo diversi minuti non è successo niente, si possono riprendere le attività normali.