Ecco i ricercatori che stanno testando l’approccio “Armageddon” per la difesa dagli asteroidi

Un’esplosione nucleare potrebbe essere l’unico modo per proteggere la Terra da un pericoloso asteroide. Ma prepararsi senza lanciare bombe nello spazio significa essere creativi.

Un giorno, in un futuro prossimo o lontano, un asteroide lungo quanto uno stadio di calcio si troverà in rotta di collisione con la Terra. Se siamo fortunati, atterrerà nel mezzo del vasto oceano, creando uno tsunami di buone dimensioni ma innocuo, o in un pezzo di deserto disabitato. Ma se nel suo mirino ci sarà una città, si verificherà uno dei peggiori disastri naturali dei tempi moderni. Quando l’asteroide attraverserà l’atmosfera, comincerà a frammentarsi, ma la maggior parte di esso arriverà probabilmente al suolo in pochi secondi, trasformando istantaneamente qualsiasi cosa solida in un fluido e scavando un enorme cratere da impatto in un batter d’occhio. Un’onda d’urto colossale, simile a quella scatenata da una grande arma nucleare, esploderà dal luogo dell’impatto in ogni direzione. Le case a decine di chilometri di distanza si piegheranno come cartone. Milioni di persone potrebbero morire.

Fortunatamente per tutti gli 8 miliardi di noi, la difesa planetaria – la scienza che si occupa di prevenire gli impatti degli asteroidi – è un campo di ricerca molto attivo. Gli astronomi osservano i cieli, alla costante ricerca di nuovi oggetti vicini alla Terra che potrebbero rappresentare una minaccia. E altri stanno lavorando attivamente allo sviluppo di modi per prevenire una collisione nel caso in cui trovassimo un asteroide che sembra destinato a colpirci.

Sappiamo già che almeno un metodo funziona: speronare la roccia con un veicolo spaziale senza equipaggio per allontanarla dalla Terra. Nel settembre 2022, il Double Asteroid Redirection Test, o DART, della NASA ha dimostrato che è possibile farlo quando un veicolo spaziale semiautonomo delle dimensioni di un’utilitaria, con ali a pannelli solari, è stato fatto schiantare contro un asteroide (innocuo) di nome Dimorphos a 14.000 miglia all’ora, cambiando con successo la sua orbita intorno a un asteroide più grande di nome Didymos.

Ma ci sono circostanze in cui dare una spinta fisica a un asteroide potrebbe non essere sufficiente a proteggere il pianeta. In tal caso, potrebbe essere necessario un altro metodo, notoriamente difficile da testare nella vita reale: un’esplosione nucleare.

Gli scienziati hanno utilizzato simulazioni al computer per esplorare questo potenziale metodo di difesa planetaria. Ma in un mondo ideale, i ricercatori baserebbero i loro modelli su dati pratici, duri e freddi. Qui sta la sfida. L’invio di un’arma nucleare nello spazio violerebbe le leggi internazionali e rischierebbe di infiammare le tensioni politiche. Inoltre, potrebbe causare danni alla Terra: un malfunzionamento del razzo potrebbe inviare detriti radioattivi nell’atmosfera.

Negli ultimi anni, tuttavia, gli scienziati hanno iniziato a escogitare alcuni modi creativi per aggirare questa limitazione sperimentale. Lo sforzo è iniziato nel 2023, con un gruppo di scienziati guidati da Nathan Moore, fisico e ingegnere chimico presso i Sandia National Laboratories di Albuquerque, nel Nuovo Messico. Il Sandia è un sito semi-segreto che funge da braccio ingegneristico del programma americano di armi nucleari. All’interno di questo complesso si trova la Z Pulsed Power Facility, o macchina Z, un labirinto metallico cilindrico di segnali di pericolo e cavi. È in grado di evocare un’energia sufficiente a fondere il diamante.

Si ritiene che circa 25.000 asteroidi di lunghezza superiore a 460 piedi – una gamma di dimensioni che inizia con i “city killer” di medie dimensioni e sale in termini di impatto – siano vicini alla Terra. Ne sono stati trovati poco meno della metà.

I ricercatori ritengono di poter utilizzare la macchina Z per ricreare l’esplosione di raggi X di un’arma nucleare – le radiazioni che verrebbero utilizzate per respingere un asteroide – su scala molto ridotta e sicura.

Ci è voluto un po’ di tempo per definire i dettagli. Ma nel luglio del 2023, Moore e la sua squadra erano pronti. Attendevano ansiosi in una sala di controllo, monitorando da lontano il tintinnio dell’aggeggio. All’interno del cuore della macchina c’erano due piccoli pezzi di roccia, che rappresentavano gli asteroidi, e premendo un pulsante, un vortice di raggi X si sarebbe lanciato verso di loro. Se i raggi X li avessero fatti indietreggiare, avrebbero dimostrato qualcosa che fino a quel momento era puramente teorico: è possibile deviare un asteroide dalla Terra usando una bomba atomica.

Questo esperimento “non era mai stato fatto prima”, dice Moore. Ma se riuscisse, i suoi dati contribuirebbero alla sicurezza di tutti gli abitanti del pianeta. Funzionerà?

Monoliti e cumuli di macerie

L’impatto di un asteroide è un disastro naturale come un altro. Non si dovrebbe perdere il sonno per questa prospettiva, ma se siamo sfortunati, una roccia spaziale errante potrebbe suonare sgarbatamente il campanello della Terra. “La probabilità che un asteroide colpisca la Terra durante la mia vita è molto bassa. Ma se lo facesse? Cosa faremmo al riguardo?”, afferma Moore. “Penso che valga la pena di essere curiosi”.

Dimenticate gli asteroidi giganteschi che conoscete dai film di Hollywood. Le rocce spaziali di oltre due terzi di miglio (circa un chilometro) di diametro – quelle in grado di mettere in pericolo la civiltà – sono certamente là fuori, e alcune si avvicinano all’orbita della Terra. Ma poiché questi asteroidi sono così elefantiaci, gli astronomi li hanno già trovati quasi tutti e nessuno rappresenta una minaccia di impatto.

Sono piuttosto gli asteroidi di dimensioni inferiori – quelli lunghi più di 140 metri – a destare la massima preoccupazione. Si pensa che ne esistano circa 25.000 vicino al nostro pianeta e ne sono stati trovati poco meno della metà. Le probabilità quotidiane di un impatto sono estremamente basse, ma anche uno di quelli più piccoli in questa fascia di dimensioni potrebbe causare danni significativi se trovasse la Terra e colpisse un’area popolata: una capacità che ha portato gli astronomi a soprannominare questi asteroidi di medie dimensioni “city killer”.

Se troviamo un asteroide che sembra destinato a colpire la Terra, dobbiamo trovare un modo per fermarlo. Potrebbe trattarsi di una tecnologia in grado di rompere o “disgregare” l’asteroide in frammenti che mancheranno completamente il pianeta o si incendieranno innocuamente nell’atmosfera. Oppure potrebbe essere qualcosa in grado di deviare l’asteroide, spingendolo su un percorso che non si interseca più con il nostro marmo blu.

Poiché la perturbazione potrebbe accidentalmente trasformare un grande asteroide in più frammenti più piccoli, ma comunque mortali, diretti verso la Terra, è spesso considerata una strategia di ultima istanza. La deviazione è considerata più sicura ed elegante. Un modo per ottenerla è quello di dispiegare un veicolo spaziale noto come impattatore cinetico, un ariete che si scontra con un asteroide e trasferisce la sua forza d’urto all’intruso roccioso, allontanandolo dalla Terra. La missione DART della NASA ha dimostrato che questa soluzione può funzionare, ma ci sono alcune importanti avvertenze: è necessario deviare l’asteroide con anni di anticipo per assicurarsi che manchi completamente la Terra, e gli asteroidi che individuiamo troppo tardi – o che sono troppo grandi – non possono essere spazzati via da una sola missione simile al DART. Occorrono invece diversi impattatori cinetici, forse molti, per colpire ogni volta perfettamente un lato dell’asteroide e spingerlo abbastanza lontano da salvare il nostro pianeta. È un’impresa ardua per la meccanica orbitale e le agenzie spaziali non sono disposte a scommettere su questo.

In questo caso, l’opzione migliore potrebbe essere quella di far esplodere un’arma nucleare vicino all’asteroide. In questo modo si irradierebbe un emisfero dell’asteroide con raggi X, che in pochi milionesimi di secondo frantumerebbero violentemente e vaporizzerebbero la superficie rocciosa. Il flusso di detriti che si sprigionerebbe da quella superficie verso lo spazio agirebbe come un razzo, spingendo l’asteroide nella direzione opposta. “Ci sono scenari in cui l’impatto cinetico non è sufficiente e dovremmo usare un dispositivo esplosivo nucleare”, dice Moore.

L’idea non è nuova. Diversi decenni fa, Peter Schultz, geologo planetario ed esperto di impatti alla Brown University, stava tenendo una conferenza sulla difesa planetaria al Lawrence Livermore National Laboratory in California, un altro laboratorio americano focalizzato sulla deterrenza nucleare e sulla ricerca in fisica nucleare. In seguito, ricorda, nientemeno che Edward Teller, il padre della bomba all’idrogeno e membro chiave del Progetto Manhattan, lo invitò nel suo ufficio per una chiacchierata. “Voleva fare uno di questi sorvoli di asteroidi vicini alla Terra e voleva testare le bombe atomiche”, dice Schultz. Cosa sarebbe successo se si fosse fatto esplodere un asteroide con i raggi X di un’arma nucleare? Si potrebbe prevenire un disastro spaziale usando armi di distruzione di massa?

Ma il sogno di Teller non si è realizzato – ed è improbabile che diventi presto realtà. Il Trattato sullo spazio extra-atmosferico delle Nazioni Unite del 1967 stabilisce che nessuna nazione può dispiegare o usare armi nucleari al di fuori del mondo (anche se non è chiaro per quanto tempo alcune nazioni spaziali continueranno ad aderire a questa regola).

Anche sollevare la possibilità di usare le bombe atomiche per difendere il pianeta può essere complicato. “Ci sono ancora molte persone che non vogliono assolutamente parlarne… anche se fosse l’unica opzione per evitare un impatto”, dice Megan Bruck Syal, fisica e ricercatrice sulla difesa planetaria al Lawrence Livermore. Le armi nucleari sono da tempo un argomento delicato e, con le relazioni tra diverse nazioni nucleari attualmente a un nuovo nadir, l’ansia sull’argomento è comprensibile.

Ma negli Stati Uniti ci sono gruppi di scienziati che “riconoscono che abbiamo una responsabilità speciale, in quanto nazione spaziale e in quanto nazione dotata di capacità nucleare, nell’esaminare questo aspetto”, afferma Syal. “Non è nostra preferenza usare un esplosivo nucleare, ovviamente. Ma lo stiamo comunque valutando, nel caso fosse necessario”.

Ma come?

Per lo più, i ricercatori si sono rivolti al mondo virtuale, utilizzando i supercomputer di vari laboratori statunitensi per simulare la fisica di un’esplosione nucleare che agita gli asteroidi. Per usare un eufemismo, “è molto difficile”, dice Mary Burkey, fisica e ricercatrice di difesa planetaria al Lawrence Livermore. Non basta premere un interruttore su un computer per ottenere risposte immediate. “Quando una bomba atomica esplode nello spazio, viene emessa solo una luce a raggi X. Si illumina la superficie dell’asteroide e si seguono quei piccoli fotoni che penetrano forse un po’ nella superficie, e poi in qualche modo si deve prendere quel micrometro di risoluzione e propagarlo su qualcosa che potrebbe essere largo centinaia di metri, osservando l’onda d’urto che si propaga e poi i frammenti che si sparpagliano nello spazio. Sono quattro problemi diversi”.

Imitare la fisica dell’annientamento delle rocce a raggi X con la massima verosimiglianza possibile è un lavoro difficile. Tuttavia, le recenti ricerche condotte con queste simulazioni ad alta fedeltà suggeriscono che le bombe atomiche sono uno strumento di difesa planetaria efficace sia per la distruzione che per la deviazione. Il fatto è che non esistono due asteroidi uguali: ognuno è meccanicamente e geologicamente unico, il che significa che rimangono enormi incertezze. Un asteroide più monolitico potrebbe rispondere in modo diretto a una campagna di deflessione nucleare, mentre un asteroide a mucchio di macerie – una flotta debolmente legata di massi tenuti insieme a malapena dalla propria gravità – potrebbe rispondere in modo caotico e incontrollabile. Si può essere sicuri che l’esplosione non mandi accidentalmente in frantumi l’asteroide, trasformando una palla di cannone in una pioggia di proiettili ancora diretti verso la Terra?

Le simulazioni possono contribuire a dare una risposta a queste domande, ma rimangono delle ri-creazioni virtuali della realtà, con ipotesi incorporate. “I nostri modelli sono validi solo quanto la fisica che comprendiamo e che inseriamo in essi”, afferma Angela Stickle, fisica degli impatti a ipervelocità presso il Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory nel Maryland. Per assicurarsi che le simulazioni riproducano la fisica corretta e forniscano dati realistici, sono necessari esperimenti fisici.

Ogni sparo della macchina Z porta con sé l’energia di oltre 1.000 fulmini, e ogni colpo dura pochi milionesimi di secondo.

I ricercatori che studiano gli impattatori cinetici possono ottenere questo tipo di dati reali. Oltre al DART, possono utilizzare cannoni specializzati, come il Vertical Gun Range dell’Ames Research Center della NASA in California, per sparare ogni tipo di proiettile contro i meteoriti. In questo modo, possono scoprire quanto possono essere resistenti o fragili i frammenti di asteroide, riproducendo di fatto una missione di impatto cinetico su scala ridotta.

Le simulazioni di difesa dagli asteroidi basate sulle testate nucleari sono un’altra cosa. Ricreare la fisica di questi scontri su scala ridotta è stato a lungo considerato estremamente difficile. Fortunatamente, gli appassionati di lotta agli asteroidi sono tanto tenaci quanto creativi e diversi team, tra cui quello di Moore al Sandia, pensano di aver trovato una soluzione.

Forbici a raggi X

La missione principale del Sandia, come quella del Lawrence Livermore, è contribuire al mantenimento dell’arsenale nucleare della nazione. “È un laboratorio di sicurezza nazionale”, afferma Moore. “La difesa planetaria riguarda l’intero pianeta”, aggiunge, il che la rende, di default, una questione di sicurezza nazionale. Questa logica, in parte, ha convinto le autorità del luglio 2022 a tentare un nuovo tipo di esperimento. Moore ha assunto la direzione del progetto nel gennaio 2023 e, con le riprese previste per l’estate, ha avuto solo pochi mesi per elaborare un piano specifico per l’esperimento. Ci sono stati “molti scarabocchi sulla mia lavagna, simulazioni al computer e dati da fornire ai nostri ingegneri per progettare il dispositivo di prova per i diversi mesi che sarebbero stati necessari per la lavorazione e l’assemblaggio di tutte le parti”, racconta Moore.

Sebbene esistessero già esperimenti precedenti e in corso che sommergevano di raggi X bersagli simili ad asteroidi, Moore e il suo team erano frustrati da un aspetto di questi esperimenti. A differenza degli asteroidi reali che fluttuano liberamente nello spazio, i micro-asteroidi sulla Terra erano fissi in posizione. Per verificare se i raggi X fossero in grado di deviare gli asteroidi, i bersagli avrebbero dovuto essere sospesi nel vuoto, e non era immediatamente chiaro come si potesse ottenere questo risultato.

Generare i raggi X simili a quelli di una bomba atomica era la parte più facile, perché Sandia disponeva della macchina Z, un’enorme massa di diodi, tubi e fili intrecciati con un assortimento di passerelle che circumnavigano una camera a vuoto al suo centro. Quando viene accesa, le correnti elettriche vengono incanalate nei condensatori e, quando vengono comandate, fanno esplodere l’energia verso un bersaglio o una sostanza per creare radiazioni e intense pressioni magnetiche.

Affiancata da clacson e luci lampeggianti, è una vista intimidatoria. “È grande come un palazzo, alto circa tre piani”, dice Moore. Ogni sparo della macchina Z porta con sé l’energia di oltre 1.000 fulmini, e ogni colpo dura pochi milionesimi di secondo: “Non si può nemmeno sbattere le palpebre così velocemente”. La macchina Z prende il nome dall’asse lungo il quale le sue particelle energetiche scendono a cascata, ma la Z potrebbe facilmente stare per “Zeus”.

Lo scopo originario della macchina Z, la cui prima forma fu costruita mezzo secolo fa, era la ricerca sulla fusione nucleare. Ma nel corso del tempo è stata modificata, aggiornata e utilizzata per ogni tipo di scienza. “La macchina Z è stata usata per comprimere la materia alle stesse densità che si trovano al centro dei pianeti. Possiamo fare esperimenti di questo tipo per capire meglio come si formano i pianeti”, dice Moore, a titolo di esempio. E le energie preternaturali della macchina potrebbero essere facilmente utilizzate per generare raggi X, in questo caso elettrificando e facendo collassare una nube di gas argon.

“L’idea di studiare la deviazione di un asteroide è completamente diversa per noi”, dice Moore. E la macchina “si accende solo una volta al giorno”, aggiunge, “quindi tutti gli esperimenti vengono pianificati con più di un anno di anticipo”. In altre parole, i ricercatori dovevano essere quasi certi che il loro esperimento avrebbe funzionato, altrimenti avrebbero dovuto aspettare a lungo per riprovarci, se fosse stato loro concesso un secondo tentativo.

Per qualche tempo non sono riusciti a capire come sospendere i loro micro-asteroidi. Ma alla fine hanno trovato una soluzione: due sottilissimi pezzi di carta d’alluminio avrebbero tenuto i loro bersagli in posizione all’interno della camera a vuoto della macchina Z. Quando l’esplosione di raggi X avrebbe colpito loro e i bersagli, i pezzi di carta d’alluminio sarebbero stati immediatamente vaporizzati, lasciando brevemente i bersagli sospesi nella camera e permettendo loro di essere spinti indietro come se fossero nello spazio. “È come se si agitasse la bacchetta magica e non ci fosse più”, dice Moore a proposito della lamina. Ha soprannominato questa tecnica “forbici a raggi X”.

Nel luglio 2023, dopo una notevole pianificazione, il team era pronto. Nella camera a vuoto della macchina Z c’erano due bersagli grandi come un’unghia: un po’ di quarzo e un po’ di silice fusa, entrambi spesso presenti su asteroidi reali. Nelle vicinanze, una sacca di gas argon si allontanava vorticosamente. Soddisfatti che il gigantesco congegno fosse pronto, tutti uscirono e andarono a posizionarsi nella sala di controllo. Per un momento ci fu un silenzio di tomba.

Stand by.

Fuoco.

Era finita prima ancora che le loro orecchie potessero registrare un botto metallico. Una tempesta di elettricità scosse la nube di gas argon, facendola implodere; nel farlo, si trasformò in plasma e i raggi X ne uscirono urlando verso i due bersagli nella camera. La lamina svanì, le superfici di entrambi i bersagli eruttarono verso l’esterno come spruzzi supersonici di detriti e i bersagli volarono all’indietro, lontano dai raggi X, a 160 miglia all’ora.

Moore non c’era. “Ero in Spagna quando è stato eseguito l’esperimento, perché stavo festeggiando il mio anniversario con mia moglie e non potevo assolutamente perdermelo”, racconta. Ma subito dopo il lancio della macchina Z, uno dei suoi colleghi gli ha inviato un messaggio molto conciso: HA FUNZIONATO.

“Abbiamo capito subito che si trattava di un grande successo”, afferma Moore. Le implicazioni sono state immediatamente chiare. L’impostazione sperimentale era complessa, ma si stava cercando di ottenere qualcosa di estremamente fondamentale: una dimostrazione reale che un’esplosione nucleare poteva far muovere un oggetto nello spazio

“Stiamo veramente guardando a questa cosa dal punto di vista di ‘Questa è una tecnologia che potrebbe salvare delle vite'”.

Patrick King, fisico del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, è rimasto impressionato. In precedenza, spingere indietro gli oggetti utilizzando la vaporizzazione dei raggi X era stato estremamente difficile da dimostrare in laboratorio. “Sono riusciti a ottenere una misura diretta del trasferimento di quantità di moto”, afferma King, che definisce le forbici a raggi X una tecnica “elegante”.

Il lavoro di Sandia ha colto di sorpresa molti nella comunità. “L’esperimento della macchina Z è stato un po’ una novità nel campo della difesa planetaria”, dice Burkey. Ma osserva che non possiamo interpretare i risultati in modo eccessivo. Non è chiaro, dalla deviazione dei bersagli molto piccoli e rudimentali simili ad asteroidi, quanto una vera e propria esplosione nucleare avrebbe deviato un asteroide reale. Come sempre, è necessario lavorare ancora.

King è a capo di un’équipe che sta lavorando su questo tema. Il suo progetto, finanziato dalla NASA, coinvolge l’Omega Laser Facility, un complesso con sede presso l’Università di Rochester, a nord di New York. L’Omega è in grado di generare raggi X sparando potenti laser su un bersaglio all’interno di una camera specializzata. Una volta irradiato, il bersaglio genera un lampo di raggi X, simile a quello prodotto durante un’esplosione nucleare nello spazio, che può essere utilizzato per bombardare vari oggetti – in questo caso, alcune rocce terrestri che agiscono come mimi di asteroidi e (cosa fondamentale) anche materiale meteoritico vero e proprio.

Gli esperimenti Omega di King hanno cercato di rispondere a una domanda fondamentale: “Quanto materiale viene effettivamente rimosso dalla superficie?”, spiega King. La quantità di materiale che vola via dagli pseudo-asteroidi e il vigore con cui viene rimosso variano da bersaglio a bersaglio. La speranza è che questi risultati – che l’équipe sta ancora valutando – indichino come i diversi tipi di asteroidi reagiranno all’esplosione nucleare. Sebbene gli esperimenti con Omega non possano produrre il contraccolpo visto nella macchina Z, il team di King ha utilizzato una serie più realistica e diversificata di bersagli e li ha colpiti con i raggi X centinaia di volte. Questo, a sua volta, dovrebbe indicarci quanto efficacemente, o meno, gli asteroidi reali verrebbero deviati da un’esplosione nucleare.

“Non direi che uno [esperimento] abbia vantaggi definitivi rispetto all’altro”, afferma King. “Come in molte altre cose della scienza, ogni approccio può fornire informazioni su diversi ‘assi’, se vogliamo, e nessuna configurazione sperimentale fornisce un quadro completo”.

Esperimenti come quelli di Moore e King possono sembrare tecnologicamente barocchi, un po’ come macchine Rube Goldberg fulminee supervisionate da maghi. Ma probabilmente sono i primi di una lunga serie di test sempre più sofisticati. “Abbiamo appena scalfito la superficie di ciò che possiamo fare”, dice Moore. Come per gli esperimenti di King, Moore spera di poter inserire nella macchina Z una varietà di materiali, compresi i bersagli che possono rappresentare gli asteroidi più umidi e fragili, ricchi di carbonio, che gli astronomi vedono comunemente nello spazio vicino alla Terra. “Se potessimo mettere le mani sul materiale di un vero asteroide, lo faremmo”, dice. E si aspetta che tutti questi dati sperimentali confluiscano nelle simulazioni al computer di nuke-versus-asteroid, aiutando a verificare i risultati virtuali.

Sebbene questi esperimenti siano perfettamente sicuri, i difensori del pianeta sono consapevoli del tabù che circonda la semplice discussione sull’uso delle armi nucleari per qualsiasi motivo, anche se questo motivo è potenzialmente la salvezza del mondo. “Stiamo veramente guardando a questa cosa dal punto di vista di ‘Questa è una tecnologia che potrebbe salvare delle vite'”, dice King.

Inevitabilmente la Terra sarà minacciata da un pericoloso asteroide. La speranza è che, quando arriverà quel giorno, si possa affrontare il problema con qualcosa di diverso da un’atomica. Ma è bene che ci si consoli con il fatto che gli scienziati stanno facendo ricerche su questo scenario, proprio nel caso in cui sia la nostra unica protezione contro il firmamento. “Siamo i soldi dei contribuenti al lavoro”, dice Burkey.

C’è ancora un po’ di strada da fare prima di poter essere quasi certi che questa tecnica per fermare gli asteroidi avrà successo. I loro progressi, però, appartengono a tutti. “In definitiva”, dice Moore, “se risolviamo questo problema vinciamo tutti”.

Robin George Andrews è un pluripremiato giornalista scientifico con sede a Londra e autore, recentemente, di How to Kill an Asteroid: The Real Science of Planetary Defense.