L'11 settembre 2022, gli ingegneri del centro di controllo di volo a Torino, in Italia, hanno inviato un segnale radio nello spazio profondo. La sua destinazione era la sonda spaziale DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA, in missione verso un asteroide a oltre 5 milioni di miglia di distanza.

Il messaggio ha indotto il veicolo spaziale a eseguire una serie di comandi programmati che hanno causato il distacco da DART di un piccolo satellite delle dimensioni di una scatola da scarpe, fornito dall'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e denominato LICIACube.

Quindici giorni dopo il rilascio di LICIAcube, il viaggio della sonda DART è terminato con una collisione programmata con l’asteroide Dimorphos, nel primo test di difesa planetaria a scala reale mai tentato dall’umanità. Ma la missione di LICIACube stava appena iniziando, mentre effettuava un sorvolo ravvicinato del sito di impatto per acquisire una serie di immagini, fondamentali per permettere di misurare gli effetti della collisione.

Dopo aver analizzato le immagini di LICIACube, gli scienziati della NASA e dell'ASI hanno raccolto i dati e pubblicato un report, aggiornato e pubblicato il 21 agosto sulla rivista scientifica Planetary Science Journal.

Sebbene i detriti sprigionati dall'asteroide ammontassero a meno dello 0,5% della sua massa totale, erano comunque 30.000 volte superiori alla massa del veicolo spaziale. L'impatto dei detriti sulla traiettoria di Dimorphos è stato dirompente. Secondo quanto testimoniato dal team DART, i detriti volanti hanno dato a Dimorphos una spinta notevolmente più forte dell'impatto del veicolo spaziale stesso.

Grazie ad una analisi approfondita delle immagini di LICIACube, ricercatori NASA, insieme ai loro colleghi italiani (ASI, INAF e CNR-IFAC), sono riusciti a stimare che la nube (o plume, pennacchio) di polvere, rocce e massi rilasciata da Dimorphos dopo l’impatto ha rilasciato il triplo dell’energia fornita dall’impatto iniziale di DART (che aveva al momento una massa di 610 kg).

“Il pennacchio ha avuto l’effetto di una breve accensione di un propulsore di un razzo” – spiega Ramin Lolachi, ricercatore presso il NASA Goddard Space Flight Center a Greenbelt, negli USA, primo autore del lavoro pubblicato su Planetary Science Journal focalizzato proprio su questi risultati.

Lolachi e colleghi hanno stimato che dall’asteroide di 4,3 miliardi di kg ha rilasciato quasi 16 milioni di kg di materiale superficiale a seguito dell’impatto. Sebbene sia una quantità relativamente piccola (meno dello 0,5% della massa totale dell’asteroide), l’effetto del pennacchio sulla traiettoria di Dimorphos ha permesso di accorciare la sua orbita di 33 minuti, come annunciato dal gruppo di ricerca il 19 marzo 2024. Un risultato 27 volte superiore ai 73 secondi previsti come successo di missione.

La notizia importante ottenuta dalla missione DART è che anche un impatto con una sonda piccola e leggera può modificare in maniera sensibile la traiettoria di un asteroide con caratteristiche fisiche simili a quelle di Dimorphos, che un cosiddetto “rubble pile”, ovvero un agglomerato poroso di materiale roccioso debolmente legato gravitazionalmente.

“È plausibile che molti Near-Earth Asteroid abbiano una struttura simile a quella di Dimorphos” – dice Dave Glenar, planetologo al NASA Goddard e co-autore dell’articolo. “Questo grande effetto deve quindi essere preso in considerazione nella costruzione di una sonda destinata a deflettere asteroidi nel futuro”.

L’asteroide Dimorphos è stato scelto come obiettivo della missione DART a causa della sua relazione con un altro asteroide, più grande, Didymos, e perché non rappresentava una minaccia per la Terra. Dimorphos orbita intorno a Didymos più o meno come la Luna fa con la Terra, costituendo ciò che viene denominato un sistema asteroidale binario. La posizione del sistema rispetto alla Terra ha anche permesso agli astronomi di misurare la durata dell’orbita di Dimorphos intorno a Didymos, un valore che è stato utilizzato per definire l’efficacia del test di deflessione. Prima dell’impatto Dimorphos completava un’orbita intorno a Didymos in 11 ore e 55 minuti.

Dopo la collisione gli astronomi, utilizzando dati raccolti da telescopi a terra e in orbita, hanno misurato la durata della nuova orbita in 11 ore e 22 minuti. Queste osservazioni ripetute hanno confermato il successo della missione, ma erano acquisite da troppo lontano per ottenere una stima accurata dell’energia trasferita dall’impatto all’asteroide. LICIACube ha invece permesso di ottenere immagini estremamente più ravvicinate.

Meno di tre minuti dopo l’impatto, LICIACube ha effettuato un passaggio ravvicinato di Dimorphos ad una velocità relativa di circa 24 mila km orari. Dopo un viaggio di 10 mesi, il satellite ha avuto appena 60 secondi per effettuare le sue osservazioni più importanti, acquisendo un’immagine del sito di impatto circa ogni tre secondi, con l’immagine più ravvicinata scattata a 85 km di distanza dalla superficie dell’asteroide.

In attesa delle prime immagini di LICIACube i ricercatori si aspettavano un pennacchio simmetrico originatosi nel sito di impatto, ma le prime immagini hanno invece mostrato una situazione caotica. “È stato davvero un pennacchio strano a vedersi, con una serie di filamenti e nodi” – dice Lolachi – “Questo ha aperto una serie di questioni relative alla composizione dell’asteroide e alla fisica dell’impatto”.

Proprio per rispondere a queste domande Lolachi e colleghi hanno provato a calcolare la massa del pennacchio: ma questo non è stato un compito semplice per il team, visto che non è come pesare del cibo su una bilancia.

La vicinanza di LICIACube a Dimorphos ha rappresentato un vantaggio, perché ha permesso di osservare in dettaglio il pennacchio da angolazioni differenti: un po’ come quando si ruota un barattolo di caramelle per provare a stimare quante caramelle contenga.

Il gruppo di ricerca ha studiato una serie di 18 immagini di LICIACube. La prima immagine della sequenza era relativa alla fase di avvicinamento: da questa posizione il pennacchio era splendente quanto la Luna piena, illuminato direttamente dal Sole. Durante la fase di avvicinamento il satellite ha ruotato, per mantenere il pennacchio nella visuale.

Vista dalla parte posteriore dell’asteroide, la luce del Sole filtra attraverso la densa nube di detriti, facendo diminuire la luminosità del pennacchio. Questa era la prova che i ricercatori stavano aspettando e che ha suggerito che il pennacchio fosse fatto in larga parte di particelle più grandi di un millimetro. Se i grani fossero stati più piccoli il pennacchio sarebbe stato più brillante da quella angolazione.

Insieme all’analisi delle immagini i ricercatori hanno utilizzato altre informazioni per migliore la determinazione della massa e della composizione del pennacchio di Dimoprhos. Tra queste ci sono state le osservazioni della superficie di Dimorphos, dati da altri asteroidi simili (come Bennu), modelli matematici ed esperimenti di laboratorio.

Il gruppo di ricerca ha notato che tipi differenti di asteroidi, come quelli costituiti da materiale più solido e compatto, possono reagire diversamente ad un impatto come quello di DART. “Ogni volta che interagiamo con un asteroide troviamo qualcosa che ci sorprende e quindi c’è molto altro da fare” – dice Tim Stubbs, planetologo al Goddard e co-autore dell'articolo. “Ma DART ha rappresentato un grande passo in avanti per la difesa planetaria”.

La missione ESA HERA è attualmente in viaggio verso il sistema di Didymos per integrare le osservazioni acquisite da DART e LICIACube e dovrebbe iniziare la propria missione operativa nel dicembre 2026.

Foto scattate dal satellite italiano LICIACube. Queste immagini offrono le osservazioni più ravvicinate e dettagliate finora disponibili delle conseguenze dell'impatto del DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA. La foto a sinistra è stata scattata circa 2 minuti e 40 secondi dopo l'impatto, mentre il satellite sorvolava il sistema Didymos. La foto a destra è stata scattata 20 secondi dopo, mentre LICIACube stava lasciando la scena. Il corpo più grande, vicino alla parte superiore di ciascuna immagine, è Didymos. Il corpo più piccolo nella metà inferiore di ciascuna immagine è Dimorphos, avvolto dalla nube di detriti rocciosi creata dall'impatto di DART.  (Crediti: NASA/ASI/Università del Maryland)