La rete di rilevamento sismico rileva i detriti spaziali mentre cadono sulla Terra
I geofisici hanno ora trovato un modo per sfruttare questo fenomeno, utilizzando dati sismici open source provenienti da una rete di sensori sismici per monitorare le onde prodotte dal modulo Shenzhou-15 cinese mentre cadeva sulla Terra nell’aprile 2024.
Quando pezzi di detriti spaziali scendono infuocati attraverso l’atmosfera terrestre, lasciano dietro di sé una scia di onde d’urto.
I geofisici hanno ora trovato un modo per sfruttare questo fenomeno, utilizzando dati sismici open source provenienti da una rete di sensori sismici per monitorare le onde prodotte dal modulo Shenzhou-15 cinese mentre cadeva sulla Terra nell’aprile 2024.
Dicono che il metodo è prezioso perché permette di seguire i detriti – che possono essere pericolosi per esseri umani e animali – quasi in tempo reale mentre si dirigono verso la superficie.
“Oggi siamo nella situazione in cui sempre più veicoli spaziali rientrano quotidianamente nell’atmosfera terrestre”, afferma Benjamin Fernando, membro del team, ricercatore post-dottorato presso la Johns Hopkins University negli Stati Uniti. “Il problema è che non sappiamo necessariamente cosa succede ai frammenti prodotti da questi detriti spaziali – se si disgregano tutti nell’atmosfera o se alcuni di essi raggiungono il suolo.”
Sfruttare una rete di sensori sismici
Quando il modulo Shenzhou-15 rientrò nell’atmosfera, iniziò a disintegrarsi, generando detriti che viaggiavano a velocità supersoniche (tra Mach 25 e Mach 25) sopra le città statunitensi di Santa Barbara, California, e Las Vegas, Nevada.
I boom sonici risultanti produssero vibrazioni così forti da essere captate da una rete di 125 stazioni sismiche distribuite in Nevada e nel sud della California.
Fernando e il suo collega Constantinos Charalambous dell’Imperial College di Londra nel Regno Unito utilizzarono dati liberamente disponibili da queste stazioni per misurare i tempi di arrivo dei segnali di boom sonico più grandi.
Sulla base di questi dati, hanno prodotto una mappa di contorno del percorso dei detriti e della direzione in cui si sono propagati.
Determinarono inoltre l’altitudine del modulo durante il suo viaggio utilizzando rapporti tra la velocità del suono e la velocità apparente del fronte d’onda incidente generato dal suo volo supersonico mentre passava sopra le stazioni sismiche.
Infine, utilizzarono un modello di inversione sismica più adatto per stimare dove potessero essere atterrati i resti del modulo e la velocità con cui si spostarono sopra il suolo.
Le analisi hanno rivelato che il modulo si è spostato a circa 20-30 chilometri a sud della traiettoria che il Comando Spaziale USA aveva previsto basandosi solo sulle misurazioni dell’orbita del modulo.
I dati sismici mostrarono anche che il modulo si disintegrò gradualmente in pezzi più piccoli invece di subire uno smontaggio esplosivo singolo.
Vantaggi del tracciamento accurato
Per ottenere una stima della traiettoria dell’oggetto in pochi secondi o minuti, i ricercatori dovettero semplificare i calcoli ignorando gli effetti delle variazioni di vento e temperatura nella bassa troposfera (lo strato più basso dell’atmosfera terrestre).
Questa semplificazione eliminò anche la necessità di simulare il percorso dei segnali d’onda attraverso l’atmosfera, essenziale per le tecniche precedenti che si basavano sui dati radar per seguire oggetti in decadimento in orbita terrestre bassa.
Queste tecniche più antiche, aggiunge Fernando, producevano previsioni dei siti di atterraggio degli oggetti che, nei casi peggiori, potevano essere fuori di migliaia di chilometri.
La disponibilità di un tracciamento accurato e quasi in tempo reale dei detriti potrebbe essere particolarmente utile nei casi in cui i detriti siano potenzialmente dannosi.
Ad esempio, Fernando cita un episodio del 1996, quando detriti della sonda russa Mars 96 caddero fuori orbita. “La gente pensava che fosse bruciato e che la sua fonte di energia radioattiva fosse atterrata intatta nell’oceano”, dice.
“Hanno cercato di rintracciarlo all’epoca, ma la sua posizione non è mai stata confermata. Più recentemente, un gruppo di scienziati ha trovato plutonio artificiale in un ghiacciaio in Cile che ritengono sia una prova che la fonte di energia sia esplosa durante la discesa e abbia contaminato l’area.”
Sebbene Fernando sottolinei che è raro che i detriti contengano materiale radioattivo, sostiene che “ci farebbe bene avere strumenti di tracciamento aggiuntivi” quando ciò accade.
Verso un algoritmo automatizzato per la ricostruzione delle traiettorie
Fernando aveva precedentemente utilizzato sismometri per tracciare meteoroidi naturali, comete e asteroidi sia sulla Terra che su Marte. In quest’ultimo caso, utilizzò i dati di InSight, una missione NASA su Marte equipaggiata con un sismometro.
“I meteoriti che colpiscono il Pianeta Rosso sono stati una fonte sismica davvero buona per noi,” spiega. “Abbiamo rilevato i boom sonici causati dalla loro rottura e, occasionalmente, rilevavamo effettivamente l’impatto del loro impatto contro il suolo. Ci siamo resi conto che potevamo effettivamente applicare quelle stesse tecniche allo studio dei detriti spaziali sulla Terra.
“Questo è un eccellente esempio di una tecnica che abbiamo davvero perfezionato per un’applicazione pura scientifica di tipo scienza planetaria. E poi siamo riusciti ad applicarlo a un problema davvero rilevante e impegnativo qui sulla Terra,” racconta a Physics World.
Una soluzione migliore, continua Fernando, sarebbe sviluppare uno strumento di apprendimento automatico in grado di individuare i boom sonici nei dati quando si prevede un rientro, e poi utilizzare quei dati per ricostruire la traiettoria di un oggetto. Attualmente stanno facendo domanda per finanziamenti per esplorare questa opzione in uno studio di follow-up.
Oltre a questo, c’è anche la questione di cosa fare con i dati una volta che li avranno disponibili. “A chi invieremmo i dati?” chiede Fernando retoricamente.
“Chi deve sapere di questi eventi? Se c’è un incidente aereo, un uragano o qualcosa di simile, esistono già buoni quadri di riferimento internazionali per affrontare questi eventi. Non mi è chiaro, tuttavia, che un tale quadro per gestire i detriti spaziali abbia raggiunto la realtà – né in termini di regolamentazione sia della risposta quando un evento del genere si verifica.”
La ricerca attuale è descritta su Science.
Immagine: S Economon and B Fernando
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